第五章GPS卫星定位基本原理课件.ppt

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1、第五章第五章GPS卫星定位基本原理卫星定位基本原理5.1 概述概述5.2 伪距测量伪距测量5.3 载波相位测量载波相位测量5.4 整周跳变的修复整周跳变的修复5.5 GPS绝对定位与相对定位绝对定位与相对定位5.6 美国的美国的GPS政策政策5.7 差分差分GPS定位原理定位原理.5.1 概述概述1.测角交会法测角交会法 1)前方交会前方交会 2)恻方交会恻方交会 3)后方交会后方交会 2.测边交会法测边交会法(距离交会距离交会).测角交会法测角交会法A AB BP P侧方交会侧方交会前方交会前方交会A AB BP PA、B和和C点坐标已知，点坐标已知，P点坐标未知点坐标未知后方交会后方交会P

2、 PC CA AB B.测边（距）交会法测边（距）交会法P PC CA AB Bd d1 1d d2 2d d3 3飞机轮船仍旧使用的一种导航定位方法飞机轮船仍旧使用的一种导航定位方法飞机轮船仍旧使用的一种导航定位方法飞机轮船仍旧使用的一种导航定位方法如只有两个无线电发射台，可根据用户接收机的概略位置交会出接如只有两个无线电发射台，可根据用户接收机的概略位置交会出接如只有两个无线电发射台，可根据用户接收机的概略位置交会出接如只有两个无线电发射台，可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置收机的平面位置收机的平面位置收机的平面位置 无线电导航定位无线电导航定位无线电导航定位无线电导航定位

3、卫星激光测距定位卫星激光测距定位卫星激光测距定位卫星激光测距定位无线电发射台或激光测距仪无线电发射台或激光测距仪无线电发射台或激光测距仪无线电发射台或激光测距仪3.3.无线电接收机或卫星无线电接收机或卫星无线电接收机或卫星无线电接收机或卫星1)ABC1)ABC为三个无线电信号发射台为三个无线电信号发射台为三个无线电信号发射台为三个无线电信号发射台,坐标已坐标已坐标已坐标已知知知知2)P2)P为用户接收机为用户接收机为用户接收机为用户接收机3)3)采用无线电测距方法测得采用无线电测距方法测得采用无线电测距方法测得采用无线电测距方法测得PA PB PCPA PB PC4)4)以以以以ABCABC为

4、球心为球心为球心为球心,以三个长为半径作出三以三个长为半径作出三以三个长为半径作出三以三个长为半径作出三个定位球面个定位球面个定位球面个定位球面,即可交出接收机的平面位置即可交出接收机的平面位置即可交出接收机的平面位置即可交出接收机的平面位置.5.1概述概述P PC CA AB Bd d1 1d d2 2d d3 31)P1)P点为激光测距卫星点为激光测距卫星点为激光测距卫星点为激光测距卫星2)A B C2)A B C为固定于地面上为固定于地面上为固定于地面上为固定于地面上三个的卫星激光测距仪三个的卫星激光测距仪三个的卫星激光测距仪三个的卫星激光测距仪(坐标已知坐标已知坐标已知坐标已知)3)3

5、)确定出确定出确定出确定出P P点位置点位置点位置点位置4)4)利用三个卫星位置在地面上有第利用三个卫星位置在地面上有第利用三个卫星位置在地面上有第利用三个卫星位置在地面上有第四个位置四个位置四个位置四个位置,利用所测定的三个空间利用所测定的三个空间利用所测定的三个空间利用所测定的三个空间距离交会出该地面点的位置距离交会出该地面点的位置距离交会出该地面点的位置距离交会出该地面点的位置4.4.近代卫星大地测量近代卫星大地测量近代卫星大地测量近代卫星大地测量(卫星激光测距）卫星激光测距）卫星激光测距）卫星激光测距）.5.GPS5.GPS卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理卫星定位

6、的基本原理(1)(1)观测方程观测方程P点的三维坐标（点的三维坐标（X，Y，Z）5.1 5.1 概述概述概述概述1)1)内容内容内容内容:应用测距交会原理应用测距交会原理应用测距交会原理应用测距交会原理,利用三颗以上卫星的已知空间位置利用三颗以上卫星的已知空间位置利用三颗以上卫星的已知空间位置利用三颗以上卫星的已知空间位置交会出地面未知点的位置交会出地面未知点的位置交会出地面未知点的位置交会出地面未知点的位置2).2).3)GPS3)GPS卫星定位方法卫星定位方法卫星定位方法卫星定位方法a.a.依据测距的原理划分：依据测距的原理划分：依据测距的原理划分：依据测距的原理划分：1 1）伪距法定位）

7、伪距法定位）伪距法定位）伪距法定位（测码）（测码）（测码）（测码）2 2）载波相位测量定位）载波相位测量定位）载波相位测量定位）载波相位测量定位（测相）（测相）（测相）（测相）3 3）差分）差分）差分）差分GPSGPS定位定位定位定位b.b.根据待定点的运动状态划分：根据待定点的运动状态划分：根据待定点的运动状态划分：根据待定点的运动状态划分：1 1）静态定位）静态定位）静态定位）静态定位(绝对绝对绝对绝对)2 2）动态定位）动态定位）动态定位）动态定位(相对相对相对相对)c.c.获得定位结果的时效获得定位结果的时效获得定位结果的时效获得定位结果的时效(补充）补充）补充）补充）1)1)事后定位

8、事后定位事后定位事后定位(静态静态静态静态)2)2)实时定位实时定位实时定位实时定位 (RTK)(RTK)5.GPS5.GPS卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理(2)(2)5.1 5.1 概述概述概述概述.5.2 伪距测量伪距测量1.1.伪距：由卫星发射的测距码信号到达伪距：由卫星发射的测距码信号到达伪距：由卫星发射的测距码信号到达伪距：由卫星发射的测距码信号到达GPSGPS接收机的接收机的接收机的接收机的传播时间传播时间传播时间传播时间乘以光速乘以光速乘以光速乘以光速所得出的所得出的所得出的所得出的量测距离量测距离量测距离量测距离。由于。由于。由于。由于

9、各种误差各种误差各种误差各种误差的存在，与卫的存在，与卫的存在，与卫的存在，与卫星到测站的实际几何距离有一定差值。星到测站的实际几何距离有一定差值。星到测站的实际几何距离有一定差值。星到测站的实际几何距离有一定差值。2.2.两种测量值：两种测量值：两种测量值：两种测量值：-C-CA A码伪距码伪距码伪距码伪距 误差误差误差误差20-3020-30米米米米 -P -P码伪距码伪距码伪距码伪距 误差误差误差误差1010米米米米3.3.伪距定位法伪距定位法伪距定位法伪距定位法:由由由由GPSGPS接收机在某一时刻测出到达四颗以上接收机在某一时刻测出到达四颗以上接收机在某一时刻测出到达四颗以上接收机在

10、某一时刻测出到达四颗以上GPSGPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用测测测测距交会距交会距交会距交会的方的方的方的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。法求定接收机天线所在点的三维坐标。法求定接收机天线所在点的三维坐标。法求定接收机天线所在点的三维坐标。4.4.特点特点特点特点 1)1)适用于导航和低精度测量适用于导航和低精度测量适用于导航和低精度测量适用于导航和低精度测量 2)2)定位速度快；定位速度快；定位速度快；定位速度快；3)3)可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（模可作为载波相

11、位测量中解决整波数不确定问题（模可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（模可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（模糊度）的辅助资料。糊度）的辅助资料。糊度）的辅助资料。糊度）的辅助资料。.5.2.1伪距测量伪距测量1 1.卫星发出一个测距码，该测距码经过卫星发出一个测距码，该测距码经过时间时间后到达接收机；后到达接收机；2.接收机产生一组结构完全相同的测距码接收机产生一组结构完全相同的测距码复制码，并通过时延器使其延迟时间复制码，并通过时延器使其延迟时间；5.2 5.2 伪距测量伪距测量伪距测量伪距测量5.2.1.15.2.1.1伪距测量的方法伪距测量的方法伪距测量的方法伪距测量的方法.

12、3.3.将两组测距码进行相关处理，直到两组测距码的将两组测距码进行相关处理，直到两组测距码的将两组测距码进行相关处理，直到两组测距码的将两组测距码进行相关处理，直到两组测距码的自相关系数自相关系数自相关系数自相关系数 R R()=1)=1为止，此时，复制码已和测距为止，此时，复制码已和测距为止，此时，复制码已和测距为止，此时，复制码已和测距码对齐，复制码的延迟时间码对齐，复制码的延迟时间码对齐，复制码的延迟时间码对齐，复制码的延迟时间 就等于卫星信号的传就等于卫星信号的传就等于卫星信号的传就等于卫星信号的传播时间播时间播时间播时间；4.4.将将将将 乘上光速乘上光速乘上光速乘上光速c c后即可

13、求得卫星至接收机的伪距。后即可求得卫星至接收机的伪距。后即可求得卫星至接收机的伪距。后即可求得卫星至接收机的伪距。5.2.1.1伪距测量的方法伪距测量的方法(续续)5.2.15.2.1伪距测量伪距测量伪距测量伪距测量.5.2.1.2为什么利用码相关法测定伪距？为什么利用码相关法测定伪距？vv为什么不利用码的标志来推算时延值？为什么不利用码的标志来推算时延值？为什么不利用码的标志来推算时延值？为什么不利用码的标志来推算时延值？1.1.随机误差的存在：随机误差的存在：随机误差的存在：随机误差的存在：每个测距码在产生时；测距码在传播过程中由于外界干扰产生变每个测距码在产生时；测距码在传播过程中由于外

14、界干扰产生变每个测距码在产生时；测距码在传播过程中由于外界干扰产生变每个测距码在产生时；测距码在传播过程中由于外界干扰产生变形；复制码在产生时。形；复制码在产生时。形；复制码在产生时。形；复制码在产生时。2.2.仅根据测距码中的某一标志来进行量测会带来较大仅根据测距码中的某一标志来进行量测会带来较大仅根据测距码中的某一标志来进行量测会带来较大仅根据测距码中的某一标志来进行量测会带来较大误差。利用码相关技术在自相关系数误差。利用码相关技术在自相关系数误差。利用码相关技术在自相关系数误差。利用码相关技术在自相关系数R R()=max)=max 的的的的情况下来确定信号的传播时间情况下来确定信号的传

15、播时间情况下来确定信号的传播时间情况下来确定信号的传播时间，实质上是采用了多实质上是采用了多实质上是采用了多实质上是采用了多个码特征来确定个码特征来确定个码特征来确定个码特征来确定 ，排除了随机误差的影响。排除了随机误差的影响。排除了随机误差的影响。排除了随机误差的影响。5.2.15.2.1伪距测量伪距测量伪距测量伪距测量.5.2.1.3伪距测量的原理伪距测量的原理(1)1.三种时间系统：三种时间系统：1)各颗各颗GPS卫星的时间标准卫星的时间标准2)各台各台GPS信号接收机的时间标准信号接收机的时间标准3)统一上述时间标准的统一上述时间标准的GPS时间系统时间系统5.2.15.2.1伪距测量

16、伪距测量伪距测量伪距测量.5.2.1.3伪距测量的原理（伪距测量的原理（2）伪噪声码从卫星到接伪噪声码从卫星到接伪噪声码从卫星到接伪噪声码从卫星到接收天线的传播时间：收天线的传播时间：收天线的传播时间：收天线的传播时间：伪噪声码从卫星到伪噪声码从卫星到伪噪声码从卫星到伪噪声码从卫星到达接收天线的时元达接收天线的时元达接收天线的时元达接收天线的时元伪噪声码在其卫伪噪声码在其卫伪噪声码在其卫伪噪声码在其卫星的发射时元星的发射时元星的发射时元星的发射时元5.2.15.2.1伪距测量伪距测量伪距测量伪距测量2.2.5.2.1.3伪距测量的原理（伪距测量的原理（3）d dt t 卫卫卫卫星星星星时时时时

17、钟钟钟钟相相相相对对对对于于于于GPSGPS时时时时间间间间系系系系统统统统的的的的时时时时间间间间偏偏偏偏差差差差（可根据导航电文求得）（可根据导航电文求得）（可根据导航电文求得）（可根据导航电文求得）d dT T 接接接接收收收收机机机机时时时时钟钟钟钟相相相相对对对对于于于于GPSGPS时时时时间间间间系系系系统统统统的的的的时时时时间间间间偏偏偏偏差差差差（接收机钟差）（接收机钟差）（接收机钟差）（接收机钟差）5.2.15.2.1伪距测量伪距测量伪距测量伪距测量.5.2.1.3伪距测量的原理（伪距测量的原理（4）卫星到接收天线的真实距离：卫星到接收天线的真实距离：卫星到接收天线的真实距

18、离：卫星到接收天线的真实距离：卫星到接收天线的卫星到接收天线的卫星到接收天线的卫星到接收天线的“伪距（伪距（伪距（伪距（pseudorangepseudorange）”：伪噪声码的真伪噪声码的真伪噪声码的真伪噪声码的真实传播时间实传播时间实传播时间实传播时间5.2.15.2.1伪距测量伪距测量伪距测量伪距测量3 3：.5.2.1.3伪距测量的原理（伪距测量的原理（5）4.考虑电离层考虑电离层/对流层影响的伪距值：对流层影响的伪距值：C C(d(dt t d dT T)时钟偏差引起的距离偏差时钟偏差引起的距离偏差时钟偏差引起的距离偏差时钟偏差引起的距离偏差d dionion电离层效应引起的距离偏

19、差电离层效应引起的距离偏差电离层效应引起的距离偏差电离层效应引起的距离偏差d dtroptrop对流层引起的距离偏差对流层引起的距离偏差对流层引起的距离偏差对流层引起的距离偏差5.2.15.2.1伪距测量伪距测量伪距测量伪距测量.5.2.2伪距定位观测方程伪距定位观测方程 是卫星在轨位置和用户位置的函数，即：是卫星在轨位置和用户位置的函数，即：第第第第j j 颗卫星在时元颗卫星在时元颗卫星在时元颗卫星在时元t t 的三维的三维的三维的三维坐标，可从导航电文中求得坐标，可从导航电文中求得坐标，可从导航电文中求得坐标，可从导航电文中求得 用户接收天线在时元用户接收天线在时元用户接收天线在时元用户接

20、收天线在时元t t 的三维的三维的三维的三维坐标，为待求的未知数坐标，为待求的未知数坐标，为待求的未知数坐标，为待求的未知数.上式中有上式中有上式中有上式中有4 4个未知数（用户三维坐标和个未知数（用户三维坐标和个未知数（用户三维坐标和个未知数（用户三维坐标和接收机的接收机的接收机的接收机的钟差钟差钟差钟差d dT T ）。）。）。）。这样在任何一个观测瞬间，用户这样在任何一个观测瞬间，用户这样在任何一个观测瞬间，用户这样在任何一个观测瞬间，用户至至至至少需要同时观测少需要同时观测少需要同时观测少需要同时观测4 4颗卫星颗卫星颗卫星颗卫星，以便解算，以便解算，以便解算，以便解算4 4个未知数。

21、个未知数。个未知数。个未知数。5.2.2伪距测量的基本方程（续）伪距测量的基本方程（续）.5.3 载波相位测量载波相位测量(1)1.1.伪距测量的不足：伪距测量的不足：伪距测量的不足：伪距测量的不足：测距码的码元长度较长，因此量测精度较低。测距码的码元长度较长，因此量测精度较低。测距码的码元长度较长，因此量测精度较低。测距码的码元长度较长，因此量测精度较低。（对（对（对（对C/AC/A码码码码而言精度而言精度而言精度而言精度3m3m左右左右左右左右，P P码约为码约为码约为码约为30cm30cm）2.2.如果把载波作为量测信号，载波的波长要短得多如果把载波作为量测信号，载波的波长要短得多如果把

22、载波作为量测信号，载波的波长要短得多如果把载波作为量测信号，载波的波长要短得多（L L1 1=19cm=19cm，L L2 2=24cm=24cm），比），比），比），比P P码码元的长度码码元的长度码码元的长度码码元的长度小两个数量级。对载波进行相位测量，可以达到小两个数量级。对载波进行相位测量，可以达到小两个数量级。对载波进行相位测量，可以达到小两个数量级。对载波进行相位测量，可以达到很高的精度。很高的精度。很高的精度。很高的精度。3.3.载波信号是一种周期性正弦信号，相位测量只能载波信号是一种周期性正弦信号，相位测量只能载波信号是一种周期性正弦信号，相位测量只能载波信号是一种周期性正弦信

23、号，相位测量只能测定其不足一个波长的部分，因而存在着测定其不足一个波长的部分，因而存在着测定其不足一个波长的部分，因而存在着测定其不足一个波长的部分，因而存在着整周数整周数整周数整周数不确定性不确定性不确定性不确定性的问题，使解算过程变得比较复杂。的问题，使解算过程变得比较复杂。的问题，使解算过程变得比较复杂。的问题，使解算过程变得比较复杂。.5.3 载波相位测量载波相位测量(2)4.4.重建载波：重建载波：重建载波：重建载波：1)1)概念概念概念概念:将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波。将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波。将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，

24、重新获得载波。将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波。2)2)方法：方法：方法：方法：码相关法：码相关法：码相关法：码相关法：(1)(1)方法方法方法方法:将所接收到的调制信号将所接收到的调制信号将所接收到的调制信号将所接收到的调制信号(卫星信号卫星信号卫星信号卫星信号)与接收机产生与接收机产生与接收机产生与接收机产生的复制码相乘的复制码相乘的复制码相乘的复制码相乘 (2)(2)特点特点特点特点:局限制局限制局限制局限制 需了解码的结构需了解码的结构需了解码的结构需了解码的结构 优点优点优点优点 可获得导航电文可获得导航电文可获得导航电文可获得导航电文,可获得全波长的载波可获得全波

25、长的载波可获得全波长的载波可获得全波长的载波,信号质量好信号质量好信号质量好信号质量好 平方法平方法平方法平方法:(1):(1)方法方法方法方法:将所接收到的调制信号将所接收到的调制信号将所接收到的调制信号将所接收到的调制信号(卫星信号卫星信号卫星信号卫星信号)自乘自乘自乘自乘 (2)(2)优点优点优点优点 无需了解码的结构无需了解码的结构无需了解码的结构无需了解码的结构 缺点缺点缺点缺点 无法获得导航电文无法获得导航电文无法获得导航电文无法获得导航电文,所获载波波长为原来波长的一所获载波波长为原来波长的一所获载波波长为原来波长的一所获载波波长为原来波长的一半半半半,信号质量较差信号质量较差信

26、号质量较差信号质量较差.5.3 载波相位测量载波相位测量(3)5.3.1 载波相位测量原理载波相位测量原理5.3.2 载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程5.3.3 整周未知数整周未知数N0 0的确定的确定.5.3.1 载波相位测量原理载波相位测量原理k k 接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻t tk k 时观时观时观时观测测测测j j 卫星所取得的相位观测量卫星所取得的相位观测量卫星所取得的相位观测量卫星所取得的相位观测量k k 接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻t tk k

27、时所时所时所时所产生的产生的产生的产生的本地参考信号本地参考信号本地参考信号本地参考信号的相位值的相位值的相位值的相位值k k 接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻接收机在接收机钟面时刻t tk k 时所接收到的时所接收到的时所接收到的时所接收到的j j 卫星载波卫星载波卫星载波卫星载波信号信号信号信号的相位值的相位值的相位值的相位值1.1.载波相位测量的观测量载波相位测量的观测量载波相位测量的观测量载波相位测量的观测量 GPS GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振接收机所接收的卫

28、星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。参考信号的相位差。参考信号的相位差。参考信号的相位差。2.2.初始初始初始初始t t0 0时刻时刻时刻时刻，小于一周的相位差为，小于一周的相位差为，小于一周的相位差为，小于一周的相位差为 0 0，其，其，其，其整周数为整周数为整周数为整周数为 ，则此时的相位观测值为：，则此时的相位观测值为：，则此时的相位观测值为：，则此时的相位观测值为：3.3.任一时刻任一时刻ti卫星卫星Sj 到到k接收机的相位差：接收机的相位差：整周数变化量整周数变化量整周数变化量整周数变化量整周模糊度（常数）整周模糊度（常数）整周模糊度（常数）整周模糊度（常数）三差法三差法.5.3

29、.2 载波相位测量的观测方程(1)1.1.载波相位测量是接收机（天线）和卫星位置的函数。只有载波相位测量是接收机（天线）和卫星位置的函数。只有得到了它们之间的函数关系，才能从观测量中求解接收机得到了它们之间的函数关系，才能从观测量中求解接收机（或卫星）的位置。（或卫星）的位置。2.1)2.1)设在设在GPSGPS标准时刻标准时刻TaTa（卫星钟时刻（卫星钟时刻ta ta）卫星）卫星SjSj发射的载波发射的载波信号相位为信号相位为（ta ta），经传播延迟，经传播延迟后，在后，在GPSGPS标准时刻标准时刻TbTb（接收机钟时刻（接收机钟时刻tb tb）到达接收机。）到达接收机。2)2)根据电磁

30、波传播原理，根据电磁波传播原理，TbTb时接收到的和时接收到的和TaTa时发射时的时发射时的 相相位不变，即位不变，即 j j（TbTb）=j j（ta ta）3)3)在在Tb Tb 时，载波相位观测量为：时，载波相位观测量为：=（tb tb）-j j（TbTb）=（tb tb）-j j（ta ta）.5.3.2 载波相位测量的观测方程(2)4)4)考虑卫星钟差和接收机钟差，有考虑卫星钟差和接收机钟差，有Ta Ta=ta ta+ta ta,Tb Tb=tb tb+tb tb,则：则：=（Tb Tb-tb tb）-j j（Ta Ta-ta ta）(1)(1)5)5)载波信号的相位与频率的关系为载

31、波信号的相位与频率的关系为:（t t+t t）=（t t）+f f t t （2 2）6)6)将将(2)(2)代入代入(1)(1)得得FF=（Tb Tb）-fi fi tb tb-j j（Ta Ta）+f j f j ta ta （3 3）fi fi=f j f j=f f 7)7)Tb Tb=Ta Ta+，由公式（，由公式（2 2），得：），得：Nkj+Nkj+（TbTb）=j j（TaTa）+f f 8)8)公式（公式（3 3）可改写为：）可改写为：=j j（TaTa）+f f -f f tb tb-j j（Ta Ta）+f f ta ta-Nkj-Nkj =f f -f f tb tb+

32、f f ta ta-NkjNkj （4 4）.5.3.2 载波相位测量的观测方程(3)3.3.传播延迟传播延迟传播延迟传播延迟中考虑电离层和对流层的影响中考虑电离层和对流层的影响中考虑电离层和对流层的影响中考虑电离层和对流层的影响1 1和和和和2 2 ，则：，则：，则：，则：代入公式（代入公式（代入公式（代入公式（4 4），得：），得：），得：），得：.5.3.2 载波相位测量的观测方程(3)f f：接收机产生的固定参考频率接收机产生的固定参考频率接收机产生的固定参考频率接收机产生的固定参考频率 c c:光速光速光速光速 ：卫星至接收机之间的距离卫星至接收机之间的距离卫星至接收机之间的距离卫星

33、至接收机之间的距离（未知数）（未知数）（未知数）（未知数）1 1：电离层影响电离层影响电离层影响电离层影响 2 2：对流层影响对流层影响对流层影响对流层影响 tta a ：卫星钟差卫星钟差卫星钟差卫星钟差 ttb b ：接收机钟差（未知数）接收机钟差（未知数）接收机钟差（未知数）接收机钟差（未知数）4.1)4.1)接收机接收机接收机接收机 k k 对卫星对卫星对卫星对卫星 j j 的载波相位测量的观测方程：的载波相位测量的观测方程：的载波相位测量的观测方程：的载波相位测量的观测方程：.5.3.2 载波相位测量的观测方程(4)由于由于由于由于 =c c/f f，则上式为：，则上式为：，则上式为：

34、，则上式为：两边同乘两边同乘两边同乘两边同乘,得得得得:2)2)伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系.5.3.3 整周未知数N0的确定静态方法静态方法动态方法动态方法.5.3.3.1静态方法静态方法一一伪距法二二经典方法三三多普勒法四四快速测定整周未知数法(FARA)五五 Fast ambiguity resolution approach.一一 伪距法伪距法2.2.将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值(化为以距离为单位化为以距

35、离为单位化为以距离为单位化为以距离为单位)减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到NNo o。3.3.由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的NNo o取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。所以，得所以，得所以，得所以，得5.3.3.15.3.3.1静态方法静态方法静态方法静态方法1.1.二二 经典方法经典方法v 将

36、整周未知数当做平差中的待定参数将整周未知数当做平差中的待定参数一一)整数解整数解二二)实数解实数解5.3.3.15.3.3.1静态方法静态方法静态方法静态方法.二二 经典方法经典方法整数解整数解1.1.短基线短基线短基线短基线定位时一般采用这种方法。定位时一般采用这种方法。定位时一般采用这种方法。定位时一般采用这种方法。2 2 具体步骤：具体步骤：具体步骤：具体步骤：1)1)首先根据卫星位置首先根据卫星位置首先根据卫星位置首先根据卫星位置和修复了周跳后的和修复了周跳后的和修复了周跳后的和修复了周跳后的相位观测相位观测相位观测相位观测值进行平差计算，求得基线向量和整周未知数。值进行平差计算，求得

37、基线向量和整周未知数。值进行平差计算，求得基线向量和整周未知数。值进行平差计算，求得基线向量和整周未知数。2)2)解得的整周未知数是一个实数，将其固定为整解得的整周未知数是一个实数，将其固定为整解得的整周未知数是一个实数，将其固定为整解得的整周未知数是一个实数，将其固定为整数数数数(四舍五入法四舍五入法四舍五入法四舍五入法)，并重新进行平差计算。，并重新进行平差计算。，并重新进行平差计算。，并重新进行平差计算。3)3)在计算中整周未知数采用整周值并视为已知数，在计算中整周未知数采用整周值并视为已知数，在计算中整周未知数采用整周值并视为已知数，在计算中整周未知数采用整周值并视为已知数，以求得基线

38、向量的最后值。以求得基线向量的最后值。以求得基线向量的最后值。以求得基线向量的最后值。5.3.3.15.3.3.1静态方法静态方法静态方法静态方法.二二 经典方法经典方法实数解实数解1.基线较长时采用这种方法。基线较长时采用这种方法。2.具体步骤类似整数解方法，区别在于具体步骤类似整数解方法，区别在于解得的整周未知数是一个实数。解得的整周未知数是一个实数。注注注注:采用经典方法时，需要较长的观测时间，采用经典方法时，需要较长的观测时间，采用经典方法时，需要较长的观测时间，采用经典方法时，需要较长的观测时间，影响了作业效率，所以只有在高精度定位影响了作业效率，所以只有在高精度定位影响了作业效率，

39、所以只有在高精度定位影响了作业效率，所以只有在高精度定位领域中才应用领域中才应用领域中才应用领域中才应用5.3.3.15.3.3.1静态方法静态方法静态方法静态方法.三三 多普勒法（三差法）多普勒法（三差法）1.1.由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的整周未知数整周未知数整周未知数整周未知数NN0 0，所以将相邻两个观测历元的载波相，所以将相邻两个观测历元的载波相，所以将相邻两个观测历元的载波相，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就可消去位相减

40、，就可消去位相减，就可消去位相减，就可消去NN0 0，从而解出坐标。然后再根据，从而解出坐标。然后再根据，从而解出坐标。然后再根据，从而解出坐标。然后再根据坐标值求解坐标值求解坐标值求解坐标值求解NN0 0 。5.3.3.15.3.3.1静态方法静态方法静态方法静态方法2.1)tm2.1)tm时刻卫星时刻卫星时刻卫星时刻卫星SjSj到到到到k k接收机的相位差：接收机的相位差：接收机的相位差：接收机的相位差：(1)(1)2)tn2)tn时刻卫星时刻卫星时刻卫星时刻卫星SjSj到到到到k k接收机的相位差接收机的相位差接收机的相位差接收机的相位差：(2)(2)公式（公式（公式（公式（1 1）-（

41、2 2），即可消除），即可消除），即可消除），即可消除NN0 03.3.两个历元间的载波相位观测值之差受接收机钟及卫星钟的随两个历元间的载波相位观测值之差受接收机钟及卫星钟的随两个历元间的载波相位观测值之差受接收机钟及卫星钟的随两个历元间的载波相位观测值之差受接收机钟及卫星钟的随机误差影响，机误差影响，机误差影响，机误差影响，所以精度不太好，往往用来求整周数的初始值。所以精度不太好，往往用来求整周数的初始值。所以精度不太好，往往用来求整周数的初始值。所以精度不太好，往往用来求整周数的初始值。.1.19901.1990年年年年E EFreiFrei和和和和G GBeutlerBeutler提出提

42、出提出提出2.2.基本思路：基本思路：基本思路：基本思路：1)1)利用利用利用利用初始平差的解向量及其精度信息初始平差的解向量及其精度信息初始平差的解向量及其精度信息初始平差的解向量及其精度信息，以参数估计和统计假，以参数估计和统计假，以参数估计和统计假，以参数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置信区间内设检验为基础，确定在某一置信区间内设检验为基础，确定在某一置信区间内设检验为基础，确定在某一置信区间内NN0 0的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；2)2)依次将依次将依次将依次将NN0 0的每一组合作为已知值，重复进行平差计算。使的每一组

43、合作为已知值，重复进行平差计算。使的每一组合作为已知值，重复进行平差计算。使的每一组合作为已知值，重复进行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最小的一组估值的验后平差或方差和为最小的一组估值的验后平差或方差和为最小的一组估值的验后平差或方差和为最小的一组NN0 0 ，即为最佳估值。，即为最佳估值。，即为最佳估值。，即为最佳估值。3)3)利用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只须观利用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只须观利用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只须观利用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只须观测一分钟即可确定整周未知数测一分钟即可确定整周未知数测一分钟即

44、可确定整周未知数测一分钟即可确定整周未知数 此方法已在快速静态定位中得到了广泛应用此方法已在快速静态定位中得到了广泛应用此方法已在快速静态定位中得到了广泛应用此方法已在快速静态定位中得到了广泛应用四四 快速确定整周未知数法快速确定整周未知数法(FARA)Fast ambiguity resolution approach.补充补充 静态法的不足静态法的不足使用静态方法时，一旦对所测卫星失锁，使用静态方法时，一旦对所测卫星失锁，则接收机载体必须停下来，重新确定整则接收机载体必须停下来，重新确定整周未知数，严重限制了载波相位观测法周未知数，严重限制了载波相位观测法在高精度动态定位中的有效应用。在高

45、精度动态定位中的有效应用。.5.3.3.2动态初始化法动态初始化法AROFAmbiguity resolution on the flyAmbiguity resolution on the fly1993年徕卡公司开发成功年徕卡公司开发成功基本思想：基本思想：根据接收机在运动过程中对载波信号的短时间观测值，与根据接收机在运动过程中对载波信号的短时间观测值，与根据接收机在运动过程中对载波信号的短时间观测值，与根据接收机在运动过程中对载波信号的短时间观测值，与参考站的同步观测值一起，利用快速解算法确定参考站的同步观测值一起，利用快速解算法确定参考站的同步观测值一起，利用快速解算法确定参考站的同步

46、观测值一起，利用快速解算法确定NN0 0。然后利然后利然后利然后利用逆向求解方法来确定载体在上述短时间内的瞬时位置。用逆向求解方法来确定载体在上述短时间内的瞬时位置。用逆向求解方法来确定载体在上述短时间内的瞬时位置。用逆向求解方法来确定载体在上述短时间内的瞬时位置。.动态初始化法的特点动态初始化法的特点在在载体的运动过程中，所观测的卫星一载体的运动过程中，所观测的卫星一旦失锁，为确定整周未知数，运动载体旦失锁，为确定整周未知数，运动载体不需停下来重新进行初始化工作。不需停下来重新进行初始化工作。已在短距离（已在短距离（10km）的实时）的实时动态相动态相对定位中，得到了成功应用，定位精度对定位

47、中，得到了成功应用，定位精度可达厘米级。可达厘米级。.作作 业业1.GPSGPS卫星定位的基本原理是什么？卫星定位的基本原理是什么？卫星定位的基本原理是什么？卫星定位的基本原理是什么？2.2.2.什么叫伪距？伪距测量的特点有哪些？什么叫伪距？伪距测量的特点有哪些？什么叫伪距？伪距测量的特点有哪些？什么叫伪距？伪距测量的特点有哪些？3.3.3.为什么采用码相关法测定伪距？为什么采用码相关法测定伪距？为什么采用码相关法测定伪距？为什么采用码相关法测定伪距？4.4.4.解释重建载波，主要方法有哪些？各有什么优缺点？解释重建载波，主要方法有哪些？各有什么优缺点？解释重建载波，主要方法有哪些？各有什么优

48、缺点？解释重建载波，主要方法有哪些？各有什么优缺点？5.5.5.在载波相位测量中，确定在载波相位测量中，确定在载波相位测量中，确定在载波相位测量中，确定整周未知数主要有哪些方法整周未知数主要有哪些方法整周未知数主要有哪些方法整周未知数主要有哪些方法？.5.4整周跳变的修复整周跳变的修复5.4.1 屏幕扫描法屏幕扫描法5.4.2 用高次差或多项式拟合法用高次差或多项式拟合法5.4.3 在卫星间求差法在卫星间求差法 5.4.4 用双频观测值修复周跳用双频观测值修复周跳5.5.5 根据平差后的残差发现和修复整周跳变根据平差后的残差发现和修复整周跳变.5.4.1 整周跳变的修复任一时刻任一时刻任一时刻

49、任一时刻ti ti卫星卫星卫星卫星SjSj到到到到k k接接接接收机的相位差收机的相位差收机的相位差收机的相位差不足一周的相位差不足一周的相位差不足一周的相位差不足一周的相位差ti ti 时刻的时刻的时刻的时刻的整周数整周数整周数整周数.周跳的含义周跳的含义 在跟踪卫星过程中，由于某种原因，使得计在跟踪卫星过程中，由于某种原因，使得计数器无法连续计数。当信号重新被跟踪后，数器无法连续计数。当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是整周计数就不正确，但是不到一个整周的不到一个整周的相位观测值仍是正确的相位观测值仍是正确的。这种现象称为整。这种现象称为整周跳变，简称周跳变，简称周跳周跳。.周跳的含

50、义（续）周跳的含义（续）1.如果是因为电源的故障或振荡器本身的故障如果是因为电源的故障或振荡器本身的故障使信号暂时中断，那么使信号暂时中断，那么中断前后信号本身中断前后信号本身失去了连续性失去了连续性。恢复正常工作后的观测值。恢复正常工作后的观测值中中不但整周计数不正确不但整周计数不正确，不足整周的部分不足整周的部分也不对也不对。这时，修复周跳没有什么意义。这时，修复周跳没有什么意义。2.必须将资料分为两个时段，各设一个整周未必须将资料分为两个时段，各设一个整周未知数单独进行处理。知数单独进行处理。.整周跳变的修复方法整周跳变的修复方法5.4.1 屏幕扫描法屏幕扫描法5.4.2 用高次差或多项