GPS(6):伪距和相位观测方程
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卫星定位方程
卫星定位方程可以用于计算接收机所处位置的坐标。
它基于三个方程:伪距方程、钟差方程和几何方程。
1. 伪距方程:伪距是接收机和卫星之间的距离。
可以通过测量从卫星发射的信号的传播时间和光速来计算伪距。
伪距方程表示为:
ρ = c * (t - t0) + Δρ + λ * N
其中,ρ是伪距,c是光速,t是接收机接收信号的时间,t0是信号从卫星发出到接收机的时间,Δρ是传播中的延迟,λ是载波波长,N是整数表示载波循环数。
2. 钟差方程:由于接收机和卫星钟之间的不同步,钟差会引入定位误差。
钟差方程表示为:
ρ - c * t = Δt + Δtr + ΔtS + Δtb
其中,ρ是伪距,c是光速,t是接收机接收信号的时间,Δt是接收机时钟相对于卫星时钟的差异,Δtr是相对于参考接收机的接收机钟差,ΔtS是接收机钟差的系统偏差,Δtb是大气延迟。
3. 几何方程:几何方程将卫星的空间位置坐标与接收机的位置坐标联系起来。
几何方程表示为:
( X - Xs)^2 + ( Y - Ys)^2 + ( Z - Zs)^2 = ρ^2
其中,(X, Y, Z)是接收机的空间坐标,(Xs, Ys, Zs)是卫星的空间坐标,ρ是伪距。
通过解这三个方程来计算接收机的位置坐标。
在实际应用中,
通常使用更多的卫星来增加定位的准确性,并使用精确的钟差和大气延迟模型来提高定位精度。
第四章GPS定位的观测量和观测方程GPS定位要解决两个问题:一是观测瞬间GPS卫星的空间位置。
解决方法:通过导航电文中的卫星星历来确定。
(前已述)二是测站点卫星之间的距离。
解决方法:通过测定信号传播时间计算。
传播时间通过GPS的观测量计算的。
4.1 GPS的主要观测量主要观测量:码伪距:C1、P1、P2载波相位:L1、L2多普勒D1、D2即:1)L1载波相位观测值(L1)2)L2载波相位观测值(L2)3)调制在L1上的C/A-code伪距(C1)4)调制在L1上的P-code伪距(P1)5)调制在L2上的P-code伪距(P2)6) L1载波Dopple观测值(D1)7) L2载波Dopple观测值(D1)在RINEX 2.10 中, 定义了下列观测值类型:L1,L2:L1 和L2 上的相位观测值;C1:采用L1上C/A 码所测定的伪距;P1, P2:采用L1、L2 上的P 码所测定的伪距;D1 , D 2:L1 和L2 上的多普勒频率;T1, T2:子午卫星的150( T1) 和400 MHz( T2) 信号上的多普勒积分;S1, S2: 接收机所给出的L1、L2 相位观测值的原始信号强度或SNR 值。
在反欺骗( AS) 之下所采集的观测值将被转换为“L2”或“P2”, 并将失锁指示符( 见表9-2) 的第二位置1。
观测值的单位: 载波相位为周, 伪距为m, 多普勒为Hz,子午卫星为周, SNR 等则与接收机有关。
【例】载波GPS使用两种载波:L1载波:fL1=154×f0=1575.42MHz,波长λ1=19.032cm,L2载波:fL2=120×f0=1227.6MHz,波长λ2=24.42cm。
载波的作用:1、在无线电通信技术中,为了有效地传播信息,都是将频率较低的信号加载在频率较高的载波上,此过程称为调制。
然后载波携带着有用信号传送出去,到达用户接收机。
2、载波也可以用作测距信号来使用。
伪距和载波相位观测方程异同点伪距观测和载波相位观测是卫星导航系统中常用的两种测量方式。
它们分别基于卫星信号的传播时间和相位变化来确定接收机与卫星之间的距离和位置。
虽然伪距观测和载波相位观测在原理和应用上存在一些异同点,但它们都是通过测量卫星信号的特征来实现导航定位的重要手段。
伪距观测和载波相位观测都是通过测量接收机接收到的卫星信号来计算距离的。
伪距观测是利用卫星信号的传播时间差来确定距离,而载波相位观测则是通过测量卫星信号的相位变化来计算距离。
不同的是,伪距观测是直接测量卫星信号的传播时间差,而载波相位观测则需要通过对信号的相位进行解算来得到距离。
伪距观测和载波相位观测在测量精度上存在一定的差异。
伪距观测由于只测量了信号的传播时间差,受到误差的影响较大,一般精度在几米至十几米左右。
而载波相位观测由于测量的是信号的相位变化,精度较高,可以达到亚米甚至厘米级别。
因此,在高精度定位和导航应用中,更常采用载波相位观测来实现更精确的定位。
伪距观测和载波相位观测在数据处理上也存在一些差异。
伪距观测直接从接收机接收到的卫星信号中提取出伪距信息,处理简单快速,但由于信号传播过程中存在大气延迟等误差,需要进行差分改正和误差校正才能得到较准确的定位结果。
而载波相位观测需要对信号进行解算,需要更复杂的算法和计算过程,但由于测量精度高,可以获得更准确的定位结果。
不仅如此,伪距观测和载波相位观测在应用上也有一些差异。
伪距观测由于测量简单、处理快速,更适用于实时定位和导航应用,如车载导航、船舶定位等。
而载波相位观测由于精度高,更适用于精密测量和科学研究领域,如大地测量、精密农业等。
总结起来,伪距观测和载波相位观测是卫星导航系统中常用的两种测量方式,它们分别基于卫星信号的传播时间和相位变化来确定接收机与卫星之间的距离和位置。
虽然两者在原理、精度、数据处理和应用上存在一些差异,但都是实现导航定位的重要手段。
伪距观测适用于实时定位和导航应用,而载波相位观测适用于精密测量和科学研究。
GPS最全复习题答案GPS最全复习题答案试说明GPS全球定位系统的组成以及各个部分的作用。
1. 空间星座部分:GPS卫星星座由24颗(3颗备用)卫星组成,分布在6个轨道内,每个轨道4颗1)接收和存储由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令。
2)利用卫星上的微处理机,对部分必要的数据进行处理。
3)通过星载的原子钟提供精密的时间标准。
4)向用户发送定位信息。
5)在地面监控站的指令下,通过推进器调整卫星姿态和启用备用卫星。
2.地面监控部分:地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成,包括5个监测站,1个主控站,3个信息注入站。
监测站:对GPS卫星进行连续观测,进行数据自动采集并监测卫星的工作状况。
主控站:协调和管理地面监控系统,主要任务:根据本站和其它监测站的观测资料,推算编制各卫星星历、卫星钟差和大气修正参数,并将数据传送到注入站;提供全球定位系统时间基准;各监测站和GPS卫星原子钟,均应与主控站原子钟同步,测出其间的钟差,将钟差信息编入导航电文,送入注入站;调整偏离轨道的卫星,使之沿预定轨道运行;启用备用卫星代替失效工作卫星。
注入站:在主控站控制下,将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等,注入到相应卫星的存储系统,并监测注入信息的正确性。
3. 用户设备部分:由GPS接收机硬件和数据处理软件以及微处理机和终端设备组成。
GPS接收机硬件主要接收GPS卫星发射的信号,以获得必要的导航和定信息及观测量,并经简单数据处理而实现实时导航和定位。
GPS软件主要对观测数据进行精加工,以便获得精密定位结果。
试说明我国北斗导航卫星系统与GPS的区别1)使用范围不同。
“北斗一号”是区域卫星导航系统,只能用于中国及其周边地区,而GPS 是全球导航定位系统,在全球的任何一点只要卫星信号未被遮蔽或干扰,都能接收到三维坐标数据。
2)卫星的数量和轨道是不同的。
“北斗一号”有3颗,位于高度近3.6万千米的地球同步轨道。
Ch11.常规测量方法的不足及GPS 的6个特点:常规定位方法:国家平面控制网的布设和国家高程控制网的布设常规方法的局限性:1)测站之间需保持通视2)无法同时精确确定点的三维坐标3)观测受气候等条件限制4)难以避免某些系统误差的影响如地球旁折光、地区性旁折光5)难以建立地心坐标系GPS6个特点:观测站间无需通视;定位精度高;观测时间短;提供三维坐标;操作简便;全天候作业 2.几种常用的空间定位技术: 甚长基线干涉测量(VLBI );人卫摄影测量;激光测卫和激光测月;星载激光测高;多普勒定位(Transit,DORIS 等);全球定位系统3.GPS 三部分组成:a.地面监控部分:地面监控部分由一个主控站,三个注入站和五个监测站组成。
主控站的作用:收集数据;数据处理;时间协调;控制卫星。
注入站作用:将主控站编制的导航电文等资料以既定的方式注入到卫星存储器钟,供卫星向用户发射。
监测站作用:利用接收机获得卫星的位置和工作状况;利用原子钟获得时间标准;利用环境传感器得到当地的气象数据;然后将算得的伪距、导航数据、气象数据及卫星状态传给主控站。
b.GPS 卫星:提供星历和时间信息,发射伪距和载波信号,提供其他辅助信息。
c.GPS 接收机:接收并测卫星信号,记录处理数据,提供导航定位信息。
Ch21.空固坐标系ECI , ECSF (Earth-Centred Inential Coordinate System;Earth-Centred Space-Fixed Coordinate System ):惯性参考坐标系,与地球自转无关。
描述卫星(天体)的运行位置和状态极其方便。
3地固坐标系ECEF (Earth-Centred Earth-fixed Coordinate System ):表达地面观测站的位置,处理GPS 观测数据。
4选择某一时刻t0作为标准历元,并将此刻地球的瞬时自转轴(指向北极)和地心至瞬时春分点的方向,经过该瞬时岁差和章动改正后,作为z 轴和x 轴,构成的空固坐标系称为所取标准历元的平天球坐标系,或协议天球坐标系,也称协议惯性坐标系(Conventional Inertial System —CIS )5协议地球坐标系ECEF,CTS (Conventional Terrestrial System ):以协议地极为基准点的地球坐标系。