1 GPS伪距定位原理

伪距测距原理GPS接收机若要实现定位，必须解决如下两个问题：一是要知道各颗可见卫星在空间的准确位置，二是要测量从接收机到这些卫星的精确距离。

GPS接收机对每颗卫星产生伪距和载波相位两个基本距离测量值。

伪距测量值：伪距在GPS领域是一个非常重要的概念，它是GPS接收机对卫星信号的一个最基本的距离测量值。

通过测量GPS信号从GPS卫星到接收机的传输时间，再乘以信号的传播速度，可得到GPS卫星与接收机之间大概距离的测量值称为伪距。

核心是测量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的电波传播时间τ。

为了测量上述传播时间，在用户GPS接收机里复制了与卫星发射的测距码（C/A码或P码）结构完全相同的码信号，通过接收机中的时间延迟器，使复制的测距码进行相移，使其在码元上与接收到的卫星发射的测距码对齐，即进行相关处理。

当相关系数为1时，接收到的卫星测距码与本地复制的测距码码元对齐。

为此，所需要的相移量就是卫星发射的码信号到达接收机天线的传播时间τ。

编号为S的卫星按照其自备的卫星时钟在t(s)时刻发射出某一信号，将t(s)时刻称为GPS 信号发射时间。

该信号在t u时刻被用户GPS接收机接收到，将t u时刻称为GPS信号的接收时间。

用户接收机时钟产生的时间通常与GPS时间不同步。

假设对应于信号接收时间t u的GPS 时间实际上等于t，那么我们可将GPS时间为t时的接收机时钟t u记为t u(t)，并将此时的接收机时钟超前GPS时间的量记为δt u(t)，即t u(t)=t+δt u(t)式中，δt u(t)通常称为接收机时钟钟差，其值通常来说是未知的，并且是一个关于GPS 时间t的一个函数。

GPS时间t与卫星时钟t(s)(t)存在以下关系：t(s)(t)=t+δt(s)(t)其中卫星时钟钟差δt(s)(t)可以视为已知的，根据此式GPS时间与卫星时钟在信号发射时刻（t-τ）时的关系可表达成t(s)(t-τ)=t-τ+δt(s)(t-τ)GPS接收机根据接收机时钟在t u(t)时刻对GPS信号进行采样，然后对采样信号进行处理，可得到标记在GPS信号上的发射时间t(s)(t-τ)。

GPS伪距测量定位概述GPS的观测量GPS GPS（全球定位系统）是一种由美国政府研发和控制的卫星导航系统，能够提供全球范围内的三维位置、速度和时间信息。

GPS系统由一组带有
高精度原子钟的卫星和地面控制站组成，这些卫星在轨道上运行，向用户
提供定位信息。

GPS定位利用卫星发射的信号来测量接收器与卫星之间的距离（伪距
测量）。

GPS卫星发射的信号包括导航消息以及定位码和载波信号。

定位
码是由卫星周期性发送的，它包含了卫星的信息以及用于测量接收机与卫
星距离的数据。

载波信号是高频信号，其周期性地波动，用于进行更精确
的距离测量。

GPS的接收机通过接收来自多颗卫星的信号，并测量与每颗卫星之间
的距离。

接收机通过计算信号传播时间并使用光速，可以得出接收机到每
个卫星的距离。

接收机还需要知道卫星位置和信号传播速度，这些信息由
卫星的导航消息提供。

通过测量与至少四个卫星的距离，接收机可以计算
自己的三维位置。

除了定位，GPS还可以用于导航、时间同步和测量速度等应用。

导航
是GPS最常见的应用之一，它可以帮助用户确定自己的位置，并提供导航
指引，比如最短路径、到达时间等。

GPS还被广泛用于航空、航海、交通
管理和军事领域等，以及一些科学研究和测量任务中。

总的来说，GPS是一种基于卫星导航的定位系统，利用卫星发射的信
号来测量接收机与卫星之间的距离，从而确定接收机的位置。

它广泛应用
于定位、导航和测量等领域，并为人们提供方便和精确的空间信息。

提高GPS单点伪距被动式定位的稳定性和精度办法探讨我们知道，使用普通的超声波测量距离时，由于超声波(即测距波)本身的波长太长的缘故，所以，测量精度往往不如人意，GPS的载波波长为厘米级别的波长，譬如L1为19cm，L2为22cm，若是我们能够使用GPS的载波来实现距离测量，则在理想的情况下，测量误差也是厘米级别的。

一、载波相位测量获取平滑伪距理想情况下，若是使用载波相位测量距离，显然有:D=ë[N+N(t)] (1)D:被测量距离；ë:载波波长；N:载波相位测量时的整数倍相位；N(t): 载波相位测量时在时元t的非整数倍相位。

依据这个原理，我们假设我们的GPS接收模块不仅能够测得GPS卫星与用户接收机的伪距，而且还能够测得载波滞后相位。

依据这个假设，我们可以将GPS卫星和用户接收机之间的伪距表示如下:ë[N1+N(t)+Ö(t)]=P(t)+C[dt(t)-DT(t)]+D1(t)+D2(t) (2)Ö(t):GPS用户接收机对GPS卫星做载波相位测量时在时元t的多普勒记数；P(t):用户接收机和GPS卫星之间在时元t的真实距离；C:光速；dt(t):用户接收机相对GPS时系在时元t的钟差；DT(t):GPS卫星相对GPS时系在时元t的钟差；D1(t): 电离层效应在时元t引起的距离偏差；D2(t):对流层效应在时元t引起的距离偏差。

所谓的多普勒记数，其实就是一段时间内载波相位差的一次积分。

若在两个相邻的时元t和(t-1)之间，对GPS载波相位测量值求差值，有:ë{(N1-N2)+[N(t)- N(t-1)]+ ë[Ö(t)- Ö(t-1)]}= [P(t)- P(t-1)]+C{[ dt(t)- dt(t-1)]-[ DT(t)- DT(t-1)]}+ [D1(t)-D1(t-1)]+[ D2(t)- D2(t-1)] (3)N1:时元t载波相位测量时的整数倍相位；N2: 时元(t-1)载波相位测量时的整数倍相位将(3)式样做如下的变形:P(t)= ë{(N1-N2)+[N(t)- N(t-1)]+ ë[Ö(t)- Ö(t-1)]}+ P(t-1)- C{[ dt(t)- dt(t-1)]-[ DT(t)- DT(t-1)]- [D1(t)-D1(t-1)]- [ D2(t)- D2(t-1)] (4)在(4)式中，我们知道，P(t)实际上就是在时元t时用户接收机和GPS卫星之间以GPS时系为标准的“真实距离”。

GPS伪距定位原理解析GPS（Global Positioning System）全球卫星定位系统是一种基于卫星导航的定位和导航技术。

其核心是通过接收来自卫星的信号并计算信号的传播时间来确定接收器的位置。

而GPS伪距定位原理是GPS定位中最常用的一种方法。

一、信号传播时间计算GPS伪距定位原理的第一步是计算卫星信号传播的时间，也称为“伪距”。

接收器接收到来自至少4颗卫星的信号，并通过测量信号传播的时间来确定其与每颗卫星的距离。

伪距计算的基本原理是根据信号发送和接收之间的时间差来计算距离。

具体的计算方法是通过接收机和卫星的时钟进行时间同步，接收机记录下信号接收的时刻（T_r）以及卫星信号发送的时刻（T_s），然后计算两者之间的时间差Δt=T_r-T_s。

然而，接收机的时钟和卫星的时钟并不精确，存在一个时间偏差Δt_s，因此需要考虑纠正。

二、伪距的计算接下来，通过伪距的计算，可以找出接收机与卫星之间的距离。

由于速度为c的电磁波在传播过程中传播速度几乎不变，因此可以通过伪距的计算得到距离。

伪距（Pseudo-range）的定义是卫星到接收机之间的几何距离加上其他误差（如大气误差、多径效应等）。

伪距计算公式为：Pseudo-range = Speed of light * (T_r - T_s) + c*Δt_s三、卫星位置确定接下来的任务是确定卫星的位置。

GPS接收器通过多个卫星的信号来确定自身的位置。

但是，仅通过一个卫星的信号无法准确测量位置，至少需要4颗卫星的信号才能计算出准确的位置。

卫星的位置是由GPS导航系统的控制段计算得出的，导航系统中的主要组成部分是GPS的地面控制段。

此部分由一组地面站和控制中心组成，这些地面站通过GPS信号来监控卫星的位置和状态，并计算出它们的轨道参数。

通过接收到的卫星的信号，接收器可以从每颗卫星中获取关于卫星的信息，包括卫星的识别号、传播时间以及卫星的位置。

四、位置计算一旦卫星的位置确定，并且伪距计算完成，接收机就可以开始计算自身的位置了。

GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的字头缩写词的简称。

它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。

它是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。

GPS用户部分的核心是GPS接收机。

其主要由基带信号处理和导航解算两部分组成。

其中基带信号处理部分主要包括对GPS卫星信号的二维搜索、捕获、跟踪、伪距计算、导航数据解码等工作。

导航解算部分主要包括根据导航数据中的星历参数实时进行各可视卫星位置计算；根据导航数据中各误差参数进行星钟误差、相对论效应误差、地球自转影响、信号传输误差(主要包括电离层实时传输误差及对流层实时传输误差)等各种实时误差的计算，并将其从伪距中消除；根据上述结果进行接收机PVT（位置、速度、时间）的解算；对各精度因子(DOP)进行实时计算和监测以确定定位解的精度。

本文中重点讨论GPS接收机的导航解算部分，基带信号处理部分可参看有关资料。

本文讨论的假设前提是GPS接收机已经对GPS卫星信号进行了有效捕获和跟踪，对伪距进行了计算，并对导航数据进行了解码工作。

1地球坐标系简述要描述一个物体的位置必须要有相关联的坐标系，地球表面的GPS接收机的位置是相对于地球而言的。

因此，要描述GPS接收机的位置，需要采用固联于地球上随同地球转动的坐标系、即地球坐标系作为参照系。

地球坐标系有两种几何表达形式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。

地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林威治子午圈的交点(即0经度方向)，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系(即指向东经90度方向)。

地球大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴重合。

地球表面任意一点的大地纬度为过该点之椭球法线与椭球赤道面的夹角φ，经度为该点所在之椭球子午面与格林威治大地子午面之间的夹角λ，该点的高度h为该点沿椭球法线至椭球面的距离。

一计算流程GPS单点定位的原理比较简单，主要就是空间距离的后方交会，用一台接收机同时接受四个或者以上卫星的信号得出卫星的位置坐标和卫星与接收机的距离，运用后方交会解算出接收机的三维坐标。

其中，接收机钟误差作为一个参数参与解算。

如果观测的卫星数目多于四颗，则采用最小二乘法进行平差求解。

1，读取数据包括读取O文件和N文件里的数据O文件里包括头文件和观测数据文件。

头文件里要读取出观测日期、接收机近似坐标，观测间隔，观测数据类型等。

观测数据文件包括观测时间，卫星数量，卫星质量标记，卫星的伪随机编号，之后分每个历元有对各颗卫星的观测数据，例如，P1、P2、L1、L2，要将这些数据读取出来。

N文件里包含的数据种类比较多，主要包括卫星的星历数据，通过这些数据可以求解出卫星的位置坐标。

数据包括卫星钟差参考时刻、卫星星历参考时刻，以及参考时刻升交点赤径、参考时刻轨道倾角等好多参数信息。

2，计算卫星位置卫星计算位置里面采用模块函数的方式，可以直接调用。

在读取N文件中的数据之后，可以调用这些已经读出来的数据进行使用，函数提供两个形参，一个是星历数据的编号，另外一个是卫星信号发射时刻。

计算过程比较繁琐，一步一步的算就行。

3，交会定位计算一般每个历元的卫星数目不止四颗，通常采用最小二乘法进行平差求解。

公式为：Ｖ＝ＡδＸ－Ｌ。

在具体计算的时候，首先要对（1）式进行线性化，得到矩阵A，L，这中间要用到很多矩阵的运算。

在求得卫星位置之后，要对O文件中每个历元里的卫星编号与N文件中的卫星编号进行匹配，如果匹配成功，再对时间进行匹配，如果时间差小于两个小时，那么该数据可以用于运算。

就这样，一个历元里匹配出的卫星数目超过4个的话，就可以通过平差计算出接收机的坐标了。

4，GPS时间的计算GPS时间的计算比较简单，计算出参考1980年1月6日0时0分0秒的不足一周的秒数。

主要在于判断所在的年是否为闰年，是否超过2月份，其他的问题就比较简单，采用一个Select Case的条件语句就可以了，函数最后得到不足一周的秒数就行。