《GPS选修课》本科全册配套完整教学课件

《GPS选修课》本科全册配套完整教学课件说明及致谢

课件中引用了大量来自网络及他人课件的图片资料。由于其来源复杂，在此未能一一列出。资料的版权均属原作者。本课件只用于教学，不作其它用途。特此说明！HowdoesGPSwork?

绪论

GPS系统产生与发展GPS导航定位工作原理GPS导航定位系统构成GPS系统现代化内容美国政府的GPS政策内容要点

注入站主控站监测站人类第一颗人造卫星1957年，苏联成功的将世界上第一颗人造地球卫星发射到近地轨道。NNSS的产生美国约翰.霍普金斯大学应用物理实验室的研究人员通过观测卫星的发播信号发现多普勒效应。由此便诞生了世界上第一个投入运行的美国海军导航卫星系统(NNSS，NavyNavigationSatelliteSystem)Transit卫星系统简介子午卫星子午卫星星座NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统）采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统美国研制建立1964年1月建成1967年7月解密供民用TRANSIT空间星座TRANSIT卫星及星座参数：

6颗卫星位于6个轨道面相邻轨道平面夹角30°轨道高度：1075km运行周期107min倾角i≈90°两种载波频率：f1＝150MHz，f2＝400MHzTRANSIT地面跟踪网OPNET网(三角形）用于外推广播星历，TRANET网(实心圆）用于确定卫星精密轨道。TRANSIT接收机MagnavoxMX1502TRANSIT接收机

子午卫星系统是第一代卫星导航定位系统，跨越了从地基无线电导航到天基无线电导航的历程，但其仍然存在许多缺点，主要是：（1）卫星数量少，不能实现连续实时导航；（2）卫星轨道高度低，难以实现精密定轨；（3）信号频率低，难以补偿电离层效应的影响。

正因为如此，美国国防部于1973年12月批准陆海空三军联合研制新的军用卫星导航系统，于是GPS就产生了。Transit卫星系统的缺点GPS简述GPS的英文全称是NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem，简称GPS，也被称作为NAVSTARGPS。其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定位系统。系统建立的国家：美国系统的主要功能：在全球范围内，提供实时的、连续的、全天候的导航定位及授时服务。系统开始筹建时间：1973年系统完全建成时间：1995年GPS的发展历史-方案论证阶段1973年12月，美国国防部批准研制GPS系统。1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。从1973年到1979年，共发射4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立了地面跟踪网。BLOCKIGPS的发展历史-全面研制和试验阶段从1979年到1987年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。MacrometerV1000GPS的发展历史-实用组网阶段1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。1991年，在海湾战争中GPS首次大规模用于实战。1993年底，实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，从此以后依据计划更换失效的卫星。

1995年7月17日，GPS达到FOC–

完全运行能力（FullOperationalCapability）。GPS的发展历史-现代化阶段保护

采用一系列措施保护GPS系统不受敌方和黑客的干扰，增加GPS军用信号的抗干扰能力，其中包括增加GPS军用无线电信号的强度。阻止

阻止敌方利用GPS的军用信号。设计新的GPS卫星型号（ⅡF），设计新的GPS信号结构，增加频道，将民用频道L1、L2、L5(1.17645GHz)和军用频道L3、L4分开。改善

改善GPS定位和导航的精度，在GPSⅡF卫星中增加两个新的民用频道，即在L2中增加CA码，另增L5民用频道。提高卫星寿命提高定位精度增强抗干扰能力

GPS系统产生与发展

GPS导航定位工作原理GPS导航定位系统构成GPS系统现代化内容美国政府的GPS政策内容要点

注入站主控站监测站Imagineyouaresomewhereinyourtownbutaren’tsurewhere.Youasksomeoneforhelpandtheysay,“Youare5milesfromthefirestation.”5milesThisisnice,butitreallydoesn’thelpbecauseyoucouldbeanywhereonacircle5milesaroundthefirestation!Asecondhelpfulpersontellsyouthatyouare7milesfromthelibrary.Ifyouare5milesfromthefirestationand7milesfromthelibraryyoucanonlybeatoneofthesetwopoints

7mi5miFireStationLibraryCombinethisinformationwiththefirestationinformation,andyouhavetwocirclesthatcross.4mi7mi5miFireStationLibraryAthirdpersontellsyouthatyouare4milesfromhome.Youmustbeattheonlyplacewhereallthreecirclescross.Thiscirclewillcrosstheothertwocirclesatonlyonepoint.卫星导航定位原理:距离交会卫星导航定位原理:距离交会卫星导航定位原理:距离交会卫星导航定位原理:距离交会304satellitesinviewarenecessary1.坐标x2.坐标y3.坐标z4.时间误差dt距离d1GPS卫星1距离d4GPS卫星

4GPS卫星

2距离d2距离d3GPS卫星

3系统时间GPST时间同步

GPS系统产生与发展GPS导航定位工作原理

GPS导航定位系统构成GPS系统现代化内容美国政府的GPS政策内容要点

注入站主控站监测站GPS系统构成空间部分地面部分用户部分GPS空间部分GPS星座由24颗卫星组成，分布在6个轨道面上。每个轨道4颗卫星，呈非均匀分布，轨道面沿赤道以60°间隔分布，倾角55°，半长轴为26560公里的圆形轨道。

1978年发射首颗GPS卫星，1993年组网运行，至今已研制了两代共六种型号卫星：GPSⅠ、GPSⅡ、GPSⅡA、GPSⅡR、GPSⅡRM、GPSⅡF。目前正在研发第三代GPSIII导航系统，其卫星技术在不断改进提高。GPS导航卫星星座GPS空间部分---卫星的分布GPS空间部分---卫星的载荷有效载荷：原子钟，信号生成、发射装置，存储器、处理器GPS空间部分---卫星的作用接收、存储导航电文信息生成用于导航定位的信号发送用于导航定位的信号接受地面指令，进行相应操作GPS卫星制造GPS卫星发射卫星为八面体长箱体构型（见图），设计寿命5年。两太阳翼各由二块弧形板并联而成。共有三个导航信号L1(1575.42MHz)：C/A、P(Y)两个信号

L2(1227.60MHz)：P(Y)采用两台铯原子钟和两台铷原子钟。导航电文存储容量3.5天。共生产了11颗卫星。GPSⅠ试验验证卫星GPSI卫星

GPSⅡ第二代卫星

卫星结构构型和GPSⅠ相同。在GPSⅠ基础上所如下改进：设计寿命增加至7.5年每个太阳翼各由4块平板并联构成（见图）导航电文存储容量增至14天在L1民用频率上采用了选择可用性（SA）措施和L2上反电子欺骗（AS）措施共生产了9颗卫星。GPSⅡA

卫星

卫星结构构型和太阳翼均与GPSⅡ相同导航电文存储容量扩展至180天星上电子设备采取防辐射及加固措施增设激光反射器，用于星地测距，提高精度共生产了19颗卫星。GPSII卫星

GPSIIR卫星

卫星结构构型和太阳翼和GPSⅡR相同在GPSⅡR基础上作如下改进：L1、L2频段上增加新的军用M码信号，提高安全性和保密性增加新的L2C民用码，使民用接收机可进行电离层误差修正，提高定位精度具有功率增加7dB功能设计寿命10年共生产8颗卫星。GPSIIR-M卫星GPSIIR卫星

GPSIIR-M卫星

卫星有较大改进：卫星采用4边形箱体构型（见图）每个太阳翼由两块板串联展开组成，可一次展开，提高了可靠性采用镍氢NiH2蓄电池，提高了容量具有UHF频段星间链路，180天自主导航功能，URE7m（1σ）采用新型高精度铷原子频标（3个）：6×10-4/天装有展开式核爆探监测天线共生产了12颗卫星。

卫星结构为八面体长箱体构型（见图）减少结构板数量，增大天线安装面积布局优化，卫星背地板外单独建立4个蓄电池小舱每翼由三块板组成，采用三结砷化镓太阳能电池，提高了功率增加新的民用频率L5（1176.45MHz）改进型天线，以宽带专用单元取代L波段阵元设计寿命12年已生产了16颗卫星GPSIIR-F卫星GPSII系列卫星频码图

GPSIIR-F卫星结构图GPSIIR-F卫星美国正在研制第三代导航卫星GPSIII，预期将有多项改进和提高：1、卫星设计寿命15年；2、仍采用自身变轨方案，采用一箭双星发射；3、定位精度：水平0.5m，高程1m；4、授时精度：2ns;5、增加L1C导航信号；6、为与Galileo兼容互操作L5调制方式改为A1tBOC(15,10);7、星间链路采用Ka频段；8、点波束天线功率增强20dB;9、采用锂离子电池，提高卫星功率；10、自主导航180天，URE3m；11、具有星-星、星-地通信能力，100Mbit/s;12、具有搜索及救援功能。GPSIII卫星GPSIII卫星GPS卫星发展历程(1)卫星GPSIGPSIIGPSIIAGPSIIRGPSIIRMGPSIIFGPSIII卫星构型（长×宽×高）八面体箱型结构同左同左四面体箱型结构1.93×1.52×1.91四面体箱型结构1.93×1.52×1.91八面体箱型结构2.44×1.97×1.97卫星重量（kg）16651816203220652170太阳翼共2翼每翼由2块弧形板并联构成共2翼每翼由2块平板并联构成共2翼每翼由4块平板并联构成共2翼每翼由2块平板串联构成同左共2翼，每翼由3块平板串联构成功率（W）1100W硅太阳电池同左1959W硅太阳电池同左2610W砷化镓太阳电池蓄电池NiCd镉镍电池同左同左NiH2氢镍电池同左同左锂离子电池射频功率EIRPL1：27dBWL2：20dBW同左同左同左L1：28dBWL2:22dBWL1:28dBWL2:22dBWL5:32dBW定位精度C/A:100m50cm/s385nsP(Y):10m20cm/s100ns同左同左C/A（无SA）:50m,100nsP(Y)：同左C/A(无SA):20m50nsP(Y):10m20nsM:6m10ns同左0.5-1.0m2ns设计寿命5年7.5年同左同左10年12年15年GPS卫星发展历程(2)卫星GPSIGPSIIGPSIIAGPSIIRGPSIIRMGPSIIFGPSIII导航信号L1

1575.42MHzC/AP(Y)L21227.60MHzP(Y)

共3个同左同左同左L1:1575.42MHzC/AP(Y)ML2:1227.60MHzP(Y)ML2C

共6个L1:1575.42MHzC/AP(Y)ML2:1227.60MHzP(Y)ML2CL5C:1176.45MHzP(Y)

共7个同左，增加L6

共8个信号增强无无无无7dB7dB20dB信号调制C/A：

BPSK-R(1)*P(Y):BPSK-R(10)*同左增加SA、AS措施同左同左C/A：

BPSK-R(1)P(Y):BPSK-R(10)M:BOC(10,5)*同左L5C：

BPSK-R(10)同左L1C：

MBOC(6,1，1/11)L5C：A1tBOC(15，10)扩频码位长C/A：1023P:6187.104×109Y:加密产生同左同左同左同左M:加密产生L2C:CM10230CL767250同左L5C:I10230Q10230同左L1C:10230星钟2台铷钟

1×10-12/天2台铯钟

1.5×10-13/天2台铷钟

1×10-13/天2台铯钟

1×10-13/天同左3台铷钟

6×10-14/天同左2台铷钟

5×10-14/天2台铯钟

1×10-13/天星间链路无无无UHF频段

TDMABPSK-R(5)*

测距精度2ns同左同左具有跳频功能Ka频段（23GHz）点对点传输自主运行无无无自主运行180天URE7m(1σ)同左同左180天URE3m注R(1)*

码速率1.023Mcps，R(5)*

码速率5.115Mcps，R(10)*

码速率10.23McpsBOC(10,5)*

副载波频率10.23MHz，码速率5.115McpsGPS地面部分

注入站主控站监测站一个主控站：科罗拉多•斯必灵司三个注入站：阿松森（Ascencion)

迭哥•伽西亚(DiegoGarcia)

卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站：1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii)GPS地面部分USNIMATrackingSites

USAirforceTrackingSitesUSAirforceUploadSites

MCSColoradoSpringsHawaiiBuenosAiresDiegoGarciaAscensionBahrainKwajaleinSmithfieldHermitageOuitoUSAirForceandNIMAControlandTrackingStationsGPS地面部分的主要功能①主控站作用：根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星时钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；对卫星进行控制，向卫星发布指令；当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；②监控站作用：接收卫星信号，监测卫星的工作状态。③注入站作用：注入站的作用是将主控站计算的卫星星历和卫星时钟的改正参数等注入到卫星中去。

注入站主控站监测站GPS地面部分的运行机制GPS用户部分GPS用户部分的主要功能

GPS系统产生与发展GPS导航定位工作原理GPS导航定位系统构成

GPS系统现代化内容美国政府的GPS政策内容要点

注入站主控站监测站提出GPS现代化的历史背景国际局势变化，世界进入后冷战时代GPS产业为美国带来巨大的经济利益克服美国限制措施技术日益完善成熟其它国家卫星导航定位系统的竞争GPS现代化时间表改进时间GPS现代化内容第一阶段(2005)发射5颗BlockⅡR-M卫星,L1加M码，L2加C/A、M第二阶段(2006-2016)发射BlockⅡF卫星(24+3),L1加M，L2加C/A、M，L5第三阶段2016-2036发射GPSblockⅢ卫星,增强L1加M，L2加C/A、M，L5提高卫星寿命提高定位精度增强抗干扰能力GPS现代化---空中部分GPS现代化---空中部分L2=1227MHzL1=1575MHzL5=1176MHzP(Y)C/AP(Y)L2CP(Y)C/AP(Y)L2CMMCivilAviation&NewMilitarySignalsCivilNon-AviationSignalPresentSignalP(Y)C/AP(Y)GPS现代化---地面部分GroundAntennaMasterControlStation(SchrieverAFB)AscensionDiegoGarciaCapeCanaveralHawaiiKwajaleinSchrieverAFBColoradoSKoreaAustraliaBahrainSAfricaEnglandArgentinaEcuadorTahitiUSNOAlaskaMonitorStationNewZealandVandenbergAFBCaliforniaNGAMonitorStationOCSMonitorStationGroundAntennaFutureMonitorStationMasterControlStationBackupMasterControlStation

GPS系统产生与发展GPS导航定位工作原理GPS导航定位系统构成GPS系统现代化内容美国政府的GPS政策内容要点

注入站主控站监测站美国政府的GPS政策SPS与PPS SPS－标准定位服务（StandardPositioningService） PPS－精密定位服务（PrecisionPositioningSystem）SA政策-SelectiveAvailability（选择可用性）

技术－在广播星历中加入长周期的干扰技术－在卫星基准频率中加入快速抖动

该技术已于2000年5月2日终止AS政策-Anti-Spoofing（反电子欺骗）

P+WY（W码为一严格保密的较低码率二进制码）精密定位服务的信号改善4.64.33.02.71.81.51.11.00.901234567199019921994199619972001200420062008RMSSISURE(m)RMSSignal-in-SpaceUserRangeError(URE),meters2007PPSPerformanceStandard(WorstofanyPPSSISURE)DecreasingrangeerrorSignal-in-SpaceUserRangeErroristhedifferencebetweenaGPSsatellite’snavigationdata(positionandclock)andthetruth,projectedontheline-of-sighttotheuserSystemaccuracyexceedspublishedstandard标准定位服务的信号改善Systemaccuracyexceedspublishedstandardkuangcuilin@GPS信号构成及其观测内容提要GPS信号的组成GPS信号的产生GPS信号的作用GPS信号的调制与解调GPS信号组成部分GPS卫星信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。GPS卫星信号的产生与构成主要考虑了如下因素：（1）适应多用户系统要求。（2）满足高精度定位需要。（3）满足实时定位要求。（4）满足军事保密要求。载波作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前L1–频率：154f0=1575.43MHz；波长：19.03cmL2–频率：120f0=1227.60MHz；波长：24.42cm现代化后L5–频率：115f0=1176.45MHz；波长：25.48cm载波

载波特点：所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）几个定义码：表达不同信息的二进制数及其组合。一位二进制数叫一个码元或一比特。比特为码和信息量的度量单位。将各种信息通过量化，按某种预定规则，表示成二进制数的组合形式，则这一过程称为编码。在二进制数字化信息的传输中，每秒传输的比特数称为数码率，表示数字化信息的传输速度，单位为bit/s。表达某种信息的一组二进制的数码序列。码元是0或1完全是随机的，但出现的概率均为50％。这种码元幅度的取值完全无规律的码序列，称为随机码序列（或随机噪声码序列）。特点：（1）非周期性序列，无法复制；

（2）自相关性好。对提高GPS测距精度有利码元可以表示为0、1为幅度的时间函数随机噪声码0t1110011001111随机噪声码的自相关性将随机序列u(t)平移k个码元，得到一个新的随机序列u

(t)，如果两随机序列u(t)和u

(t)所对应的码元中，相同的码元数（同为0或1）为Au，相异的码元数为Bu，则随机序列u(t)的自相关系数R(t)定义为:平移的码元数k=0，说明两个结构相同的随机码序列，相应的码元相互对齐，Bu=0，自相关系数R(t)=1。当k0时，由于码序列的随机性，当序列中码元数充分大时，则AuBu，即自相关系数R(t)0。于是，根据码序列自相关系数的取值，可以判断两个随机码序列的相应码元是否对齐。R(t)=(Au-Bu)/(Au+Bu)利用随机码的自相关性进行GPS测距假设GPS卫星发射的是一个随机码序列u(t)，而GPS接收机若能同时复制出结构与之相同的随机码序列u

(t)，则由于卫星信号时间传播延迟的影响，被接收的u(t)与u

(t)之间产生了平移，即相应的码元错开，而R(t)0。如果通过一个时间延迟器来调整u

(t)，使之与u(t)的码元相互完全对齐，即有R(t)=1。则可以从接收机的时间延迟器中测出卫星信号到达用户接收机的准确传播时间，从而准确测定站星距离。伪随机噪声码及其产生GPS采用了一种伪随机噪声码（PseudoRandomNoice——PRN）简称伪随机码或伪码。特点：具有随机码的良好自相关性，又具有某种确定的编码规则，是周期性的，容易复制。伪随机码是由一个“多极反馈移位寄存器”的装置产生的。GPS的测距码—C/A码GPS卫星所采用的两种测距码，即C/A码和P码（或Y码），均属于伪随机码。C/A码：是由两个10级反馈移位寄存器组合而产生。码长Nu=210-1=1023比特，码元宽为tu=1/f1=0.97752s,（f1为基准频率f0的10分之1，1.023MHz）,相应的距离为293.1m。周期为Tu=Nu/tu=1ms，数码率为1.023Mbit/s。C/A码的码长短，共1023个码元，若以每秒50码元的速度搜索，只需20.5s，易于捕获，称捕获码。码元宽度大，假设两序列的码元对齐误差为为码元宽度的100分之1，则相应的测距误差为2.9m。由于精度低，又称粗码C/A码的生成GPS的测距码--P码P码采用的是两组各由12级反馈移位寄存器构成。码长Nu2.351014比特，码元宽为tu=1/f0=0.097752s，相应的距离为29.3m。周期为Tu=Nutu

267d，数码率为10.23Mbit/s。实际应用时P码的周期被分成38部分，（每一部分为7天，码长约6.191012比特），其中1部分闲置，5部分给地面监控站使用，32部分分配给不同卫星，每颗卫星使用P码具有相同的码长和周期，但结构不同。P码的捕获一般是先捕获C/A码，再根据导航电文信息，捕获P码。由于P码的码元宽度为C/A码的1/10，若取码元对齐精度仍为码元宽度的1/100，则相应的距离误差为0.29m，故P码称为精码。导航电文导航电文是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码。导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。每帧电文含有1500比特，播送速度50bit/s，每帧播送时间30s。NAVIGATIONMESSAGE导航电文的格式每帧导航电文含5个子帧，每个子帧分别含有10个字，每个字30比特，故每个子帧共300比特，播发时间6s。为记载多达25颗卫星，子帧4、5各含有25页。子帧1、2、3的内容每小时更新一次，4、5的内容仅当卫星注入新导航电文后才得以更新。123451234567891030s6s0.02s0.6s25页10个字30比特一帧导航电文的内容TLMHOW数据块1：时钟修正参数TLMHOW数据块2：星历表TLMHOW数据块2：星历表TLMHOW数据块3：卫星历书等TLMHOW数据块3：卫星历书等12345一个子帧6s长，10个字，每字30比特1帧30s1500比特一帧导航电文的内容遥测字（TLM—TelemetryWORD）

位于每个子帧的开头，作为捕获导航电文的前导。交接字（HOW—HandOverWord）

紧接各子帧的遥测字，主要向用户提供用于捕获P码的Z记数。所谓Z记数是从每个星期六/星期日子夜零时起算的时间记数，表示下一子帧开始瞬间的GPS时。数据块1：含有卫星钟改正参数及数据龄期、星期的周数编号、电离层改正参数、和卫星工作状态等信息

（1）卫星钟改正参数a0、a1、a2分别表示该卫星的钟差、钟速和钟速变化率。任意时刻t的钟改正数为：

t=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2一帧导航电文的内容

（2）参考历元t0e为数据块1的基准时间，从GPS时星期六/星期日子夜零时起算，变化于0-604800s之间。

（3）数据龄期AODA表示基准时间t0e与最近一次更新星历的时间之差，主要用于评价钟改正数的可信程度。

（4）现时星期编号WN：表示从1980年1月6日协调时零点起算的GPS时星期数。数据块2：包含在2、3两个子帧里，主要向用户提供有关计算卫星运行位置的信息。该数据一般称为卫星星历。数据块3：包含在4、5两个子帧中，主要向用户提供GPS卫星的概略星历及卫星的工作状态信息，称为卫星历书。GPS信号构成总结GPS载波信号L1载波GPS测距码C/A码P码导航电文卫星的星历卫星工作状态时间系统卫星钟运行状态轨道摄动改正大气折射改正L2载波GPS卫星信号GPS卫星的基准频率f0GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。信号分量的产生都是在同一个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生。基本频率10.23MHzL1载波1575.42MHzL2载波1227.60MHzC/A码1.023MHzP码10.23MHzP码10.23MHz数据码50BPS数据码50BPS15412010204600GPS信号的调制模二和

运算规则

二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进制“1”，则

GPS信号的调制二进制信号的相位调制调相

调频FM调幅AMGPS信号的调制GPS信号的调制GPS中的三种信号将按下图的线路进行调制，然后向全球发射。卫星信号的调制原理GPS信号的解调

为进行载波相位测量，当用户接收到卫星发播的信号后，可通过多种解调技术来恢复载波相位。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。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）卫星信号的生成接收机重建载波GPS信号的解调平方解调技术：将接收到的卫星信号进行平方，由于处于±1状态的调制码经过平方后均为+1，而+1对载波相位不产生影响。故卫星信号平方后，可达到解调目的。采用这种方法，可不必知道调制码的结构，但平方解调后，不仅去掉了卫星信号中的测距码，而且也同时去掉了导航电文。GPS接收机工作原理GPS接收机基本功能结构图测距码测距原理距离测定的基本思路信号（测距码）传播时间的测定信号传播时间的测定载波测距原理载波测距原理理想情况实际情况载波测距原理观测值整周计数整周未知数（整周模糊度）载波测距的特点优点

精度高，测距精度可达0.1mm量级难点

整周未知数问题

整周跳变问题GPS信号的观测（伪距）GPSisactuallyatimingsystemReceiverfirmwarecorrelatesreceivedsignalwithreplicamodel

Observedtimedelay×cis“pseudorange”(abiasedrange)Receivedsignal,drivenbysatelliteclockTsModelsignal,drivenbyreceiverclockTGPSSatellite

clock,TsTransmittedsignalofknowncode(eitherC/AorPcode)GPSReceiver

clockTrP=c(Tr-Ts)PseudorangeAntennaGPS信号的观测（伪距）GPS信号的观测（载波）测量卫星发射的载波和接收机同样的载波之间的相位差，求得空中的距离ρ。观测值为小于一周的相位差，整周数N待定。相位差中包含卫星钟钟差与接收机钟钟差。

φ卫星发射的载波到达接收机接收机产生的载波GNSSSignalProcessingAcquisitionFindaspecificsatellitesignalburiedinnoiseCodetrackingDecodetimestampCarriertrackingDecodedatabitskuangcuilin@GPS系统导航定位基础

卫星导航定位的时空基准GPS导航卫星的轨道理论GPS导航定位的误差改正内容要点坐标的定义及其分类全球定位系统（GPS）的最基本任务是确定用户在空间的位置。而所谓用户的位置，实际上是指该用户在特定坐标系的位置坐标，位置是相对于参考坐标系而言的，为此，首先要设立适当的坐标系。坐标系统是由原点位置、3个坐标轴的指向和尺度所定义，根据坐标轴指向的不同，可划分为两大类坐标系：天球坐标系和地球坐标系。为了描述卫星在其轨道上的运动规律，需要建立不随地球自转的地心坐标系－－空间固定坐标系（天球坐标系）；另一方面观测站是在地球表面，随地球自转而运动，因此需要建立与地球固联的地心坐标系－－地球固定坐标系（地球坐标系）。天球坐标系定义天球是指以地球为中心无限的向天空伸展的一个球体，地轴延伸与天球有两个交点北交点称为天北极，南交点称为天南极。与地球赤道面相应的天球面称为天球赤道面和天球赤道。黄道平面无限延伸与天球相交，相交的大圆，称为天球黄道。通过地心与黄道面垂直的轴线为黄轴，黄轴与天球的两个交点分别是北黄极和南黄极。春分点：即黄道与赤道的交点之一。天球坐标系：以地球球心为原点，天轴为Ｚ轴；地心与春分点连线的春分点轴为Ｘ轴；与这两轴垂直并通过赤道平面的为Ｙ轴。这种坐标系称为天球坐标系。天球坐标系的两种表达方式天球空间直角坐标系的定义

地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系。则在此坐标系下，空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。天球球面坐标系的定义

地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经）测量基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r，α，δ）。直角坐标系与球面坐标系

天球坐标系两种表达方式之间的转换直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间的转换

对同一空间点，天球空间直角坐标系与其等效的天球球面坐标系参数间有如下转换关系：直角坐标系与球面坐标系

地球坐标系由于天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地球自转而变化，应用不方便。为了描述地面观测点位置，有必要建立与地球体相固联的坐标系—地球坐标系（又称地球固定坐标系）。地球坐标系有两种表达方式，即空间直角坐标系和大地坐标系。地球坐标系直角坐标系地心地球直角坐标系的定义

原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林尼治子午圈的交点，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系。大地坐标系地球坐标系两种表达形式的转换

对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间转换关系如下：世界大地坐标参考系统(WGS84)WGS84坐标系是GPS所采用的坐标系统，GPS卫星所发布的广播星历参数就是基于此坐标系统的。WGS84坐标系统的全称是WorldGeodicalSystem84（世界大地坐标系84），它是一个地心地固坐标系统。WGS84坐标系统由美国国防部制图局建立。WGS84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。世界大地坐标参考系统(WGS84)椭球常数：长半轴：

a=6378137.0m扁率：

f=1/298.257223563地心引力常数：

GM=3986004.418

108m3s-2地球角速度：

=7292115.0

10-11rads-1GPS使用的时间系统（GPST）GPS时（GPStime，GPST）是GPS系统专用时间，原点为1980年1月1日0时UTC，单位为SI秒。GPST由GPS系统主控站维持，使其尽可能地与UTC（CoordinatedUniversalTime）保持一致，但不作闰秒改正。因此，它与国际原子时相差为一常数，即19s。GPS时间是连续且均匀的时间系统。GPS的观测值就是用GPST。GPS时间系统的两种定义方式●主钟方式：由主控站的主钟定义，GPS系统时间在1991年6月17日以前由在科罗拉多的GPS主控站的主钟产生。●合成钟方式：由所有地面钟和卫星钟组成的钟组定义，系统时间尺度由各个钟的加权平均得到。这就是合成钟（CompositeClock,CC）的概念。合成钟又称‘纸’钟，由所有监测站和卫星钟组成。合成钟举例

自1991年6月17日，GPS时间由它的合成钟定义。右图示出1998年某段时间GPS合成钟内各钟的权分配。当时合成钟由18个卫星钟和5个监测站钟组成。GPST的实现●数据采集：位于控制中心的精密守时站和分布于外场的监测站观测卫星得到站至卫星的伪距（参见上图），并发送至控制中心。精密守时站钟组各钟间进行比对，比对数据也传至控制中心。这些数据供控制中心产生系统时间用。●系统时计算：计算卫星钟和位置状态与地面钟改正数；确定每一单个钟在钟组中的权；用Kalman滤波计算钟组的平均时间；预测卫星钟改正数与卫星星历改正数。时间系统在GPS中的作用与性质时间系统的作用：●为卫星钟的精密预报提供稳定的时间参考；●支持时间服务。时间系统应具有以下性质：●稳定度：短期（≤1日）、中期（1日～1月）、长期（～1月）的稳定度都要达到规定要求。例如，日稳5x10-14，中期稳定度3～4x10-14，月稳2x10-14。●准确度：系统时与TAI/UTC之间的同步精度应符合规定要求，例如，5x10-14。

卫星导航定位的时空基准

GPS导航卫星的轨道理论GPS导航定位的误差改正内容要点影响卫星轨道的因素卫星在空间绕地球运行时，除了受地球重力场的引力作用外，还受到太阳、月亮和其它天体的引力影响，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐力等因素影响。卫星实际运行轨道十分复杂，难以用简单而精确的数学模型加以描述。在各种作用力对卫星运行轨道的影响中，地球引力场的影响为主，其它作用力的影响相对要小的多。若假设地球引力场的影响为1，其它引力场的影响均小于10-5。卫星轨道的研究方法

通常把作用于卫星上的力按其影响的大小分为两类：中心力：假设地球为均质球体的引力（质量集中于球体中心）。决定着卫星运动的基本规律和特征。无摄轨道：只考虑中心力影响的理想卫星轨道。摄动力或非中心力：地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、光辐射压力以及地球潮汐力等。受摄轨道：同时考虑摄动力作用下的卫星运动轨道。受摄轨道的确定：先通过研究无摄运动确定无摄轨道，再研究各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的无摄轨道加以修正，从而确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征。卫星受摄运动卫星轨道参数

卫星的无摄运动一般可通过一组适宜的参数来描述，但这组参数的选择并不唯一，其中应用最广泛的一组参数称为开普勒轨道参数或开普勒轨道根数。

a半长轴，确定轨道的大小

e偏心率，定义轨道的形状

i倾角，赤道平面与卫星轨道平面间的夹角

Ω升交点赤经，从春分点到卫星轨道由南往北穿过赤道的那一点的角度

ω近地点幅角，在轨道平面内升交点到近地点的角度

υo真近点角，在指定时间（历元）由近地点到卫星所在点的角度。

前5个是几何要素，在理想状况下是不变的，除非受到干扰或卫星自身进行机动；第6个是时间要素，它总是在不停的变化着。卫星的无摄运动忽略摄动力影响的理想情况下，卫星在轨道上的运动称为无摄运动，也称为开普勒运动。

引力加速度地球对卫星的引力

卫星匀速圆周运动的向心力

二体问题开普勒第一定律卫星运行的轨道为一椭圆，该椭圆的一个焦点与地球质心重合。阐明了卫星运行轨道的基本形态及其与地心的关系。卫星绕地球质心运动的轨道方程：r－卫星的地心距离as－开普勒椭圆的长半径es－开普勒椭圆的偏心率fs－真近点角开普勒第二定律卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等。

表明卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点处速度最大，在远地点处速度最小。

近地点地心远地点开普勒第三定律

卫星运行周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，等于GM的倒数。

假设卫星运动的平均角速度为n，则n=2/Ts，可得：

当开普勒椭圆的长半径确定后，卫星运行的平均角速度也随之确定，且保持不变。卫星轨道摄动力卫星受摄运动的轨道确定精密精密定轨的基本问题可描述为对一个微分方程并不精确知道的动力学过程，使用带有随机误差的观测数据，以及不够精确的初始状态，在某种意义下求解卫星运动状态的“最佳”估值。导航电文中的星历参数GPS用户通过卫星广播星历可以获得的有关卫星星历参数共16个，其中包括1个参考时刻，6个相应参考时刻的开普勒轨道参数和9个反映摄动力影响的参数。t0e——参考历元Ms0——参考时刻的平近点角es——轨道偏心率as1/2——轨道长半径的平方根

0——参考时刻的升交点赤经i0——参考时刻的轨道倾角

s——近地点角距6个轨道参数导航电文中的星历参数

——升交点赤经变化率

——轨道倾角变化率

n——由精密星历计算得到的卫星平均角速度与按给定参数计算所得的平均角速度之差。Cuc,Cus——升交距角的余弦、正弦调和改正项振幅Crc,Crs——卫星地心距的余弦、正弦调和改正项振幅Cic,Cis——轨道倾角的余弦正弦调和改正项振幅9个摄动力修正项AODE——星历数据的龄期（外推星历的外推时间间隔）a0——卫星钟差a1——卫星钟速（频率偏差系数）a2——卫星钟速变化率（漂移系数）

卫星导航定位的时空基准GPS导航卫星的轨道理论

GPS导航定位的误差改正内容要点GPS导航定位误差的分类

消除或消弱误差影响的措施与卫星相关的误差

与传播路径相关的误差

与接收机相关的误差

其它误差GPS导航定位的误差改正GNSS导航定位误差的分类

---依据误差性质偶然误差系统误差系统误差无论从误差的大小还是对定位结果的危害性讲都比偶然误差要大得多，而且有规律可循，可以采取一定措施来加以消除，因此是GNSS误差分析中要重点考虑。卫星轨道误差卫星钟差相对论效应GPS天线相位中心误差与GPS卫星相关的误差电离层延迟对流层延迟多路径效应与传播途径相关的误差接收机钟差接收机天线相位中心误差与GPS接收机相关的误差GNSS导航定位误差的分类

---依据误差来源

GNSS导航定位误差的分类

消除或消弱误差影响的措施与卫星相关的误差

与传播路径相关的误差

与接收机相关的误差

其它误差本章内容要点消除或消弱误差影响的方法和措施①模型改正法方法原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正。适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式。限制条件：有些误差难以模型化。消除或消弱误差影响的方法和措施②求差法方法原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响。适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。限制条件：空间相关性随着测站间距离的增加而减弱。GPSPositioningErrorSourcesOrbirErrorSatelliteClockErrorÎonosphereTroposphereReceiverClockErrorMultipathGPSPositioningErrorSources消除或消弱误差影响的方法和措施

③参数法方法原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求出。适用情况：几乎适用于任何的情况。限制条件：不能同时将所有影响均作为参数来估计。消除或消弱误差影响的方法和措施④回避法方法原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响。适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。限制条件：无法完全避免误差影响，具有一定主观性。GNSS导航定位误差的分类

消除或消弱误差影响的措施

与卫星相关的误差

与传播路径相关的误差

与接收机相关的误差

其它误差本章内容要点GPS卫星轨道误差误差定义卫星轨道误差是指用卫星星历表示的卫星轨道与真正轨道之间的不符值。GPS星历分类广播星历精密星历GPS卫星轨道误差卫星轨道误差改正方法采用相对定位模式卫星星历误差对单点定位和相对定位的影响方式是不一样的。采用精密星历在高精度的应用领域中,可使用精密星历。轨道松弛法【目前很少采用】GPS卫星钟误差卫星上虽然使用了高精度的原子钟，但它们仍不可避免地存在着误差。这种误差既包含着系统性的误差（由钟差、频偏、频漂等产生的误差），也包含着随机误差。系统误差远比随机误差大，但前者可以通过模型加以改正，因而随机误差就成为衡量钟的重要标志。误差定义卫星钟读数与真实的GPS时之差。应对方法采用广播星历中的钟差改正参数进行改正。使用IGS提供的精密卫星钟差改正数。采用相对定位。GPS相对论效应误差GPS测量中的相对论效应是由卫星钟和接收机钟在惯性空间中的运动速度不同以及这两台钟所在处的地球引力位的不同而引起的。相对论效应对GPS卫星钟的影响:狭义相对论＋广义相对论相对论效应对卫星钟差的影响狭义相对论影响依据：钟的频率与其运动速度有关。对GPS卫星钟的影响：结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢。相对论效应对卫星钟差的影响广义相对论影响依据：钟的频率与其所处的重力位有关。

对GPS卫星钟的影响：结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快。相对论效应对卫星钟差的影响

总的效应：狭义相对论＋广义相对论相对论效应对卫星钟差的影响解决相对论效应对卫星钟影响的方法(分两步)：第一步：考虑假定卫星轨道为圆轨道的情况（近似改正）第二步：考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况。（严密改正）当卫星轨道的偏心率e=0.01时,Δt最大可达22.9.9ns卫星天线相位中心误差定义：GPS观测值量测的是GPS卫星天线相位中心至接收机天线相位中心之间的距离，而卫星轨道所给出的卫星位置是GPS卫星的质心，二者并不重合。卫星天线相位中心误差天线相位中心改正包括：天线相位中心偏差（PCO，PhaseCenterOffset），和天线相位中心变化（PCV，PhaseCenterVariation）。天线相位中心偏差指的是天线平均相位中心与天线参考点（ARP，AntennaReferencePoint）之间的偏差。而天线相位中心变化指的是天线平均相位中心与瞬时相位中心之间的变化，该变化量随着卫星的高度角、天线方位等而变化。对于高精度的GPS定位，不仅要考虑天线相位中心偏差、天线相位中心变化，还要考虑不同频率天线相位中心的不统一等因素。采用相对模型时只能给出卫星天线相位中心偏差PCO，2006年采用绝对模型后，不但能给出卫星天线的相位中心偏差PCO，同时也能给出卫星天线的相位中心变化PCV。卫星天线相位中心检校GPS卫星绝对相位中心检校GPS卫星相对相位中心检校卫星天线相位中心改正卫星天线相位中心改正大气延迟误差地球大气层的结构大气延迟误差地球大气层的结构电离层对流层大气折射信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播路径也将发生弯曲。这也称大气延迟。在GPS测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化。色散介质与非色散介质色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质GPS多路径误差多路径（Multipath）误差

在GPS测量中，被测站附近的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。多路径的特点与测站环境有关与反射体性质有关与接收机结构、性能有关GPS多路径误差GPS接收机钟差GPS接收机一般设有高精度的石英钟，日频率稳定度约为10-11。如果接收机钟与卫星钟之间的同步差为1

s，则引起的等效距离误差为300m。误差定义：由接收机内的时标晶体振荡器的频率漂移引起的接收机钟时间与GPS标准时间之间的差值。改正方法：参数估计。GPS接收机相位中心误差在GPS测量中，观测值都是以接收机天线的相位中心为准。理论上，天线的相位中心与其几何中心应保持一致。实际上，天线的相位中心随着卫星信号输入的强度与方向的不同而有所变化，即观测时相位中心的瞬时位置与理论上的相位中心有所不同，两者的偏差值可达数毫米甚至数厘米。kuangcuilin@GPS导航定位方法

伪距导航定位原理载波导航定位原理伪距差分导航定位原理相对定位内容要点GPS定位模式分类按定位的数学模型绝对定位相对定位按测站的运动状态静态定位动态定位按定位结果的时效事后定位实时定位按采用观测值类型伪距定位载波相位定位

GPS伪随机码的特性伪随机码的测距原理伪距导航的观测方程伪距导航的基本原理

伪距定位的精度评估伪距导航定位原理GPS伪随机码的特性具有随机码良好自相关性具有某种确定的编码规则，是周期性的，容易复制。GPS伪随机码的特性

---良好自相关性将随机序列u(t)平移k个码元，得到一个新的随机序列u

(t)，如果两随机序列u(t)和u

(t)所对应的码元中，相同的码元数（同为0或1）为Au，相异的码元数为Bu，则随机序列u(t)的自相关系数R(t)定义为:平移的码元数k=0，说明两个结构相同的随机码序列，相应的码元相互对齐，Bu=0，自相关系数R(t)=1。当k0时，由于码序列的随机性，当序列中码元数充分大时，则AuBu，即自相关系数R(t)0。R(t)=(Au-Bu)/(Au+Bu)GPS伪随机码的特性

---可复制性

GPS伪随机码是由一个“多极反馈移位寄存器”的装置产生的。C/A码的生成移位寄存器

GPS伪随机码的特性

伪随机码的测距原理伪距导航的观测方程伪距导航的基本原理伪距定位的精度评估伪距导航定位原理伪随机码的测距原理Receivedsignal,drivenbysatelliteclockTsModelsignal,drivenbyreceiverclockTGPSSatellite

clock,TsTransmittedsignalofknowncode(eitherC/AorPcode)GPSReceiver

clockTrP=c(Tr-Ts)PseudorangeAntenna那么接收机又是如何来判断两组信号是否对齐了呢?伪随机码的测距原理接收机是根据两组信号的相关系数R是否为1来加以判断的。设比对时刻为t，对应的测距码用u(t)来表示，于是接收到的来自卫星的测距码可写为u(t-Δt)，其中Δt为信号传播时间。经延迟器延迟后的复制码可写为u(t-)，其中为延迟时间。把这两组信号的乘积在积分间隔T中的积分平均值R称为这两组信号的相关系数：R在接收机又是如何来计算的呢?伪随机码的测距原理

GPS伪随机码的特性伪随机码的测距原理

伪距导航的观测方程伪距导航的基本原理伪距定位的精度评估伪距导航定位原理伪距观测方程卫星信号于时刻发射GPS接收机于时刻收到信号XllVlXllllllllVVVllVlllXlX伪距观测方程基于假设：卫星钟和接收机钟均无误差，都与标准的GPS时间保持同步；信号总是在真空中传播。实际情况：卫星钟和接收机钟均有误差；信号通过大气层，测距码在电离层和对流层中被延迟。伪距观测方程信号离开卫星的标准GPS时刻是卫星钟给出的时刻是信号到达接收机的标准GPS时刻是接收机钟给出的时刻是(2)(3)(4)(1)考虑钟差改正的伪距观测方程：伪距观测方程GPS卫星轨道电离层对流层50100020000kmkmkm考虑钟差及大气延迟改正的伪距观测方程：站星几何距离：(5)(6)影响GPS信号传播的大气层主要是从地表向上1000公里的部分伪距观测方程伪距观测值卫星到测站的几何距离卫星在发射信号时刻的坐标接收机在接收信号时刻的坐标卫星钟钟差接收机钟钟差电离层折射改正对流层折射改正(6)(7)

GPS伪随机码的特性伪随机码的测距原理伪距导航的观测方程

伪距导航的基本原理伪距定位的精度评估伪距导航定位原理伪距导航的基本原理已知量已知量已知量未知量（7）伪距导航的基本原理4satellitesinviewarenecessary1.坐标x2.坐标y3.坐标z4.时间误差dt距离d1GPS卫星1距离d4GPS卫星

4GPS卫星

2距离d2距离d3GPS卫星

3系统时间GPST时间同步伪距导航的基本原理设测站的近似坐标为（8）（9）（7）伪距导航的基本原理（10）（11）伪距导航的基本原理（13）（12）（14）no迭代计算yes

GPS伪随机码的特性伪随机码的测距原理伪距导航的观测方程伪距导航的基本原理

伪距定位的精度评估伪距导航定位原理

伪距定位的精度评估其中：平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)及其相应的平面位置精度

高程精度因子VDOP(VerticalDOP)及其相应的高程精度

伪距定位的精度评估为了评价定位的结果，在导航学中一般采用精度因子（DilutionofPrecision，DOP）来表示，它是权系数阵中主对角线的函数。空间位置精度因子PDOP(PositionDOP)及其相应的三维定位精度接收机钟差精度因子TDOP(TimeDOP)及其钟差精度几何精度因子GDOP(GeometricDOP)及其相应的中误差伪距定位的精度评估伪距定位的精度评估伪距定位的精度评估GoodGeometryBadGeometryDOP值与单点定位时，所观测卫星的数量与分布有关，它所表示的是定位的几何条件。若由测站与四颗观测卫星所构成的六面体体积为V，分析表明，精度因子GDOP与六面体体积V的倒数成正比：

一般而言，V越大卫星分布越广，GDOP越小，定位精度越高。DOP值越小，定位的几何条件越好实际定位时GDOP不应大于6

载波相位观测量的测量载波相位定位原理载波相位定位和伪距定位的比较载波导航定位原理

载波相位测量原理若某卫星S发出一载波信号，该信号向各处传播。在某一瞬间，该信号在接收机R处的相位为，在卫星s处的相位为。则站星距为：载波相位测量原理GPS卫星并不量测载波相位，但只要接收机钟与卫星钟能保持严格同步，且选用同一起算时刻，那么就能用接收机所产生的基准振荡信号(复制的载波)去取代卫星所产生的载波。在这种情况下,任一时刻在接收机处的基准振荡信号的相位都等于卫星处的载波相位。所以站星距为：载波相位测量原理理想情况实际情况载波相位测量原理那么是如何观测到的？载波重建技术载波相位测量原理重建载波原因：用二进制相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文后，调制波的相位已不再连续。目的：将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。调制波载波调制信号载波相位测量原理重建载波的方法码相关法平方法互相关技术Z跟踪技术载波相位测量原理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。限制需要了解码的结构。载波相位测量原理t0:首次进行载波相位测量时刻

ti:后续各次观测时刻首次观测其余各次观测完整的载波相位通常表示为相关概念的区别整周模糊度（整周未知数）整周计数整周模糊度整周计数

载波相位观测量的测量载波相位定位原理载波相位定位和伪距定位的比较载波导航定位原理载波相位定位原理载波相位测量的实际观测值

与站星距之间存在下列关系:将上式代入伪距测量的观测方程得:载波相位观测方程：载波相位定位原理原始形式：线性化后：误差方程为：载波相位定位原理对于卫星i，误差方程为若在k个历元里每历元均观测了n颗相同的卫星，则误差方程载波相位定位原理假连续对n颗卫星进行定在k个历元中了观测，则通常有3+k+n个待定参数（3个位置参数、n个整周模糊度参数和k个接收机钟差参数），因而，仅采用载波相位观测值无法实现瞬时单点定位。

载波相位观测量的测量载波相位定位原理

载波相位定位和伪距定位的比较载波导航定位原理载波相位定位和伪距定位的比较L1载波L2载波C/A码P-码

ρ=29.3

m

L2=24

cm

L1=19c

m

C/A=293

m卫星发射的载波及伪随机码

由于信号量测精度一般优于波长的1/100，所以载波的测量精度远远高于伪随机码载波相位定位和伪距定位的比较载波是一种没有任何标记的余弦波，而用接收机中的鉴相器来量测载波相位时能测定的只是不足一周的部分，因而会产生整周数不确定的问题。此外,整周计数部分还可能产生跳变的问题,故在进行数据处理前，还需进行整周跳变的探测和修复工作，使得载波相位测量的数据处理工作变得较为复杂、麻烦。

差分GPS的基本思想差分GPS的类型局域差分GPS

广域差分GPS伪距差分导航定位原理差分GPS的基本原理差分GPS产生的背景：标准的单点定位不能满足某些要求；GPS实施了SA政策（2000年5月1日取消）；GPS的大部分误差具有较强的时空相关性；差分GPS的基本原理利用基准站（设在坐标精确已知的点上）测