卫星定位理论与方法-第13次课-伪随机码测距原理概要

背景——GPS 系统定位原理
已知卫星的位置（通过广播描述卫星运动的星历参数和历书参数），测量得到卫星和用户之间的相对位置（伪距PRN ），用导航算法（最小二乘法或卡尔曼滤波法）解算得到用户的最可信赖位置。

图1
获得伪距后，按照下式解算定位结果：
11223344
(1)(2)(3)(4)(,i B Corr PR B Corr PR B Corr PR B Corr PR SVx SVy +=+=+=+=其中，,)(,,)i i i i SVz B Corr i PR i Rx Ry Rz 为卫星位置，为接收机钟差等效距离，
为第颗卫星的已知修正量，为对第颗卫星的观测伪距，为接收机位置
伪距测量原理
GPS 定位的基础就是测距，即通过测量信号从卫星传播到接收机所用的时间获得卫星和接收机之间的距离（i PR c t =⨯∆）。

图2
利用伪随机码的自相关特性如图3，令本地码片以一定速度移动如图4，当本地复现码与从卫星传到的码相关值达到最大时，本地码移动了的时间即为所求
t ∆。

图3 自相关函数
Δt
t 1
t 2
卫星t 1时刻产生的码相位，
Δt 后到达
从卫星传到的码
接收机产生的复现码
卫星产生的码
将接收机产生的码移动Δt
图4信号捕获过程。

一、静态定位与动态定位（一）定义1．静态定位2．动态定位（二）动态定位和静态定位1．静态定位：由于接受机的位置固定不动，就可以进行大量的重复观测，所以静态定位可靠性强，定位精度高，在大地测量、工程测量中得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。

2．动态定位：其特点是测定一个动点的实时位置，多余观测量少、定位精度低。

目前，导航型的GPS接受机可以说是一种广义的动态定位，它除了要求测定动点的实时位置外，一般还要求测定运动载体的状态参数，如速度、时间和方位等。

二、单点定位和相对定位1．定义GPS单点定位也叫绝对定位，就是采用一台接受机进行定位的模式，它所确定的是接受机天线在WGS-84世界大地坐标系统中的绝对位置，所以单点定位的结果也属于该坐标系统。

2．单点定位的优缺点：优点是只需一台接受机即可独立定位，外业观测的组织及实施较为方便，数据处理也较为简单。

缺点是定位精度较低，受卫星轨道误差，钟同步误差及信号传播误差等因素的影响，精度只能达到米级。

所以该定位模式不能满足大地测量精密定位的要求。

但它在地质矿产勘察等低精度的测量领域，仍有着广泛的应用前景。

3．相对定位定义：4．单点定位、相对定位与动、静态的关系在单点定位和相对定位中，又都可能包括静态定位和动态定位两种方式。

其中静态相对定位一般均采用载波相位观测值为基本观测量。

这种定位方法是当前GPS测量定位中精度最高的一种方法，在大地测量、精密工程测量、地球动力学研究和精密导航等精度要求较高的测量工作中被普遍采用。

三、主动式测距和被动式测距1．主动式测距用电磁波测距仪发射测距信号，通过另一端的反射器回来，再由测距仪接受。

如图4-2所示：根据测距信号的往、返传播时间求解出往、返距离2ρ 。

由于电磁波测距仪需在测站点上主动发出测距信号，故称这种测距方式为主动式测距。

主动式测距只需要求一起钟自身能在信号往、返时间段中保持稳定，就不会影响测距精度。

其缺点是用户必须发射信号，因而难以隐蔽自己，这对军事用户十分不利。

全球定位系统的伪距定位原理
全球定位系统（GPS）是一种卫星导航系统，它可以提供全球范围内的准确定位服务。

GPS的定位原理基于伪距定位技术。

伪距定位技术的基本思想是，接收器接收到来自卫星发射的信号后，测量出信号的传播时间，然后通过将传播时间乘以光速得到信号的传播距离。

通过同时测量多颗卫星的传播距离，可以得到接收器与卫星之间的距离，从而确定接收器的位置。

为了测量出信号的传播时间，GPS接收器需要同时接收到至少4颗卫星的信号。

当接收器接收到卫星信号后，它会将信号的时间戳与本地时钟进行比较，从而计算出信号传播时间。

由于信号传播速度几乎等于光速，因此信号传播时间可以被转换为信号传播距离。

另外，由于GPS卫星的位置是已知的，因此接收器可以通过与多颗卫星的距离计算出自身的位置。

这种计算是通过三角形定位原理来实现的，即利用三个点的距离可以唯一确定一个点的位置。

总之，伪距定位技术是GPS定位的核心原理，它利用卫星信号传播时间来确定接收器与卫星之间的距离，从而确定接收器的位置。

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伪距定位算法伪距定位算法是一种常用的定位算法，广泛应用于全球卫星导航系统（GNSS）中。

它通过测量卫星和接收机之间的信号传播时间差，进而计算出接收机的位置。

这种算法采用简单可行的测量方法，具有较高的定位精度和稳定性，因此被广泛应用于航空、航海、地理勘测等领域。

伪距定位算法的基本原理是利用卫星与接收机之间的距离信息来确定位置。

当接收机接收到卫星信号时，它会测量信号的到达时间，并和卫星发射信号的到达时间之差进行计算。

这个时间差称为伪距差。

由于信号传播速度已知，通过计算伪距差，可以得到卫星与接收机之间的距离。

伪距定位算法需要使用至少四颗卫星的信号才能进行定位。

通过测量多个卫星信号的伪距差，可以得到多组距离信息。

接着，通过三角定位原理，将每组距离信息转化为坐标系中的坐标。

最后，将这些坐标进行处理和计算，可以得到接收机的准确位置。

除了测量信号传播时间差，伪距定位算法还需要考虑其他因素的影响，如信号传播路径的误差、卫星与接收机的钟差等。

为了提高定位的精度，专业的接收机一般会通过校准和滤波来消除这些误差。

此外，天线的选择和放置位置也会影响信号接收的质量，从而影响定位的准确性。

伪距定位算法在实际应用中有着广泛的指导意义。

它不仅被用于卫星导航系统，还可以应用于移动通信领域的定位服务。

通过接收多个基站的信号，手机可以使用伪距定位算法计算自身的位置，并在导航、实时定位等方面提供服务。

此外，在灾害救援、海上救援等应急情况下，伪距定位算法也可以提供准确的定位信息，帮助救援人员准确找到目标。

总的来说，伪距定位算法是一种精确可靠的定位算法，在各个领域都有着广泛的应用。

通过测量信号传播时间差，结合卫星导航系统的信息，可以得到接收机的准确位置。

它在航空、航海、地理勘测等领域发挥着重要的作用，并且对移动通信、救援等领域也有着重要的指导意义。

随着技术的发展，伪距定位算法将会进一步完善和应用，为人们的生活带来更多便利和安全。