GPS原理及其应用武汉大学实用教案

1、第四章 距离测量(cling)与GPS定位4.1 利用(lyng)测距码测定卫地距第1页/共25页第一页，共26页。4.1 利用(lyng)测距码测定卫地距第2页/共25页第二页，共26页。GPS定位(dngwi)的基本原理需解决的两个关键问题如何(rh)确定卫星的位置如何(rh)测量出站星距离第3页/共25页第三页，共26页。测距方法(fngf) 双程测距用于电磁波测距仪 单程(dnchng)测距用于GPS距离(jl)测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 测距方法第4页/共25页第四页，共26页。测距码C/A码（测距时有模糊(m hu)度）P码距离测量与GPS定位(dngwi) 利用测距码

2、测定卫地距 测距码第5页/共25页第五页，共26页。信号传播时间测距码测距原理(yunl) 距离( jl)测定的基本思路 信号（测距码）传播时间的测定dtTutTuTRT)()(1相关系数：ctc信号传播时间(shjin)的测定距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 测距码测距原理第6页/共25页第六页，共26页。测距码测距原理(yunl) 利用测距码测距的必要条件 必须了解测距码的结构( jigu) 利用测距码进行测距的优点 采用的是CDMA（码分多址）技术 易于捕获微弱的卫星信号 可提高测距精度 便于对系统进行控制和管理（如AS）每颗GPS卫星都采用(ciyng)特定的伪随机噪声码微弱

3、信号的捕获距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 测距码测距原理第7页/共25页第七页，共26页。Z跟踪(gnzng)技术 AS P码+W码Y码 W码的码元宽度比Y码大几十倍 Z跟踪技术 原理 将相关间隔(jin g)（积分间隔(jin g)）限定在一个W码码元内码码码码码元内在一个PPYW 0 1 0 0 1 0 0（1） W 码 0 1 0 0 1 0 P 码 Y 码 + = 0 1 0 0 1 0 1（-1） W 码 1 0 1 1 0 1 P 码 Y 码 + = 距离测量(cling)与GPS定位 利用测距码测定卫地距 Z跟踪技术第8页/共25页第八页，共26页。伪距测量(clin

4、g)的特点 优点(yudin) 无模糊度 缺点 精度低距离测量与GPS定位(dngwi) 利用测距码测定卫地距 伪距测量的特点第9页/共25页第九页，共26页。GPS测量的基本观测(gunc)方程距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 GPS测量的基本观测(gunc)方程第10页/共25页第十页，共26页。对流层折射延迟改正电离层折射延迟改正接收机钟的改正数卫星钟的改正数信号离开卫星的时刻（由卫星钟测定）信号到达接收机的时刻（由接收机钟测定）RSRSsRRStttropiontropionabttabtatbSRtRbtSaSRVcVcVVVVcVcVccVVcttcVtVtttc)()(

5、)()()()(故：站星真实距离：则：；设：伪距：测距码测距的观测(gunc)方程距离(jl)测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 测距码测距的观测方程第11页/共25页第十一页，共26页。222222000000000000()()()()()()()()()()()()()SRiiiiiiiiiontropttiiiiiiiiiiiiiiixXyYzZixXyYzZVVc Vc VxXyYzZxXyYzdXdYdZdXdY 令真实的站星距离：， 为卫星则站星距离的观测值：将 用泰勒级数展开，保留一阶项，有0022200000000000000()()()()()()()()()()()S

6、iRiiiiiiiiiiiiiiiiiionitropitiiiitiZdZxXyYzZXXdXYYdYZZdZxXyYzZlmnLc VVVVl dXmdYndZc VL 其中：；令：；则误差方程为：伪距测量的误差(wch)方程距离测量与GPS定位 利用测距码测定(cdng)卫地距 测距码测距的误差方程第12页/共25页第十二页，共26页。4.2 载波(zib)相位测量第13页/共25页第十三页，共26页。 载波(zib)相位测量距离测量与GPS定位(dngwi) 载波相位测量第14页/共25页第十四页，共26页。载波(zib)相位测量的关键技术重建载波(zib) 重建载波 将非连续(lin

7、x)的载波信号恢复成连续(linx)的载波信号。载波调制(tiozh)了电文之后变成了非连续的波伪距测量与载波相位测量距离测量与GPS定位 载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波第15页/共25页第十五页，共26页。载波相位测量(cling)的关键技术重建载波 码相关法 方法 将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。 技术要点 卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。 特点 限制：需要了解码的结构(jigu)。 优点：可获得导航电文，可获得全波长的载波，信号质量好（信噪比高）码相关(xinggun)法距离测量与GPS定位 载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波第16

8、页/共25页第十六页，共26页。载波相位(xingwi)测量的关键技术重建载波 平方法 方法 将所接收到的调制信号（卫星(wixng)信号）自乘。 技术要点 卫星(wixng)信号（弱）自乘。 特点 优点：无需了解码的结构 缺点：无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了30dB）平方法(fngf)距离测量与GPS定位 载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波第17页/共25页第十七页，共26页。载波(zib)相位测量的关键技术重建载波(zib) 互相(h xing)关（交叉相关） 方法 在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个频率间的伪距

9、差和相位差 技术要点 不同频率的卫星信号（弱）进行相关。 特点 优点：无需了Y解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB）)()(12/, 12, 1, 2/, 12LLACLLYLYLACLLRRRR距离测量与GPS定位(dngwi) 载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波第18页/共25页第十八页，共26页。载波(zib)相位测量的关键技术重建载波(zib) Z跟踪 方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机复制出的P码进行相关处理。 在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。 特点 优点：无需(wx)了解Y码结构，可测

10、定双频伪距观测值，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了14dB）距离测量(cling)与GPS定位 载波相位测量(cling) 载波相位测量(cling)的关键技术重建载波第19页/共25页第十九页，共26页。载波(zib)测距距离测量与GPS定位 载波(zib)相位测量 载波(zib)测距第20页/共25页第二十页，共26页。GPS载波(zib)相位测量的基本原理距离测量(cling)与GPS定位 载波相位测量(cling) GPS载波相位测量(cling)的基本原理理想(lxing)情况实际情况第21页/共25页第二十一页，共26页。载波(zib)相位观测

11、值 观测(gunc)值 整周计数 整周未知数（整周模糊度）载波相位(xingwi)观测值)()()()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示为：以后的观测：首次观测： Int0N距离测量与GPS定位 载波相位测量 载波相位观测值第22页/共25页第二十二页，共26页。载波相位测量(cling)的特点 优点 精度( jn d)高，测距精度( jn d)可达量级 难点 整周未知数问题 整周跳变问题距离测量与GPS定位(dngwi) 载波相位测量 载波相位测量的特点第23页/共25页第二十三页，共26页。tropiioniiiittiiiiiVVLLcVcVNdZndYmdXlvSR)

12、()(其中：0载波相位测量(cling)的观测方程tropiionttiiiitropiionttiiiVVcVcVNVVcVcVNSRSR)()()(原始(yunsh)形式：线性化后：tropiionttiiiiiiitropiionttiiiiiiiiVVcVcVNdZZzdYYydXXxVVcVcVNdZzZdYyYdXxXSRSR)()()()()()()()()()(00000000000000误差(wch)方程为：距离测量与GPS定位 载波相位测量 载波相位测量的观测方程第24页/共25页第二十四页，共26页。感谢您的观看(gunkn)！第25页/共25页第二十五页，共26页。NoImage内容(nirng)总结第四章 距离测量与GPS定位。测距码测距原理。利用测距码进行测距