gps導(dǎo)航定位原理ppt課件-展示頁
2025-05-14 12:15本頁面
【正文】 觀測(cè)值（化為以距離為單位）后即可得到 λ N0。 前述的相位差觀測(cè)量都是時(shí)間的函數(shù)，那么如何引入接收機(jī)和衛(wèi)星位置？ 衛(wèi)星信號(hào)從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)需要一定時(shí)間，稱為傳播延遲 ?kj(T)。如果過程中衛(wèi)星失鎖了，那要采取其他方法進(jìn)行處理。以 表示 k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻 tk時(shí)所接受到的 j衛(wèi)星載波信號(hào)的相位值， 表示 k接收機(jī)在鐘面時(shí)刻 tk時(shí)所產(chǎn)生的本地參考信號(hào)的相位值，則 k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻 tk時(shí)觀測(cè) j衛(wèi)星所取得的相位觀測(cè)量可寫為： ? ?kjk t?? ?kk t?? ? ? ? ? ?kkkjkkjk ttt ?? ???Slide 18 載波相位測(cè)量觀測(cè)方程 通常的相位測(cè)量或相位差測(cè)量只是測(cè)出一周以內(nèi)的相位值，實(shí)際測(cè)量中，如果對(duì)整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻（ t0） 以后就可以取得連續(xù)的相位觀測(cè)值。有關(guān)整周不確定性問題，通?？赏ㄟ^適當(dāng)數(shù)據(jù)處理而解決，但將使數(shù)據(jù)處理復(fù)雜化。 Slide 16 載波相位觀測(cè)的主要問題：無法直接測(cè)定衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路徑上相位變化的整周數(shù)，存在整周不確定性問題。 而 C/A碼觀測(cè)精度為 ， P碼為 。 ? ? ? ? ? ?? ?)()(~2/1222tTtItcZZYYXXjigjijisss?????????????Slide 14 第三部分 GPS導(dǎo)航定位原理 ?偽距測(cè)量 ?載波相位測(cè)量 ?絕對(duì)定位和相對(duì)定位 ?導(dǎo)航原理與方法 ?GPS測(cè)量誤差來源 Slide 15 GPS載波相位測(cè)量 載波相位測(cè)量是測(cè)量接收機(jī)接收到的具有多普勒頻移的載波信號(hào)，與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差，通過相位差來求解接收機(jī)位置。因此，接收機(jī)必須同時(shí)至少測(cè)定四顆衛(wèi)星的距離才能解算出接收機(jī)的三維坐標(biāo)值。如果忽略衛(wèi)星之間鐘差影響，并考慮電離層、對(duì)流層折射影響，可得： 偽距定位觀測(cè)方程 )()()(~ tTtIttc jigjiijiji ?????? ???Slide 12 偽距定位觀測(cè)方程 幾何距離 與衛(wèi)星坐標(biāo)（ Xs, Ys, Zs） 和接收機(jī)坐標(biāo)（ X,Y,Z） 之間有如下關(guān)系： ?? ? ? ? ? ? 2222 ZZYYXX sss ???????其中衛(wèi)星坐標(biāo)可根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得，所以式中只包含接收機(jī)坐標(biāo)三個(gè)未知數(shù)。 為偽距， 為真正幾何距離， 為接收機(jī)和衛(wèi)星之間鐘差。同時(shí)，所測(cè)偽距又可作為載波相位測(cè)量中解決整波數(shù)不確定問題（整周模糊度）的輔助資料。 用 C/A碼進(jìn)行測(cè)量的偽距為 C/A碼偽距，用 P碼測(cè)量的偽距為 P碼偽距。 Slide 7 什么叫偽距？ 所測(cè)偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá) GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的量測(cè)距離。 目前廣泛應(yīng)用的基本觀測(cè)量主要有碼相位觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。干涉法測(cè)量時(shí)，所需設(shè)備較昂貴，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。 ?由干涉法測(cè)量得出的時(shí)間延遲。 ?根據(jù)載波相位觀測(cè)得出的偽距。 GPS定位方法分類 Slide 4 GPS觀測(cè)量的基本概念 無論采取何種 GPS定位方法，都是通過觀測(cè) GPS衛(wèi)星而獲得某種觀測(cè)量來實(shí)現(xiàn)的。 （ 2）動(dòng)態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 GPS定位方法分類 Slide 3 按用戶接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分： （ 1）靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。Slide 1 GPS導(dǎo)航定位原理 ?偽距測(cè)量 ?載波相位測(cè)量 ?絕對(duì)定位和相對(duì)定位 ?導(dǎo)航原理與方法 ?GPS測(cè)量誤差來源 Slide 2 定位方法分類 按參考點(diǎn)的不同位置劃分為： （ 1）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。 （ 2）相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。靜止?fàn)顟B(tài)只是相對(duì)的，在衛(wèi)星大地測(cè)量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周圍點(diǎn)位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測(cè)期內(nèi)可以忽略。 在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式。 GPS衛(wèi)星信號(hào)含有多種定位信息，根據(jù)不同的要求，可以從中獲得不同的觀測(cè)量，主要包括： ?根據(jù)碼相位觀測(cè)得出的偽距。 ?由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距。 Slide 5 GPS觀測(cè)量的基本概念 采用積分多普勒計(jì)數(shù)法進(jìn)行定位時(shí)，所需觀測(cè)時(shí)間較長，一般數(shù)小時(shí)，同時(shí)觀測(cè)過程中，要求接收機(jī)的震蕩器保持高度穩(wěn)定。 這兩種方法在 GPS定位中，尚難以獲得廣泛應(yīng)用。 Slide 6 GPS偽距測(cè)量 偽距法定位是由 GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出的到四顆以上 GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會(huì)的方法（原理與觀測(cè)方程將隨后介紹）求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。由于衛(wèi)星時(shí)鐘、接收機(jī)時(shí)鐘的誤差以及無線電信號(hào)經(jīng)過電離層和對(duì)流層中的延遲，實(shí)際測(cè)出的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定差值，因此一般稱量測(cè)出的距離為偽距。 Slide 8 偽距法定位特點(diǎn) 偽距法定位雖然一次定位精度不高， P碼定位誤差約為 10m， C/A碼定位誤差為2030m， 但因其具有定位速度快，且無多值性問題等優(yōu)點(diǎn)，仍然是 GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航的最基本方法。 Slide 9 sj(t1) sj(t2) X Y Z Yi Xi Zi ?ij(t1) ?ij(t2) GPS定位的幾何關(guān)系 Slide 10 偽距定位觀測(cè)方程 假設(shè)衛(wèi)星至觀測(cè)站的幾何距離為 ?ij， 在忽略大氣影響的情況下可得相應(yīng)的偽距： jijijijijiji tctccct ????? ???????~當(dāng)衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘嚴(yán)格同步時(shí)，上式所確定的偽距即為站星幾何距離。 ji?~ ji?jit?Slide 11 通常 GPS衛(wèi)星的鐘差可從衛(wèi)星發(fā)播的導(dǎo)航電文中獲得，經(jīng)鐘差改正后，各衛(wèi)星之間的時(shí)間同步差可保持在 20ns以內(nèi)。由于電離層改正數(shù)和對(duì)流層改正數(shù)可以按照一定的模型求解出，那么如果將接收機(jī)鐘差 也作為未知數(shù)，則共有四個(gè)未知數(shù)。 kt?Slide 13 測(cè)碼偽距觀測(cè)方程的常用形式如下： 偽距定位觀測(cè)方程 式中 j為衛(wèi)星數(shù)， j＝ 1， 2， 3… 。 由于載波的波長遠(yuǎn)小于碼長， C/A碼碼元寬度 293m， P 碼碼元寬度 ， 而 L1載波波長為 ， L2載波波長為 ，在分辨率相同的情況下，
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