卫星伪随机定位原理(决赛)

2024/7/91黄河水利职业技术学院本节课主要知识点1.GNSS伪随机码的特征2.伪随机码的测距原理3.卫星伪距导航的基本原理4.伪距导航的观测方程5.导航定位精度的评估方法6.本次课小结重点重点难点2024/7/92黄河水利职业技术学院一、GNSS伪随机码的特征码一种表达信息的二进制数及其组合。随机噪声码码元幅值完全无规律的码序列。伪随机噪声码有良好自相关性的有规律码序列。自相关性规律性(可复制)＋Pseudorandomnoisecode,PRN无规律几个概念利用PRN码来确定载体实时位置、瞬时速度、精确时间、姿态等定位信息，故而称为伪随机定位。特征自相关性规律性(可复制)2024/7/93黄河水利职业技术学院二、伪随机码的测距原理RCVRRCVRRCVRt1t2t2Δtt1在t1时刻由卫星产生的码相位，在Δt后到达卫星产生的码从卫星传到接收机的码接收机产生的复制码将接收机产生的复制码移动Δtt1伪距测量原理图τ=Δt2024/7/94黄河水利职业技术学院二、伪随机码的测距原理假设条件1、不存在卫星钟、接收机钟误差且与标准GPS时间一致2、不存在电离层、对流层误差3、卫星信号在大气中传播速度等于光速c4、复制码与测距码完全相关（相关系数R=1）公式1这个距离并不等于卫星到地面测站的真实距离，因而称为“伪距”。理论公式2024/7/95黄河水利职业技术学院三、卫星伪距导航的基本原理要利用伪距测量实现导航这样一个目标，最重要的是确定运动载体的即时位置，这样才能判断出载体现在在哪里，再结合载体瞬时速度、运动姿态等状态参数，引导运动载体向何处去。起始点目的点航路点2024/7/96黄河水利职业技术学院四、伪距导航的观测方程这个公式是简约、美丽的，却不能给我们提供直接的帮助。用于定义伪距的公式用于伪距计算的公式这个公式虽然复杂，但每一个量都是可量测或可确定的，可以直接用于伪距测量！公式1公式11公式1电离层改正对流层改正钟误差改正2024/7/97黄河水利职业技术学院四、伪距导航的观测方程1.卫星钟和接收机钟的钟误差在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题：公式3公式4公式5公式6信号到达接收机的时刻伪距观测值信号发出的时刻卫星信号真正的传播时间信号离开卫星的真正时刻信号到达接收机的真正时刻将公式4、5代入公式3，有：2024/7/98黄河水利职业技术学院四、伪距导航的观测方程在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题：2.电离层、对流层延迟改正数公式7公式8电离层延迟改正对流层延迟改正卫星到接收机的真正距离将公式7代入公式62024/7/99黄河水利职业技术学院四、伪距导航的观测方程在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题：3.星历误差、多路径效应、测量噪声公式9公式10伪距测量的观测方程多路径误差测量噪声星历误差对测距的影响设卫星瞬时位置为（Xi,Yi,Zi）接收机位置为（X,Y,Z）结合公式9，可将公式8改写为卫地几何距离2024/7/910黄河水利职业技术学院四、伪距导航的观测方程公式11因而在真正的伪距测量计算时，使用公式102024/7/911黄河水利职业技术学院四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算将公式11进行必要的简化公式12设测站的初始坐标向量及其改正数向量分别为同时考虑测站至卫星的方向余弦2024/7/912黄河水利职业技术学院四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算设则观测4颗卫星时，公式12可以线性化为或者是式中坐标改正数的向量解公式13公式14没有多余观测量、未知数解算唯一2024/7/913黄河水利职业技术学院四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算观测大于4颗卫星时，通过最小二乘法求解将公式13写成误差方程式的形式其中根据最小二乘原理有公式15公式15适合于计算机迭代计算，迭代计算2到3次便可获得满意的结果。2024/7/914黄河水利职业技术学院五、导航定位精度的评估方法GNSS定位的精度除了取决于等效距离误差σ0以外，还取决于空间后方交会的几何图形强度。可改写为：显然，GNSS星座与测站构成的几何图形不同，权系数的值也不同。2024/7/915黄河水利职业技术学院五、导航定位精度的评估方法精度因子DOP(DOP:DilutionofPrecision

)精度因子是一个基于卫星、接收机几何图形的函数，反映了接收机定位解的数学质量。——接收机钟差精度因子(TimeDOP)

——三维空间位置精度因子(PositionDOP)——几何精度因子(GeometricalDOP)空间位置精度钟差精度几何精度◆PDOP◆TDOP◆GDOP2024/7/916黄河水利职业技术学院五、导航定位精度的评估方法卫星分布与测码伪距单点定位精度的关系所测卫星在空间分布越开阔，六面体的体积就越大，GDOP值就越小，图形越坚强，定位精度越高。VaVbGDOP=2GDOP=6Va＞Vb2024/7/917黄河水利职业技术学院本次课小结伪距测量是什么？如何进行伪距测量？伪距测量如何运用？公式11公式12024/7/918黄河水利职业技术学院六、作业1、总结伪距导航的观测方程的推