辅助电子教案GPS测量的原理与应用教案教学文稿.ppt

GPS测量的 原 理与应 用
基 本 原 理
GPS基础教程
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传 统 测 量 技 术 的 缺 陷
GPS 优 势
GPS 的 主 要 特 性
GPS 系 统 的 组 成
距 离 测 定 的 定
R1
R2
R3
点 位 测 定 原 理
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卫 星 可 被 看 作 是 在 固 定 的 轨 道 上 运 动 空 中 观 测 目 标
每 颗 卫 星 播 发 独 立 的 时 间 码 进 行 距 离 测 量
常 规 GPS 接 收 仪 内 置 较 为 廉 价 的 钟，这 些 钟 的 计 时 精度 比 卫 星 上 内 置 钟 的 精 度 低 得 多
无 线 电 电 波 以 光 速 传 播
( 距 离 = 光 速 x 时 间)
设 想 一 下 接 收 仪 上 钟 的 误 差 对 距 离 测 定 的 影 响
1/10 秒 的 测 时 误 差 将 引 起 30,000 Km 的 距 离 误 差
1/1,000,000 秒 的 测 时 误 差 将 引 起 300 m 的 距 离 误 差
点 位 测 定 原 理
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4 段 距 离 解 决 了 纬 度，经 度，高 程 和 时 间 四 个 未 知 数
这 就 类 似 于 测 边 交 会 问 题 的 解 决 原 理
点 位 确 定
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GPS 的 信 号 结 构
每 个 GPS 卫 星 播 发 一 组 信 号
每 组 信 号 包 括 两 个 不 同 频 率 的 载 波 信 号 (L1 和 L2)、两 个 不 同 的 测 距 码 信 号 (C/A 码 调 制 在 L1 载 波 上，P 码 或 Y 码 同 时 调 制 在 L1 及 L2 载 波 上) 以 及 卫 星 的 轨 道 信 息
基 准 频 率 MHz
x 154
x 120
L1 MHz
L2 MHz
C/A 码 MHz
P (Y) 码 MHz
P (Y)-Code MHz
/10
50 bit/s
卫 星 信 悉 ( 状 态 信 悉 和 星 历 )
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测 距 码 伪 距 测 定
D = V (dT)
测 距 伪 随 机 码
每 一 卫 星 播 发 一 个 伪 随 机 测 距 码 信 号，该 信 号 大 约 每 1 毫 秒 播 发 一 次
接 收 仪 同 时 复 制 出 一 个 同 样 结 构的 信 号 并 与 接 收 到 的 卫 星 信 号 进行 比 较
由 信 号 的 延 迟 时 间 (dT) 推 算 出 卫 星 至 接 收 仪 的 距 离
接 收 仪 时 钟 应 与 卫 星 钟 校 时
dT
接 收 到 的
卫 星 测 距 码
接 收 仪
复 制 出 的
测 距 码
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D = c TN
载 波 相 位 测 距
载 波 相 位 观 测
载 波 L1 的 波 长 为 19 cm ，L2 的 波 长为 24 cm
接 收 仪 将 接 收 到 的 卫 星 载 波 信 号的 相 位 与 其 自 身 产 生 的 参 考 载 波信 号 的 相 位 进 行 比 较
接 收 仪 开 机 后，相 位 整 周 数 未 知 (带 有 整 周 模 糊 度 )
跟 踪 卫 星 时 间 较 长 时 距 离 的 变 化可 以 测 定 ( 整 周 数 保 持 不 变 )
T
接 收 到 的
卫 星 相 位
接 收 仪 复 制
出 的 相 位
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点 位 测 定
精 度 10 - 30 m
单 机 定 位 用 于 导 航，其 定 位 精 度 大 约 在 10 到 30m 左 右
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P = 正确位置
P
防电子欺骗技术(AS)
选择性服务政策(SA)*
SA技术已经于2000年5月取消
理 论 上 利 用 C/A 码 可 获 取 10 - 30m 的 定 位 精 度
30m
100m
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+/- 100m (95%)
美 国 防 部 人为 降 低 卫 星 广 播 信 息的 精 度，限 制 非 许 可 用 户的 非 法 使 用
在 基 准 信 号 上 人 为 加 入 一 个 高 频 抖 动 信 号(δ技术)
人 为 降 低 卫 星 星 历 精 度 (ε技 术)
此 项 技 术 称 为 选 择 可 用 性 技 术
点 位 精 度 为 100 m (95%)
P = 正 确 位 置
P
理 论 上 基 于 C/A 码 的 定 位 精 度约 为 10 - 30m
选 择 可 用 性 技 术 (