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1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组GPS原理及其应用原理及其应用 ( (八八) )第四章第四章 距离测量与距离测量与GPS定位定位4.1 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距4.1 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距GPS定位的基本原理定位的基本原理需解决的两个关键问题需解决的两个关键问题如何确定卫星的位置如何确定卫星的位置如何测量出站星距离如何测量出站星距离测距方法测距方法双程测距双程测距用于电磁波测用于电磁波测距仪距仪单程测距单程测距用于用于GPS距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 测距
2、方法测距方法测距码测距码C/A码（测距时有模糊度）码（测距时有模糊度）P码码距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 测距码测距码信号传播时间测距码测距原理测距码测距原理距离测定的基本思路距离测定的基本思路信号（测距码）传播时间的测定信号（测距码）传播时间的测定信号传播时间的测定信号传播时间的测定距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 测距码测距原理测距码测距原理测距码测距原理测距码测距原理利用测距码测距的必要条件利用测距码测距的必要条件必须了解测距码的结构必须了解测距码的结构利用测距码进行测距的优点利用测距码进行测距的
3、优点采用的是采用的是CDMA（码分多址）（码分多址）技术技术易于捕获微弱的卫星信号易于捕获微弱的卫星信号可提高测距精度可提高测距精度便于对系统进行控制和管理便于对系统进行控制和管理（如（如AS）每颗每颗GPS卫星都采用特定的卫星都采用特定的伪随机噪声码伪随机噪声码微弱信号的捕获微弱信号的捕获距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 测距码测距原理测距码测距原理Z跟踪技术跟踪技术ASP码码+W码码Y码码W码的码元宽度比码的码元宽度比Y码大几十码大几十倍倍Z跟踪技术跟踪技术原理原理将相关间隔（积分间隔）限将相关间隔（积分间隔）限定在一个定在一个W码码元内码码元内
4、距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 Z跟踪技术跟踪技术伪距测量的特点伪距测量的特点优点优点无模糊度无模糊度缺点缺点精度低精度低距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 伪距测量的特点伪距测量的特点GPS测量的基本观测方程测量的基本观测方程距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 GPS测量的基本观测方程测量的基本观测方程对流层折射延对流层折射延迟改正迟改正电离层折射延电离层折射延迟改正迟改正接收机钟的接收机钟的改正数改正数卫星钟的改卫星钟的改正数正数信号离开信号离开卫星的时卫星的时
5、刻（由卫刻（由卫星钟测定）星钟测定）信号到达接信号到达接收机的时刻收机的时刻（由接收机（由接收机钟测定）钟测定）测距码测距的观测方程测距码测距的观测方程距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 测距码测距的观测方程测距码测距的观测方程伪距测量的误差方程伪距测量的误差方程距离测量与距离测量与GPS定位定位 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距 测距码测距的误差方程测距码测距的误差方程4.2 载波相位测量载波相位测量 载波相位测量载波相位测量距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载
6、波重建载波重建载波将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。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载波调制了电文之后变成了非连续的波变成了非连续的波伪距测量与载波相位测量伪距测量与载波相位测量距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波码相关法码相关法方法方法将所接收到的调制信号（卫星信号）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。与接收机产生的复制码相乘。技术要点技术要点卫星信号（弱）与接收机信号（强）卫星信号（弱）与接收
7、机信号（强）相乘。相乘。特点特点限制：需要了解码的结构。限制：需要了解码的结构。优点：可获得导航电文，可获得全优点：可获得导航电文，可获得全波长的载波，信号质量好（信噪比波长的载波，信号质量好（信噪比高）高）码相关法码相关法距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波平方法平方法方法方法将所接收到的调制信号（卫星信号）将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。自乘。技术要点技术要点卫星信号（弱）自乘。卫星信号（弱）自乘。特点特点优点：无需了解码的结构优点：无需了
8、解码的结构缺点：无法获得导航电文，所获载缺点：无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了量较差（信噪比低，降低了30dB）平方法平方法距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波互相关（交叉相关）互相关（交叉相关）方法方法在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个频率间的伪距差和相位差频率间的伪距差和相位差技术要点技术要点不同频
9、率的卫星信号（弱）进行相关。不同频率的卫星信号（弱）进行相关。特点特点优点：无需了优点：无需了Y解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB）距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波Z跟踪跟踪方法：将卫星信号在一个方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机码码元内与接收机复制出的复制出的P码进行相关处理。码进行相关处理。在一个在一
10、个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。信号（强）进行相关。特点特点优点：无需了解优点：无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值，码结构，可测定双频伪距观测值，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了较平方法好（信噪比降低了14dB）距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波相位测量的关键技术重建载波载波相位测量的关键技术重建载波载波测距载波测距距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波测距载波测距GPS载波相位测量的基本原理
11、载波相位测量的基本原理距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 GPS载波相位测量的基本原理载波相位测量的基本原理理想情况理想情况实际情况实际情况载波相位观测值载波相位观测值观测值观测值整周计数整周计数整周未知数（整周模糊度）整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值载波相位观测值距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波相位观测值载波相位观测值载波相位测量的特点载波相位测量的特点优点优点精度高，测距精度可达精度高，测距精度可达0.1mm量级量级难点难点整周未知数问题整周未知数问题整周跳变问题整周跳变问题距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波相位测量的特点载波相位测量的特点载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程原始形式：原始形式：线性化后：线性化后：误差方程为：误差方程为：距离测量与距离测量与GPS定位定位 载波相位测量载波相位测量 载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程
