GPS距离测量学习.pptx
4.1 利用测距码测定卫地距第1页/共46页GPS定位的基本原理需解决的两个关键问题如何确定卫星的位置如何测量出站星距离第2页/共46页测距方法双程测距用于电磁波测距仪单程测距用于GPS距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 测距方法第3页/共46页测距码C/A码（测距时有模糊度）P码距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 测距码第4页/共46页信号传播时间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5页/共46页测距码测距原理利用测距码测距的必要条件必须了解测距码的结构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卫星都采用特定的伪随机噪声码微弱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6页/共46页Z跟踪技术ASP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（积分间隔）限定在一个W码码元内距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 Z跟踪技术第7页/共46页伪距测量的特点优点无模糊度缺点精度低距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 伪距测量的特点第8页/共46页GPS测量的基本观测方程距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 GPS测量的基本观测方程第9页/共46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）测距码测距的观测方程距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 测距码测距的观测方程站星真实距离是用坐标反算的距离第10页/共46页伪距测量的误差方程距离测量与GPS定位 利用测距码测定卫地距 测距码测距的误差方程第11页/共46页Essence of absolute positioning(绝对定位的实质)Absolute positioning is a kind of spatial distance backward intersection(空间距离后方交会）.At least 4 range observables are needed in order to estimate 4 parameters.(至少观测四颗卫星)Currently,absolute positioning accuracy is about 10-40 m using broadcast ephemeris due to orbital error,clock error and atmospheric errors.（精度10-40 m）Question:What is the difference between absolute positioning and traditional distance intersection on the ground？第12页/共46页 In the case of multiple epochs of observation(or more than 4 satellites)Least Squares Adjustment problem!)The number of unknowns:3 coordinates+n receiver clock error terms,each corresponding to a separate epoch of observation(1 to n)。Error equation in form of matrix：A:design matrix L:observation vector P:weight matrix Y:vector of unknowns The estimated unknowns:Covariance(协方差阵)：第13页/共46页Estimated unknowns:If P is a unit weight matrix,then covariance matrix is:Cofactor matrix(协因数阵)Dilution of Precision(精度因子)DOP）Unit weight standard deviation第14页/共46页According to error propagation law,cofactor matrix in form of geodetic coordinates is第15页/共46页HDOP-Horizontal DOP(平面位置精度因子）：dilution of precisionVDOP-Vertical DOP(高程精度因子）：PDOP-Position DOP(空间位置精度因子）：第16页/共46页TDOP-Time DOP(接收机钟差精度因子)：GDOP-Geometric DOP(几何精度因子)：第17页/共46页 Geometric strength of Constellation(星座)The relationship between geometric strength and GDOP bad GDOPGood GDOP第18页/共46页Distribution of Satellites and Geometric StrengthAbsolute positioning error is proportional to DOP)Absolute positioning error is inversely proportional to the volumePDOP is interpreted as the reciprocal value（倒数）of the volume of pyramid（棱锥）that is formed from the satellite and user positions第19页/共46页 Bad GDOPGood GDOPGeometric Strength of Constellation第20页/共46页Computation of the azimuth and elevation of a satellite:According to broadcast ephemeris.Computation of DOP:According to satellite coordinates and the approximate coordinates of a station Prediction of satellite visibility and DOP 第21页/共46页Satellite visibility卫星可见性预报第22页/共46页Sky plot(卫星天空图）第23页/共46页PDOP预报第24页/共46页GDOP预报第25页/共46页HDOP预报第26页/共46页VDOP预报第27页/共46页TDOPTDOP预报第28页/共46页全部精度因子预报第29页/共46页全部精度因子预报第30页/共46页4.2 载波相位测量第31页/共46页 载波相位测量距离测量与GPS定位 载波相位测量第32页/共46页载波相位测量的关键技术重建载波重建载波将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。载波调制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33页/共46页载波相位测量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。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34页/共46页载波相位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（卫星信号）自乘。技术要点卫星信号（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35页/共46页载波相位测量的关键技术重建载波互相关（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）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36页/共46页载波相位测量的关键技术重建载波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：无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值，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37页/共46页载波测距距离测量与GPS定位 载波相位测量 载波测距第38页/共46页GPS载波相位测量的基本原理距离测量与GPS定位 载波相位测量 GPS载波相位测量的基本原理理想情况实际情况第39页/共46页载波相位观测值观测值整周计数整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值距离测量与GPS定位 载波相位测量 载波相位观测值第40页/共46页载波相位测量的特点优点精度高，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距离测量与GPS定位 载波相位测量 载波相位测量的特点第41页/共46页载波相位测量的观测方程原始形式：线性化后：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42页/共46页第43页/共46页第44页/共46页 If nj satellites are tracked simultaneously,then we get nj equations:The number of unknowns is 4+nj It is impossible using single epoch data to compute coordinates and ambiguities if nj4,minimum of 2 epochs is required to estimate unknowns.第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页
