GPS定位基本原理ppt课件.ppt

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1、第四章 GPS定位基本原理有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。概述GPS定位的基本原理和过程n概论中已经简述GPS定位依据的是空间几何三点定位原理。n为了消除时差引入的误差，GPS系统技术上采取四星定位。n定位除依据星座的几何构图外，还必须有准确的定时。nGPS卫星导航系统的定位精度取决于卫星和用户间的几何结构、卫星星历精度、GPS系统时同步精度、测距精度和机内噪声等诸因素的组合。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，

2、依赖既开放又相互信任的合作环境。GPS系统的定位过程可简述为如下步骤：n跟踪、选择卫星、接收选定卫星的信号。n解读、解算出卫星。n测量得到卫星和用户之间的相对位置。n解算得到用户的最可信赖位置。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。“交会法” 定位n已知一颗卫星的位置和接收器到它的距离，就可以确定接收器在一个球面上。n已知两颗卫星的位置和接收器到它们的距离，就可以确定接收器在一个环上。n如果知道三颗卫星的位置和接收器到它们的距离，通常可以确定接收器一定位于两点之一。若排除一点接收器的位置就确

3、定了。GPS术语：卫星（Satellite） - Space Vehicle (SV)；接收器（Receiver） - User Equipment (UE)。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。三个未知量需要三个方程,(,)iiiisvsvsvueueueirixyzixyz：卫星的索引号；：到第 颗卫星的距离；：第 颗卫星的位置；：用户的位置，三个未知量。112121222222223323232()()()()()()()()()svuesvuesvuesvuesvuesvuesvu

4、esvuesvuerxxyyzzrxxyyzzrxxyyzz有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。GPS定位的基本原理n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有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 GPS系统的实质（关键），是要得到用户（载体）的高精度的瞬时位置。若根据前面在概论中所描述的几何模型，定位过程就是：首先，根据卫星广播的星历，计算出第i颗卫星的准确位置xi，y

5、i，zi；其次，根据测量的码伪距或相位的伪距，计算出用户与第i颗卫星之间的相对距离 ；最后，根据导航方法计算出用户的三维位置x，y，z；。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。Position is Based on TimeT + 3Distance between satellite and receiver = “3 times the speed of light”TSignal leaves satellite at time “T”Signal is picked up by t

6、he receiver at time “T + 3”有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。Pseudo Random Noise CodeReceiver PRNSatellite PRNTime Difference有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。Distance MeasuringRate = 186,000 miles per second (Speed of Light)T

7、ime = time it takes signal to travel from the SV to GPS receiverDistance = Rate x TimeEach satellite carries around four atomic clocks Uses the oscillation of cesium and rubidium atoms to measure timeAccuracy?plus/minus a second over more than 30,000 years! The whole system revolves around time!有利于学

8、习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。确定时间的必要性至少有两个原因用户需要知道精确的时间：用户通过测量卫星信号的延迟来确定与卫星之间的距离。1.卫星、用户以及它们所在的坐标系（固定在地球上）都是运动的。它们的位置都需要时间来确定。n假设用户的时钟慢千分之一秒，于是延迟就多了0.001秒，所测量得的距离也就多了三百公里。nGPS卫星的速率大约是每秒3.87公里。赤道上一点由于地球自转移动的速率是每秒456米。所以以上千分之一秒的误差将引起大约3870*0.001=3.87米的误差。有利于学习和创新的

9、组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。测距及定位基本方法与分类GPS定位包括确定一个点的三维坐标与实现同步四个未知参数。精确定位必须解决两个问题：确定卫星准确位置；准确测定卫星到地面测点的距离。1测距方法伪距测量（伪码测距）：测量

10、GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间。载波相位测量：测量具有载波多普勒频移的GPS卫星载波信号与接收机产生的参考信号之间的相位差。多普勒测量：由积分多普勒计数得出的伪距。n所需观测时间较长，一般数小时，同时观测过程中，要求接收机的震荡器保持高度稳定。干涉测量：由干涉法测量得出的时间延迟。n所需设备较昂贵，数据处理复杂。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n后两种种方法在GPS定位中，尚难以获得广泛应用。n目前广泛应用的基本观测量主要有码相位观测量和载波相位观测量。所谓码相位观

11、测是测量GPS卫星发射的测距码信号（C/A码或P码）到达用户接收机天线（观测站）的传播时间。n也称时间延迟测量。n上述通过码相位观测或载波相位观测所确定的站星距离都不可避免地含有卫星钟与接收机钟非同步误差的影响，含钟差影响的距离通常称为伪距。n由码相位观测所确定的伪距简称测码伪距，由载波相位观测所确定的伪距简称为测相伪距。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合

12、作环境。2定位分类n按测距方法不同：伪距法定位（速度快）载波相位测量定位（精度高）n按接收机运动状态分类：静态定位n绝对定位n相对定位动态定位n绝对定位n相对定位有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n绝对定位将接收机安置在固定点上观测数分钟或更长时间，以确定该点三维坐标。在一个待定点上，利用GPS接收机观测4颗以上的GPS卫星，独立确定待定点在地固坐标系的位置（目前为WGPS84坐标系），称之为绝对定位。n绝对定位的优点只需用一台接收机独立定位，观测的组织与实施简便，数据处理简单。n主要问

13、题受卫星星历误差和卫星信号在传播过程中的大气延迟误差的影响显著定位精度较低。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n相对定位：将两台或更多台接收机置于不同点上，通过一段时间的观测确定点间的相对位置关系。在两个或若干个测量站上，设置GPS接收机，同步跟踪观测相同的GPS卫星，测定它们之间的相对位置，称为相对定位。在相对定位中，至少其中一点或几个点的位置是已知的，即其在WGS84坐标系的坐标为已知，称之为基准点。n相对定位是高精度定位的基本方法广泛应用于高精度大地控制网、精密工程测量、地球动力学

14、、地震监测网和导弹和火箭等外弹道测量方面。n动态定位至少一台接收机处于运动状态，确定各观测时刻运动中的接收机的绝对或相对位置关系。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。动态、静态定位的区别n过去动态、静态定位的区别动态定位n基本上就是指GPS导航，所采用的技术是P码或C/A码的伪码距测量定位。n相位测量由于存在整周模糊问题，不能用于动态测量定位。静态定位n被测点固定，实时性不高，因而可以采取大量的重复观测，基本上采用载波相位测量定位技术n少数对精度要求不高的情况下才使用伪码测量定位方式。有利

15、于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n近几年情况变化：GPS动态用户越来越多，精度要求也越来越高。C/A码定位精度不能满足广大用户的要求，人们积极研究高精度的动态定位技术。近年来国际上模糊度快速解算技术取得突破性进展，从而使载波相位测量定位技术在动态定位中得到迅速发展和应用。n所以动态和静态定位不再能简单的从使用相位或伪码测量技术上区分。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n近来基本区分方

16、法静态：n接收机天线在测量期间静止不动。n测量的参数在测量期间是不随时间变化的。n目的是测量点位的坐标。动态：n接收机天线在测量期间是运动的。n测量的参数在测量期间是随时间变化的，所以测量期间同时要定时。n目的是测量载体的运动轨道，要确定其七维坐标参数（三维空间坐标、三维速度、时间）。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n动态定位的特点与分类用户广泛n陆地运动载体n水上运动载体n空中运动载体。运动速度差异大。n低速：几米几十米/秒n中速：几十米1000米/秒n高速：大于1000米/秒采样时

17、间短n用于运载火箭或飞船定位时每次采样时间为0.3秒左右。动态实时性强n例如为导弹导航，为火箭定轨。精度要求差别大n为船类导航，精度几十米即可。n为飞机进场导航，精度12米即可。n为导弹测轨，精度要求约在0.1米。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n动态定位和静态定位的差异由于静态定位可以多次重复观测，可以采取事后处理，对随机误差进行平差处理，这些办法动态定位无法采取，所以定位精度更高。动态定位的独特优点是实时性好。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向

18、，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。4.1 伪距测量一、伪距概念n通过测量GPS卫星发射测距码到达接收机的传播时间，从而算出接收机到卫星的距离：=tc实际距离 = 电离层和对流层改正； 接收机时钟相对于标准时间的偏差； 卫星时钟相对于标准时间的偏差。nC/A码伪距（20米精度）、P码伪距（2米精度）iontropkjc tc t,iontropkc tjc t有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。测距方法n双程测距用于电磁波测距仪n单程测距用于GPS有利于学

19、习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。测距码C/A码（测距时有模糊度）码（测距时有模糊度）P码码有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。信号传播时间测距码测距原理n距离测定的基本思路n信号（测距码）传播时间的测定dtTutTuTRT)()(1相关系数：ctc信号传播时间的测定信号传播时间的测定有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围

20、，依赖既开放又相互信任的合作环境。测距码测距原理n利用测距码测距的必要条件必须了解测距码的结构n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）每颗每颗GPS卫星都采用特定的卫星都采用特定的伪随机噪声码伪随机噪声码微弱信号的捕获微弱信号的捕获有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。Z跟踪技术nASP码+W码Y码W码的码元宽度比Y码大几十倍（严格保密）无法对其进行直接跟踪与测量nZ跟踪技术ASHTECH 公司的专利技术

21、核心：基于Y 码是P 码和一显著低速率的保密码W 的模二和，从而打破Y 码，将其重新分解为P 码和W 码，然后再利用P 码来测距 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 + = 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。Z跟踪技术n原理将接收到的L1 和L2 信号分别和接收机生成的、以P 码信号为基础的复制信号相关，频带宽度降低到保密W 码的带宽，从而得到未知的W

22、码调制信号的估值应用反向频率信号处理法，将接收到的信号减去这一W 码的估值，就可以大部分消除W 码的影响，进而恢复P 码n相关处理的积分间隔限制为W 码的一个码元对应很小的时间间隔根据CDMA 测量原理可知，信噪比与相关处理的积分时间的平方根成正比，从而采用Z 跟踪技术所获取的P（Y）码伪距的精度有所下降。n由于增加了处理环节和使用近似的W码（准确的W 码是未知的）信息，也增加了测量噪声。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n实施AS 后双频P 码接收机仍能利用P 码来测距, 但相关处理的

23、积分间隔限制为W 码的一个码元对应的很小的时间间隔,根据CDMA 的测量原理可知, 信噪比与相关处理的积分时间的平方根成正比, 从而采用Z 跟踪技术所获取的P 码伪距的精度有所下降n采用其它方法获取P 码伪距时, 由于增加了处理环节和使用近似的W 码(准确的W码是未知的) 信息, 也增加了测量噪声非特许用户得到的P 码精度将有所降低。n作为特需用户, 可以直接得到P 码伪距, 其精度高于C/ A 码伪距n对于非特需用户, 采用Z 跟踪技术进行PRN 相关处理的积分时间很短, 导致测量精度降低, 对于其他方式, 由于利用W 码的近似信息和增加处理环节导致伪距测量结果的误差增大原来的高精度P 码在

24、最终的伪距测量结果中并不是总能得到保证n虽然是采用同样的P 码, 由于测量方式和过程不同, 非特需用户得到的P 码伪距精度低于特需用户的相应结果。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。Z跟踪技术精度n利用Z 跟踪技术所获取的P（Y）码伪距观测值中，P1 码伪距的精度与C/A 码基本相同，而P2 码伪距观测值的精度较低。nP1 码、C/A 码伪距单点定位的精度基本相同，而P2 码伪距单点定位的精度较低。nZ跟踪技术下CA码与P(Y)码伪距的精度比较勘察科学技术2019年第2期有利于学习和创新的

25、组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。伪距测量的特点n优点无模糊度（相对相位测距而言）n缺点精度低有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。二、伪距测量n伪距定位法根据GPS接收机在某时刻同时量测至少4颗卫星伪距及卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机位置的方法。伪码测距是将延迟后的本地测距码与接收到的测距码进行相关运算处理，通过测量相关函数的最大值位置来测定卫星信号的传播延迟，从而计算出卫星到接收机的距离。

26、有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n被测点接收机与卫星之间的距离是： R2 （xix）2（yiy）2（ziz）2X，Y，Z为被测点坐标值，是待求解的未知数Xi，Yi，Zi为星座坐标值，是已知量，从星历中计算出；R为参考星到被测点间距，利用伪码实时测量得到nR的测定与时间量有关n而用户便携接收机一般不可能有十分准确的时钟，因此由它测出的卫星信号在空间的传播时间也是不准确的，因而测出的距卫星的距离也不准确，这种距离叫做伪距（ Pseudo Range， PR）。有利于学习和创新的组织管理机制

27、，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n在接收卫星信号的这个瞬间，接收机的时钟与卫星导航系统所用的时间差是一个定值，假设为t，那么上述公式就要改写成R （xix）2（yiy）2（ziz）2 tcc是电波传播速度（光速）t也是个未知数。n只要接收机能测出距四颗卫星的伪距，便有四个这样的方程，把它们联立起来，便可以解出四个未知量x、y、z和t，即能求出接收机的位置并告诉它准确的时间。nGPS系统可以为海陆空甚至外层空间的用户给出准确的三维位置、三维速度和时间信息。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以

28、市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。R （x1x）2（y1y）2（z1z）2 tcc是电波传播速度（光速）；t也是个未知数。n只要接收机能测出距四颗卫星的伪距，便有四个这样的方程，把它们联立起来，便可以解出四个未知量x、y、z和t，即能求出接收机的位置并告诉它准确的时间。nGPS系统可以为海陆空甚至外层空间的用户给出准确的三维位置、三维速度和时间信息。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。三、伪距法绝对定位原理n设GPS标准时为T，卫星钟面时间tj

29、 接收机钟面时间tk 卫星与标准时偏差tj 接收机与标准时偏差tktj =Tj+ tj tk = Tk +tkn 已知，只有接收机位置三参数和接收机钟差未知 只需收到4颗卫星信号，列出4方程，就可求解。n将接收机钟差作为未知参数可降低成本，还可实现GPS定时。n为提高GPS定位精度，实际定位模型应考虑电离层和对流层影响n当观测卫星数大于4时可采用间接平差法计算接收机的位置坐标的最或然值(最可靠值 )对某一量进行多次观测，各次观测的结果总是互不一致只有在观测次数无限增大时，其平均值即趋近于该量的真值。在实际工作中不可能进行无限次观测，因而根据观测结果所得到的仅是相对真值，它就是该量的最或然值。对

30、一个未知量进行一组同精度观测，其简单平均值就是该量的最或然值；当不同精度时，加权平均值就是该量的最或然值，对于较复杂的问题，最或然什可按最小二乘法原理求解。jkc tc t222jjjjkkkkXXYYZZc tc tjc t有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。首先确定待定点近似坐标X0,Y0,Z0,求残差V：0()jjjjjjkkkkkkkkkiontropvaXbYcZc t000000,jjjjjjkkkkkkkkjjjXXYYZZabcc t 0()jjjkkiontroplc t

31、 当同时观测的卫星数等于4时，可求未知参数唯一解： 1111122222333334444411011kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkXvabclYvabclVAXLZvabclvabclX=A-1L当同时观测的卫星数大于4时，可用最小二乘法求解： X=(ATA)-1ATL000,kkkkkkkkkXXXYYY ZZZ有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。四、伪码测距与码元宽度的关系：n测量分辨率很大程度上取决于码元宽度n码速越高，码元宽度越小，分辨率越好P码速为10.23M

32、b/s,C/A码速率为1.023Mb/s, 码元宽度 P码：29.3m C/A码； 293.05m分辨率可达码元宽度的1/64 1/100P码分辨率较C/A码高10倍。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。对流层折射延对流层折射延迟改正迟改正电离层折射延电离层折射延迟改正迟改正接收机钟的接收机钟的改正数改正数卫星钟的改卫星钟的改正数正数信号离开信号离开

33、卫星的时卫星的时刻（由卫刻（由卫星钟测定）星钟测定）信号到达接信号到达接收机的时刻收机的时刻（由接收机（由接收机钟测定）钟测定）RSRSsRRStttropiontropionabttabtatbSRtRbtSaSRVcVcVVVVcVcVccVVcttcVtVtttc)()()()()()(故：站星真实距离：则：；设：伪距：测距码测距的观测方程有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。222222000000000000()()()()()()()()()()()()()SRiiiiiiiii

34、ontropttiiiiiiiiiiiiiiixXyYzZixXyYzZVVc 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()()()()()()()()()()()SiRiiiiiiiiiiiiiiiiiionitropitiiiitiZdZxXyYzZXXdXYYdYZZdZxXyYzZlmnLc VVVVl dXmdYndZc VL 其中：；令：；则误差方程为：伪距测量的误差方程有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价

35、值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。4.2 载波相位测量n相比于伪码测量，载波相位测量精度更高L1载波波长19.03cm， L2载波波长24.42cm测量精度可达0.2cm。n由于载波是周期信号，相位测量只能测出不足一周的小数部分，因此存在整周的确定问题整周模糊度的精确求解问题。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 载波相位测量itjtitijttR(c )2002, 黄劲松有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中

36、心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。GPS载波相位测量的基本原理SR SR)SR( )tR( )tS接收机根据自身的钟在 时刻复制信号的相位tR接收机根据自身的钟在 时刻所接收到卫星在时刻所发送信号的相位tRtS tR tS理想情况理想情况实际情况实际情况有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。载波相位观测值n观测值n整周计数n整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值载波相位观测值)()()()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示为：以后的观测：首次观测： Int0

37、NN0Fr0N0Int( )iFrit0ti有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。tropiioniiiittiiiiiVVLLcVcVNdZndYmdXlvSR)()(其中：0载波相位测量的观测方程tropiionttiiiitropiionttiiiVVcVcVNVVcVcVNSRSR)()()(原始形式：原始形式：线性化后：线性化后：tropiionttiiiiiiitropiionttiiiiiiiiVVcVcVNdZZzdYYydXXxVVcVcVNdZzZdYyYdXxXSRSR

38、)()()()()()()()()()(00000000000000误差方程为：误差方程为：有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。载波相位测量的特点n优点精度高，测距精度可达0.1mm量级n难点整周未知数问题整周跳变问题有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。载波相位测量的关键技术重建载波n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载波调制了电文之后变成了非连续的波变

39、成了非连续的波伪距测量与载波相位测量伪距测量与载波相位测量有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。载波相位测量的关键技术重建载波n码相关法方法n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n卫

40、星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。特点n限制：需要了解码的结构。n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(c )2002, 黄劲松码相关法码相关法有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。载波相位测量的关键技术重建载波n平方法方法n将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。技术要点n卫星信号（弱）自乘。特

41、点n优点：无需了解码的结构n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）平方法平方法有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。载波相位测量的关键技术重建载波n互相关（交叉相关）方法n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n不同频率的卫星信号（弱）进行相关。特点n

42、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有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。载波相位测量的关键技术重建载波nZ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

43、号（弱）与复制信号（强）进行相关。特点n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）有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。4.3

44、GPS相对定位n相对定位在两个或若干个测量站上，设置GPS接收机，同步跟踪观测相同的GPS卫星，测定它们之间的相对位置在相对定位中，至少其中一点或几个点的位置是已知的，即其在WGS84坐标系的坐标为已知，称之为基准点。n卫星的星历误差，卫星钟差、接收机钟差和电离层、对流层延迟误差，对同一颗卫星的两站观测值的影响是相同的或基本相同通过相对定位可有效地消除或减弱这些误差的影响，提高定位精度。n相对定位是高精度定位的基本方法广泛应用于高精度大地控制网、精密工程测量、地球动力学、地震监测网和导弹和火箭弹道测量等方面n相对定位有两类解算方法：一是用直接观测值组成定位观测误差方程、法方程，一并解算出两点间

45、的相对位置；另一类方法是将直接观测值进行不同的线性组合，构成虚拟观测值，由虚拟观测值组成相应的观测误差方程，进行相对定位解算。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1.直接法n直接观测值的相对定位，其最简单的方法为：n两点各自根据观测值，组成观测误差方程，各自答解出点位坐标；n然后求两点间的坐标差，即两点的相对位置。n在已知其中一点坐标时，即可求得另一点的坐标。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的

46、合作环境。如在D和K点同时设站，在ti时刻同步观测卫星j的伪距，得观测值为jDi和jKi。由伪距观测值组成观测误差方程、法方程，解出D与K点的定位坐标（XD、YD、ZD）和（XK、YK、ZK），则可得坐标差nXDK XKXDnYDK YKYDnZDK ZKZDn 当D点为已知点，其在WGS84坐标坐标为（XD、YD、ZD），则可得待定点K的坐标为nXK XDXDKnYK YDYDKnZK ZDZDK有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。代入前式，则得XK （XDXD）XK XK +XDYK

47、（YDYD）YK YK +YDZK （ZDZD） ZK ZK +ZDn这种相对定位的实质是，利用已知点定位值与已知值之差（XD、YD、ZD）修正未知点的定位结果。n因而消除或减弱了相同的或基本相同的误差影响，提高定位精度。n这样，相对定位提高精度是以增加一点的多余观测为代价的。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2求差法n目前，相对定位中广泛采用的方法是由直接观测值线性组合构成虚拟观测值的方法，即所谓的求差法。n可按测站、卫星和观测历元三个要素来产生和划分相位差观测值的各种形式不同的差分。

48、由求差分次数的多寡可分为一次差、二次差和三次差观测值。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。n将观测值直接相减的过程叫求一次差，常用的求一次差是在接收机间求一次差单差观测值中可以消除与卫星有关的载波相位及其钟差项；n对载波相位观测值的一次差继续求差，叫二次差，通常是在卫星间求差双差观测值可以消除与接收机有关的载波相位及其钟差项；n对二次差继续求差称为求三次差，常用求三次差是在接收机、卫星、历元之间求三次差：三差观测值中可以消除与卫星和接收机有关的整周模糊度项N。有利于学习和创新的组织管理机制

49、，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。4.4观测值的线性组合n同类型同频率观测值的线性组合n同类型不同频率观测值的线性组合n不同类型观测值的线性组合有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心

50、的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互