第4章.GPS定位的基本观测量与误差分析.docVIP

Chapter 4 GPS定位的基本观测量及误差分析 1 GPS定位的基本观测量 2 GPS测量的误差来源和影响 3 GPS接收机使用 距离测定基本原理 距离 = 传播时间 x 波速 点 位 测 定 3 个球面相交成一个点 3 个距离可以确定纬度、经度、高程 因此，点 的 空 间 位 置 被 确 定 一、GPS定位基本原理: ρ= c.Δt 接收机坐标 （Xk、Yk、Zk） （Receiver coordinates） 卫星坐标（Xj、Yj、Zj） （satellite coordinates） 二、GPS卫星工作原理 三、GPS定位的基本观测值 §4-1 GPS定位的基本观测量 GPS定位的基本观测值： 一、码相位伪距测量 将伪码发生器产生的与卫星信号结构完全相同的码经过延时器延时同本机复制码进行相关处理，得到卫星信号延迟传播时间Δt，从而获得伪距：ρ=c.Δt 。 受钟差（卫星钟、接收机钟）、大气延迟（电离层、对流层）等影响。 1、基本信息： 基准信号：F =10.23MHZ C/A码： f1 = 0.1F=1.023MHZ，码元宽=293.1m P码： f2= F=10.23MHZ ，码元宽=29.3m 2、测量原理： ρ=c.Δt 3、测量精度（取码元宽1%~10%） C/A码：2.93~29.3m P码：0.29~2.93m 测距码距离测定的基本思路 二、载波相位测量 载 波： GPS的载波是L波段的微波，具有良好的穿透大气的能力，从卫星的发射天线发出后沿直线传播到达地球表面，发射信号强度为26.8dBw，接收最低信号强度为-160dBw。 常规GPS接收机可以进行正常接收的最弱信号为-160dBw，而经过稠密介质时信号强度大为衰减，例如在室内，GPS信号强度会衰减为-188dBw（比-160dBw约弱1000倍），因而常规GPS接收机在室内因信号太弱而不能进行定位，在这种弱信号环境下，特殊的GPS接收机仍然可以工作，例如：Indoor GPS。 载波的作用： 作为传输工具，把搭载于其上的测距码和导航电文从卫星传播到地面，对于测量型接收机，载波又同时用作为测量信号，接收机对接收到的载波进行相位测量，获得高精度的载波相位观测值，从而实现厘米乃至毫米级的高精度基线测量。 1、载波相位测量基础 （1）基本信息： 基准信号：F =10.23MHZ L1载波： f1 = 154F=1575.42MHZ， λ1=19.03cm L2载波： f2= 120F=1227.60MHZ ， λ2=24.42cm （2）测量原理： ρ=λ.Δφ 整周不确定（模糊度）Ambiguity 整周不确定（模糊度）Ambiguity 周跳问题： 在跟踪卫星过程中，由于信号被障碍物挡住而暂时中断或受无线电信号干扰而造成信号失锁，发生周跳现象。 （3）测量精度： （取波长1%） L1载波：1.9mm L2载波：2.4mm （4）要解决的问题： 载波重建技术 整周未知数解算 周跳判断、修复 2、重建载波技术 重建载波：将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。 载波调制了电文之后变成了非连续的波 伪距测量与载波相位测量 （1）码相关法 1）基本原理： 将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。 2）特点： 需要了解码的结构 可获得导航电文 可获得全波长的载波 信号质量好（信噪比高） （2）载波平方法 1）基本原理：将接收的卫星信号（弱）通过自乘，去掉调制码，获得载波信号以进行载波相位测量。 2）特点： ?不需要获取伪随机码结构，就能获得载波信号，也可以进行双频观测。必须用其他方法获得卫星星历，并进行作业时间对比，使接收机相互同步。 没有进行码相关处理，信噪比较低。 （3）载波互相关法 1）基本原理：在L1信号通道中引进时延，使L1和L2信号进行互相关处理，在L1和L2信号之间达到最大相关时，记录时延值以求得观测值。 2）特点： 不需要获取伪随机码结构，就能获得载波相位观测值。 可以得到L1和L2信号的伪距差。 延时后L1和L2信号相关，信噪比要比平方法略高一些。 （4）码相关平方法 1）基本原理：在已有P码的基础上，将L2信号上的Y码信号和机内生成的P码相关，使频带变窄，然后再通过平方求解。 2）特点： 当美国执行AS技术时，可以通过已知P码结构，获得P码伪距。 增益比平方法、互相关法要高，信噪比仍然比码相关法要低。 （5）z 跟踪技术法 1）基本原理：将机内产生的伪随机P码分别与L1、 L2信号进行相关处理，获得载波频率变低、频带宽度变窄且带有保密码ω的信号