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1、GPSGPS伪距定位原理伪距定位原理王建强王建强东华理工大学测绘工程学院东华理工大学测绘工程学院20九月九月2024目录目录一、课堂回顾一、课堂回顾二、二、GPSGPS卫星信号卫星信号三、三、GPSGPS伪距定位原理伪距定位原理四、四、GPSGPS伪距观测方程伪距观测方程GPSGPS是什么？是什么？由美国建立的一个由美国建立的一个卫星导航定位系统，卫星导航定位系统，利用该系统，用户利用该系统，用户可以在全球范围内可以在全球范围内实现全天候、连续、实现全天候、连续、实时的三维导航定实时的三维导航定位和测速位和测速. .GPSGPS工作流程工作流程监控站监控站 地面地面控制部分控制部分空间部分空间
2、部分 用户部分用户部分1 1个主控站个主控站3 3个注入站个注入站5 5个监测站个监测站6 6个轨道个轨道2424颗卫星颗卫星20200km20200km二、二、GPSGPS卫星信号卫星信号GPSGPS卫星信号的成分卫星信号的成分载波载波测距码测距码用于测定从卫星至接收机间距离的二进制码用于测定从卫星至接收机间距离的二进制码C/AC/A码，码，P(Y)P(Y)码码粗码粗码/ /捕获码（捕获码（Coarse/Acquisition CodeCoarse/Acquisition Code） 码元宽度码元宽度: 293.05m: 293.05m调制载波调制载波: L1: L1精码（精码（Precis
3、e CodePrecise Code）码元宽度码元宽度: 29.30m: 29.30m调制载波调制载波: L1: L1和和L2L2导航电文导航电文由由GPSGPS卫星向用户播发的一组反映卫星空间位卫星向用户播发的一组反映卫星空间位置、工作状态、卫星钟修正参数和电离层改正置、工作状态、卫星钟修正参数和电离层改正参数等重要数据的二进制码参数等重要数据的二进制码载波的作用和类型载波的作用和类型 作用作用搭载其它调制信号搭载其它调制信号测距测距测定多普勒频移测定多普勒频移类型类型目前目前lL1 L1 ： 154154 f f0 0 = 1575.43MHz = 1575.43MHz；19.03cm19
4、.03cmlL2 L2 ： 120120 f f0 0 = 1227.60MHz = 1227.60MHz；24.42cm24.42cm现代化后现代化后lL5 L5 ：115115 f f0 0 = 1176.45MHz = 1176.45MHz；25.48cm25.48cm测距码的作用和性质测距码的作用和性质作用作用测距测距性质性质伪随机噪声码伪随机噪声码强相关性强相关性什么叫伪距什么叫伪距所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到达所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPSGPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。距离。用用C/AC/A码进行测量的伪距
5、为码进行测量的伪距为C/AC/A码伪距，用码伪距，用P P码码测量的伪距为测量的伪距为P P码伪距。码伪距。三、三、GPSGPS伪距定位原理伪距定位原理GPSGPS定位的基本原理定位的基本原理后方交会后方交会原理：通过测定到若干已知点的距离定原理：通过测定到若干已知点的距离定位。位。要求：要测定到要求：要测定到4 4个已知点的距离。个已知点的距离。已知点已知点GPSGPS卫星（利用星历计算其位置）卫星（利用星历计算其位置）测距的基本方法测距的基本方法码伪距：距离码伪距：距离 = = 波速波速传播时间传播时间2 2个球面相交个球面相交圆环圆环3 3个球面相交个球面相交两交点两交点4 4个球面相交
6、个球面相交唯一交点唯一交点ABCGPSGPS定位原理：测距交会定位原理：测距交会GPSGPS定位示意图定位示意图ACB四、四、GPSGPS伪距观测方程伪距观测方程伪距定位观测方程伪距定位观测方程伪距观测方程伪距观测方程伪距伪距接收机获取的信号传播时间接收机获取的信号传播时间真实信号传播时间真实信号传播时间卫星到用户的几何距离卫星到用户的几何距离接收机钟同卫星钟的偏差接收机钟同卫星钟的偏差如果忽略卫星之间钟差影响，并考虑如果忽略卫星之间钟差影响，并考虑电离层、对流层折射影响，可得：电离层、对流层折射影响，可得：大气影响大气影响伪距定位观测方程伪距定位观测方程几何距离几何距离 与卫星坐标（与卫星坐
7、标（Xs, Ys, ZsXs, Ys, Zs）和接收机坐标（和接收机坐标（X,Y,ZX,Y,Z）之间有如下关系：）之间有如下关系：卫星坐标卫星坐标-导航电文导航电文电离层改正电离层改正模型模型对流层改正对流层改正模型模型待求参数待求参数-测码伪距观测方程的常用形式如下：测码伪距观测方程的常用形式如下：伪距定位观测方程伪距定位观测方程式中式中j j为卫星数，为卫星数，j j1 1，2 2，33。GPSGPS卫星发出测距码经卫星发出测距码经 时间后到达接收机时间后到达接收机 ；接收机产生复制码（复制码测距码）通过时接收机产生复制码（复制码测距码）通过时延器使其延迟时间延器使其延迟时间 ；将复制码和测距码进行码相关处理，若自相关将复制码和测距码进行码相关处理，若自相关系数系数 ，则，则 ， ；码观测值测量原理码观测值测量原理GPSGPS导航定位精度导航定位精度GPSGPS现代化后现代化后小结小结GPSGPS信号有三个内容信号有三个内容GPSGPS定位原理是距离交会方法定位原理是距离交会方法GPSGPS观测方程代求参数有观测方程代求参数有4 4个个GPSGPS现代化后伪距定位精度可以提高一倍现代化后伪距定位精度可以提高一倍思考题思考题GPSGPS定位为什么需要定位为什么需要4 4颗以上卫星颗以上卫星GPSGPS为什么采用测距码为什么采用测距码
