GPSppt11

的数字。这个数字和P码给出了在信号发射时刻卫星钟的
读数。
第一章 GPS基本知识
第1个子帧包含多种标识和定义卫星钟改正的多项式系数
第一章
GPS基本知识
第2个和第3个子帧包含卫星的广播星历
第4个和第5个子帧包含军事用途的数据，关于电离层的 信息，还有被称为历书的数据（所有GPS卫星的低精度 轨道信息）
高精度的时钟（铷
地面控制部分
若干个监测站 若干个注入站 一个主控站
用户设备部分
捕获卫星并跟踪这 些卫星的运动，对 接收到的信号进行 变换、放大和处理， 以便测量出卫星信 号从卫星天线到接 收机天线的传播时 间或相位差，解译 出卫星所发射的导 航电文，从而实时 地计算接收机天线 的位置或通过后处 理计算出两台接收 机天线之间的基线 向量
主要目的：学会GPS数据计算的方法、过程、需要
考虑的因素等
第一章
GPS基本知识
1.1 GPS卫星和星座 1.2 GPS卫星信号
1.3 GPS信号处理
1.4 GLONASS描述
第一章
GPS基本知识
1. GPS系统描述 Wooden对GPS的定义是这样描述的：“NAVSTAR 全球定位系统（GPS）是由美国国防部开发的一个全
GPS动态定位与导航
交控D102
本课程分13章
1. GPS基本知识 2. 坐标系统和时间系统 3. 卫星轨道理论 4. GPS观测值及其线性 组合 5. 参数估计 6. 平差模型 7. 一般性偏差的计算 8. 9. 粗差和周跳探测 模糊度解算策略
10. 精密单点定位 11. RTK和网络RTK 12. 常用GPS数据处理软件 介绍 13. IGS简介
式中， 12 与旋转次序有关，即当旋转角 X ，Y 和 Z 不都为 R
是不同的，这就是常说的有限转动的不可交换性。但是，
小角时，对应于不同的旋转次序，坐标系2的最终空间位置
R 当 X ，Y 和 Z 都为小角时，忽略小角间的高阶小量， 12 可
简化为
Z Y 1 R12 Z 1 X Y X 1 此时，旋转后坐标系的最终角位置与旋转次序无关，这就
是常说的无限转动与旋转次序无关。
第二章 坐标系统和时间系统
1 1 R12 ( R2 )1 ( R2 )T
布尔莎七参数模型
X new T (1 ) RX old
x Tx x y Ty (1 ) R y z T z new z old
第一章 GPS基本知识
t 收到信号。这个信号是卫星在t 时刻发 射的。在时刻 t ，卫星振荡器的相位等于 s (t ) ， 而在时刻 t ，接收机振荡器的相位等于 r (t )。因此接收机
接收机在时刻 比较下面两个信号：
y s a s cos 2 s (t ) 和 yr ar cos 2r (t ) 这里 a s和 a r 是信号的幅值。将这两个信号相乘就得到：
L1和L2上的P码以及L1和L2上的载波相位。所有的卫星都
发射相同的C/A码和P码，但是每个卫星有略微不一样的载 波频率。
f1n f10 n f1 n 0 f 2 f 2 n f 2 f10 1602MHZ f1 0.5625MHZ
第一章
f 20 1246MHZ f 2 0.4375MHZ
当使用简化的旋转矩阵时，上式的变换称为Helmert变换。 Helmert变换在大地测量中有重要的应用，因为在大地测 量中，任何国家或任何机构定义的地球坐标系中对应坐
标轴的指向都相差不大。
第二章 坐标系统和时间系统
2.2 天球参考系统
CIP：天球媒介极 NEP：黄北极
第二章
岁差和章动
坐标系统和时间系统
y rs
s
a s ar y yr {cos 2 [ r (t ) s (t )] cos 2 [ r (t ) s (t )]} 2 经过低通滤波器之后，高频部分 r (t ) s (t ) 被消去，于是
可以测量得到 rs r (t ) s (t ) nrs
从纬度35度看
第一章 GPS基本知识
从纬度90度看
第一章
GPS基本知识
BLOCKII卫星和星固坐标系
第一章 GPS基本知识
1.2 GPS卫星信号
第一章
GPS基本知识
L1 (t ) a p P(t ) D(t ) cos 2 ( f1t ) ac (t )C (t ) D(t ) sin 2 ( f1t ) L2 (t ) b p P(t ) D(t ) cos 2 ( f 2 t )
或铯）
导航电文存储器 双频发射和接收机
微处理器 它接收地面主控站
通过注入站发送到 卫星的导航电文，
监测站用信号接收
机对卫星进行测量，
并将测量的数据传 给主控站进行处理，
编算出导航电文再
传送给注入站注入 到卫星上。
第一章 GPS基本知识
并用无线电波连续
地发布给广大用户
1.1 GPS卫星和星座
名义上有24颗卫星，在全球范围内可以观测到高度角15°以上的4到8 颗卫星。卫星位于6个几乎是圆形的轨道平面内，距地球表面高度是 20200km，轨道相对于赤道的倾角是55°，卫星运行周期大约是11小 时58分钟（半个恒星日）。这样设计的结果是，几乎相同的地球-卫星 结构在第二天会重复出现，但提前4分钟。
GPS基本知识
GLONASS的导航电文
全部的导航电文被包含在超级帧中，它的长度是2.5分钟。 每个超级帧分为5个长度为30秒的帧。
GLONASS的预报星历是由相对于地心地固系统（PZ-90） 的位置和速度定义的。另外，由太阳和月亮引起的卫星 的加速度也被在相同的系统中给出。Leabharlann 第一章GPS基本知识
第二章
号之间进行相关运算。对于在C/A码接收机上的L2相位或者 对于在无码接收机上的两个相位，必须采用其它的技术。一 个技术被叫做平方技术，接收到的信号进行自乘，因此所有 的“调制”被去掉了。结果使没有被调制的平方后的信号有
一半的周期。从平方的相位中，正弦波被提出来，其波长是
原来波长的一半。另外一种可能的技术是被称为互相关性技 术。今天还有其它更好的跟踪技术被贯彻到大地型接收机里 了。
第一章
GPS基本知识
伪随机码 C/A码，长1023比特，因为基本频率是1.023MHZ，所 以每毫秒就会重复一次。两个序列比特之间的时间间隔大 约相当于300m。
P-码，长2.3547×1014比特，相当于266天。整个码被 分成37周的小段。每个小段安排到一个卫星上（定义卫星 的PRN数）。P-码每隔一周重复自身一次。子序列比特之 间的时间间隔比C/A码小10倍。因此，精度比C/A码大约高 10倍。P-码可以被加密。这个过程叫做AS并且将P-码转换 为Y-码，而只有将一个保密的转换算法安置在接收机上时， Y-码才是可用的，但是对于民间用户的接收机来说，接收 机上不会安装这个算法。
通常约定某一时刻作为参考历元，把该时刻对应的瞬时自转 轴经章动改正后的指向作为z轴，以对应的春分点为x轴的指
向点，以xoz的垂直方向为y轴。由于是以地球质心为原点的，
因此这个协议惯性坐标系叫做地心惯性坐标系ECI，也叫天 球参考系CRS，也叫做地心空固坐标系统ECSF。 国际大地测量协会（IAG）和国际天文学联合会（IAU）决 定，从1994年1月1日起采用以J2000.0（2000年1月1日12h） 的平赤道和平春分点为依据的协议天球坐标系作为惯性坐标 系。
第一章
GPS基本知识
一个恒星日中GLONASS卫星（R06）的地面跟踪与
GPS卫星（G06）的地面跟踪的比较
在8个恒星日后，每个GLONASS卫星已经完成了17次的
轨道面旋转，出现在地固坐标系统的相同的位置。
第一章 GPS基本知识
第一章
GPS基本知识
GLONASS卫星信号 GLONASS的基本观测量与GPS非常相似：L1上的C/A码，
n rs 被称为初始整周未知数或模糊度
第一章 GPS基本知识
1.4 GLONASS描述 GLONASS的名义星座包含24颗卫星，平均分布在三个轨 道平面上，这三个轨道在赤道平面内相差120°。卫星在 19130km的高度上运行，比GPS卫星（20200km）低大约 1000km。这使得轨道周期为11小时15分44秒，相当于一个 恒星日的8/17。
0 0 1 cos Y 0 sin Y R1 ( X ) 0 cos X sin X R2 ( Y ) 0 1 0 0 sin X cos X sin Y 0 cos Y cos Z sin Z 0 sin cos 0 R12 R1 ( X ) R2 ( Y ) R3 ( Z ) R3 ( Z ) Z Z 0 0 1
坐标系统和时间系统
2.1 坐标变换
2.2 天球参考系统 2.3 地球参考系统 2.4 时间系统 2.5 地球坐标到天球坐标的转换
2.6 本地坐标系统
2.7 星固坐标系统 2.8 IERS简介
第二章
坐标系统和时间系统
2.1 坐标变换
任何两个笛卡尔坐标系统，如果它们的原点相同，并且都是
右手坐标系统或左手坐标系统，那么通过三次连续的旋转， 可以实现坐标系统的转换。这三个旋转矩阵是
伪距测量
在接收机中产生一个参考载波并且用已知的PRN码的复制码进行调 制。调制后的参考信号和接收到的卫星信号进行相关运算。忽略接 收机和卫星钟差，这个相关性直接给出了传播时间（或乘上光速， 就被称为伪距）。
第一章 GPS基本知识