1_GPS伪距定位原理

三、GPS伪距定位原理 GPS伪距定位原理
GPS定位的基本原理 GPS定位的基本原理
后方交会
– 原理：通过测定到若干已知点的距离定位。 原理：通过测定到若干已知点的距离定位。 – 要求：要测定到4个已知点的距离。 要求：要测定到4个已知点的距离。
已知点
– GPS卫星（利用星历计算其位置） GPS卫星 利用星历计算其位置） 卫星（
伪距
接收机获取的信号传播时间 真实信号传播时间
δ ti j 接收机钟同卫星钟的偏差
ρi j
卫星到用户的几何距离
大气影响
如果忽略卫星之间钟差影响， 如果忽略卫星之间钟差影响，并考虑 电离层、对流层折射影响，可得： 电离层、对流层折射影响，可得：
%i j = ρi j − cδ ti (t ) − ∆ ij I (t ) − ∆ ijT (t ) ρ
思考题
GPS定位为什么需要4 GPS定位为什么需要4颗以上卫星 定位为什么需要 GPS为什么采用测距码 GPS为什么采用测距码
( X s − X ) + (Ys − Y ) + ( Z s − Z ) % j + ∆ ij I (t ) + ∆ ijT (t ) =ρ
2 2
2 1/ห้องสมุดไป่ตู้2
− cδ ti
式中j为卫星数， 式中j为卫星数，j＝1，2，3…。 3…。
码观测值测量原理
GPS卫星发出测距码经 GPS卫星发出测距码经 ∆t 时间后到达接收机 ； 接收机产生复制码（复制码＝测距码） 接收机产生复制码（复制码＝测距码）通过时 延器使其延迟时间 τ ； 将复制码和测距码进行码相关处理， 将复制码和测距码进行码相关处理，若自相关 系数 R (t ) = 1，则 ∆t = τ ， = cτ ； ρ
用户部分
地面控制部分 地面控制部分
二、GPS卫星信号 GPS卫星信号
GPS卫星信号的成分 GPS卫星信号的成分
载波 测距码
– 用于测定从卫星至接收机间距离的二进制码 – C/A码，P(Y)码 C/A码 P(Y)码
粗码/ Code） 粗码 捕获码（ ） 精码（Precise Code） 精码（/捕获码（Coarse/Acquisition Code） Code 导航电文 码元宽度: 码元宽度 码元宽度: : 293.05m 码元宽度: 29.30m GPS卫星向用户播发的一组反映卫星空间位 由GPS : L1和 调制载波: L1和L2 调制载波卫星向用户播发的一组反映卫星空间位 调制载波: 调制载波: L1
置、工作状态、卫星钟修正参数和电离层改正 工作状态、 参数等重要数据的二进制码
载波的作用和类型
作用
– 搭载其它调制信号 – 测距 – 测定多普勒频移
L2
24.42c m 19.03c m
L1
类型
– 目前
L1 ： 154×f0 = 1575.43MHz；19.03cm 154× 1575.43MHz； 120× 1227.60MHz； L2 ： 120×f0 = 1227.60MHz；24.42cm – 现代化后 115× 1176.45MHz； L5 ：115×f0 = 1176.45MHz；25.48cm
GPS导航定位精度 GPS导航定位精度
GPS现代化后 GPS现代化后
小结
GPS信号有三个内容 GPS信号有三个内容 GPS定位原理是距离交会方法 GPS定位原理是距离交会方法 GPS观测方程代求参数有 观测方程代求参数有4 GPS观测方程代求参数有4个 GPS现代化后伪距定位精度可以提高一倍 GPS现代化后伪距定位精度可以提高一倍
测距的基本方法
– 码伪距：距离 = 码伪距：
波速× 波速×传播时间
GPS定位原理： GPS定位原理：测距交会 定位原理
2个球面相交——圆环 个球面相交——圆环 —— 3个球面相交——两交点 个球面相交——两交点 —— 4个球面相交——唯一交点 个球面相交——唯一交点 ——
B C A
GPS定位示意图 GPS定位示意图
伪距定位观测方程
与卫星坐标（ Zs） 几何距离 ρ 与卫星坐标（Xs, Ys, Zs）和接 收机坐标（X,Y,Z）之间有如下关系： 收机坐标（X,Y,Z）之间有如下关系：
ρ = ( X s − X ) + (Ys − Y ) + ( Z s − Z )
2 2 2 2
% ρi = ρi − cδ ti (t ) − ∆ I (t ) − ∆ T (t )
j j j i j i
卫星坐标------导航电文 卫星坐标------导航电文 -----电离层改正— 电离层改正—模型 对流层改正— 对流层改正—模型 待求参数---待求参数---- X , Y , Z , δ ti
伪距定位观测方程
测码伪距观测方程的常用形式如下： 测码伪距观测方程的常用形式如下：
由美国建立的一个 卫星导航定位系统， 卫星导航定位系统， 利用该系统， 利用该系统，用户 可以在全球范围内 实现全天候、连续、 实现全天候、连续、 实时的三维导航定 位和测速. 位和测速.
GPS工作流程 GPS工作流程
空间部分 6个轨道 24颗卫星 24颗卫星 20200km 监控站 1个主控站 3个注入站 5个监测站
B C
A
四、GPS伪距观测方程 GPS伪距观测方程
伪距观测方程
伪距定位观测方程
% ρi j = ∆ti j c ∆τ i = ∆ti + δ ti
j j j
}
% ρi j = c∆τ i j − cδ tij
c∆τ i = ρ i
j j
% ρi j ∆ti j ∆τ i j
}
% ρi j = ρi j − cδ ti j
GPS伪距定位原理 GPS伪距定位原理
王建强 东华理工大学测绘工程学院 2012年 11日星期日 2012年3月11日星期日
目录
一、课堂回顾 GPS卫星信号 二、GPS卫星信号 GPS伪距定位原理 三、GPS伪距定位原理 GPS伪距观测方程 四、GPS伪距观测方程
GPS是什么？ GPS是什么？ 是什么
测距码的作用和性质
作用
– 测距
性质
– 伪随机噪声码 – 强相关性
什么叫伪距
所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到达 GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测 GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测 距离。 距离。 C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距 码进行测量的伪距为C/A码伪距， 用C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距，用P 码测量的伪距为P码伪距。 码测量的伪距为P码伪距。