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GPS 原理及其应用 ( 八 )

GPS 原理及其应用 ( 八 ). 第四章 距离测量与 GPS 定位. §4.1 利用测距码测定卫地距. §4.1 利用测距码测定卫地距. GPS 定位的基本原理. 需解决的两个关键问题 如何确定卫星的位置 如何测量出站星距离. ？. 距离测量与 GPS 定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距方法. 测距方法. 双程测距 用于电磁波测距仪 单程测距 用于 GPS. 距离测量与 GPS 定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码. 测距码. C/A 码（测距时有模糊度）. P 码. 信号传播时间.

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GPS 原理及其应用 ( 八 )

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Presentation Transcript

  1. GPS原理及其应用(八)

  2. 第四章 距离测量与GPS定位 §4.1 利用测距码测定卫地距

  3. §4.1 利用测距码测定卫地距

  4. GPS定位的基本原理 • 需解决的两个关键问题 • 如何确定卫星的位置 • 如何测量出站星距离 ？

  5. 距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距方法 测距方法 • 双程测距 用于电磁波测距仪 • 单程测距 用于GPS

  6. 距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码 测距码 C/A码（测距时有模糊度） P码

  7. 信号传播时间 距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码测距原理 测距码测距原理① • 距离测定的基本思路 • 信号（测距码）传播时间的测定 信号传播时间的测定

  8. 距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码测距原理 测距码测距原理② • 利用测距码测距的必要条件 • 必须了解测距码的结构 • 利用测距码进行测距的优点 • 采用的是CDMA（码分多址）技术 • 易于捕获微弱的卫星信号 • 可提高测距精度 • 便于对系统进行控制和管理（如AS） 每颗GPS卫星都采用特定的 伪随机噪声码 微弱信号的捕获

  9. 距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > Z跟踪技术 Z跟踪技术 • AS • P码+W码Y码 • W码的码元宽度比Y码大几十倍 • Z跟踪技术 • 原理 • 将相关间隔（积分间隔）限定在一个W码码元内

  10. 距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 伪距测量的特点 伪距测量的特点 • 优点 • 无模糊度 • 缺点 • 精度低

  11. 距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > GPS测量的基本观测方程 GPS测量的基本观测方程

  12. 信号离开卫星的时刻（由卫星钟测定） 信号到达接收机的时刻（由接收机钟测定） 对流层折射延迟改正 电离层折射延迟改正 卫星钟的改正数 接收机钟的改正数 距离测量与GPS定位 > 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

  13. 距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码测距的误差方程 伪距测量的误差方程

  14. §4.2 载波相位测量

  15. 距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 载波相位测量

  16. 距离测量与GPS定位 > 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① • 重建载波 • 将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。 伪距测量与载波相位测量 载波调制了电文之后 变成了非连续的波

  17. 距离测量与GPS定位 > 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② • 码相关法 • 方法 • 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。 • 技术要点 • 卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。 • 特点 • 限制：需要了解码的结构。 • 优点：可获得导航电文，可获得全波长的载波，信号质量好（信噪比高） 码相关法

  18. 距离测量与GPS定位 > 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③ • 平方法 • 方法 • 将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。 • 技术要点 • 卫星信号（弱）自乘。 • 特点 • 优点：无需了解码的结构 • 缺点：无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了30dB） 平方法

  19. 距离测量与GPS定位 > 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④ • 互相关（交叉相关） • 方法 • 在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个频率间的伪距差和相位差 • 技术要点 • 不同频率的卫星信号（弱）进行相关。 • 特点 • 优点：无需了Y解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB）

  20. 距离测量与GPS定位 > 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⑤ • Z跟踪 • 方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机复制出的P码进行相关处理。 • 在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。 • 特点 • 优点：无需了解Y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，信号质量较平方法好（信噪比降低了14dB）

  21. 距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波测距 载波测距

  22. 距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > GPS载波相位测量的基本原理 GPS载波相位测量的基本原理 理想情况 实际情况

  23. 距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位观测值 载波相位观测值 • 观测值 • 整周计数 • 整周未知数（整周模糊度） 载波相位观测值

  24. 距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位测量的特点 载波相位测量的特点 • 优点 • 精度高，测距精度可达0.1mm量级 • 难点 • 整周未知数问题 • 整周跳变问题

  25. 距离测量与GPS定位 > 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 原始形式： 线性化后： 误差方程为：

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