GPS原理及其應(yīng)用(2)ppt課件

1、 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院 GPSGPS原理及其應(yīng)用課程組原理及其應(yīng)用課程組GPS原理及其運(yùn)用原理及其運(yùn)用 (八八)GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用第四章第四章 間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位4.1 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4.1 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS定位的根本原理定位的根本原理 需處理的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需處理的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 如何確定衛(wèi)星的位置如何確定衛(wèi)星的位置 如何丈量出站星間隔如何丈量出站星間隔GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用測(cè)距方法測(cè)距方法 雙程測(cè)距雙程測(cè)距用于電用于電磁波測(cè)距儀磁

2、波測(cè)距儀 單程測(cè)距單程測(cè)距用于用于GPS間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距方法測(cè)距方法GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用測(cè)距碼測(cè)距碼C/A碼測(cè)距時(shí)有模糊度碼測(cè)距時(shí)有模糊度P碼碼間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距碼GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用信號(hào)傳播時(shí)間測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理 間隔測(cè)定的根本思緒間隔測(cè)定的根本思緒 信號(hào)測(cè)距碼傳播時(shí)間的測(cè)定信號(hào)測(cè)距碼傳播時(shí)間的測(cè)定dtTutTuTRT)()(1相關(guān)系數(shù)：ctc信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定

3、衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理 利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件 必需了解測(cè)距碼的構(gòu)造必需了解測(cè)距碼的構(gòu)造 利用測(cè)距碼進(jìn)展測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)利用測(cè)距碼進(jìn)展測(cè)距的優(yōu)點(diǎn) 采用的是采用的是CDMA碼分多址碼分多址技術(shù)技術(shù) 易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào) 可提高測(cè)距精度可提高測(cè)距精度 便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展控制和管理便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展控制和管理如如AS每顆每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的衛(wèi)星都采用特定的偽隨機(jī)噪聲碼偽隨機(jī)噪聲碼微弱信號(hào)的捕獲微弱信號(hào)的捕獲間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)

4、距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用Z跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù) AS P碼碼+W碼碼Y碼碼 W碼的碼元寬度比碼的碼元寬度比Y碼大幾碼大幾十倍十倍 Z跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù) 原理原理 將相關(guān)間隔積分間隔限將相關(guān)間隔積分間隔限定在一個(gè)定在一個(gè)W碼碼元內(nèi)碼碼元內(nèi)碼碼碼碼碼元內(nèi)在一個(gè)PPYW 0 1 0 0 1 0 0（1） W 碼 0 1 0 0 1 0 P 碼 Y 碼 + = 0 1 0 0 1 0 1（-1） W 碼 1 0 1 1 0 1 P 碼 Y 碼 + = 間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 Z跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù)GPS原理及

5、其應(yīng)用原理及其應(yīng)用偽距丈量的特點(diǎn)偽距丈量的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 無(wú)模糊度無(wú)模糊度 缺陷缺陷 精度低精度低間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 偽距丈量的特點(diǎn)偽距丈量的特點(diǎn)GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS丈量的根本觀測(cè)方程丈量的根本觀測(cè)方程間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 GPS丈量的根本觀測(cè)方程丈量的根本觀測(cè)方程SR( )tR( )tS接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻復(fù)制信號(hào)的相位tR接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻所接收到衛(wèi)星在時(shí)刻所發(fā)送信號(hào)的相位tRtS tR tSGPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用對(duì)流層折射延對(duì)流層折射延遲

6、矯正遲矯正電離層折射延電離層折射延遲矯正遲矯正接納機(jī)鐘的接納機(jī)鐘的矯正數(shù)矯正數(shù)衛(wèi)星鐘的矯衛(wèi)星鐘的矯正數(shù)正數(shù)信號(hào)分開(kāi)信號(hào)分開(kāi)衛(wèi)星的時(shí)衛(wèi)星的時(shí)辰由衛(wèi)辰由衛(wèi)星鐘測(cè)定星鐘測(cè)定信號(hào)到達(dá)接信號(hào)到達(dá)接納機(jī)的時(shí)辰納機(jī)的時(shí)辰由接納機(jī)由接納機(jī)鐘測(cè)定鐘測(cè)定RSRSsRRStttropiontropionabttabtatbSRtRbtSaSRVcVcVVVVcVcVccVVcttcVtVtttc)()()()()()(故：站星真實(shí)距離：則：；設(shè)：偽距：測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程GPS原

7、理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用222222000000000000()()()()()()()()()()()()()SRiiiiiiiiiontropttiiiiiiiiiiiiiiixXyYzZixXyYzZVVc Vc VxXyYzZxXyYzdXdYdZdXdY 令真實(shí)的站星距離：， 為衛(wèi)星則站星距離的觀測(cè)值：將 用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，保留一階項(xiàng)，有0022200000000000000()()()()()()()()()()()SiRiiiiiiiiiiiiiiiiiionitropitiiiitiZdZxXyYzZXXdXYYdYZZdZxXyYzZlmnLc VVVVl dXmdYndZc V

8、L 其中：；令：；則誤差方程為：偽距丈量的誤差方程偽距丈量的誤差方程間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距的誤差方程測(cè)距碼測(cè)距的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4.2 載波相位丈量載波相位丈量GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用 載波相位丈量載波相位丈量間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量itjtitijttR(c )2002, 黃勁松GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 重建載波重建載波 將非延續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成延續(xù)的載波信號(hào)。將非延續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成延續(xù)的載波信號(hào)

9、。載波調(diào)制了電文之后載波調(diào)制了電文之后變成了非延續(xù)的波變成了非延續(xù)的波偽距丈量與載波相位丈量偽距丈量與載波相位丈量間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 碼相關(guān)法碼相關(guān)法 方法方法 將所接納到的調(diào)制信號(hào)衛(wèi)星將所接納到的調(diào)制信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)與接納機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼信號(hào)與接納機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。相乘。 技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn) 衛(wèi)星信號(hào)弱與接納機(jī)信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)弱與接納機(jī)信號(hào)強(qiáng)相乘。強(qiáng)相乘。 特點(diǎn)特點(diǎn) 限制：需求了解碼的構(gòu)造。限制：需求了解碼的構(gòu)

10、造。 優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量好得全波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量好信噪比高信噪比高衛(wèi)星信號(hào)的生成接收機(jī)重建載波(c )2002, 黃勁松碼相關(guān)法碼相關(guān)法間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 平方法平方法 方法方法 將所接納到的調(diào)制信號(hào)衛(wèi)星將所接納到的調(diào)制信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)自乘。信號(hào)自乘。 技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn) 衛(wèi)星信號(hào)弱自乘。衛(wèi)星信號(hào)弱自乘。 特點(diǎn)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了解碼的構(gòu)造優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了

11、解碼的構(gòu)造 缺陷：無(wú)法獲得導(dǎo)航電文，所缺陷：無(wú)法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長(zhǎng)為原來(lái)波長(zhǎng)的一半，獲載波波長(zhǎng)為原來(lái)波長(zhǎng)的一半，信號(hào)質(zhì)量較差信噪比低，降信號(hào)質(zhì)量較差信噪比低，降低了低了30dB平方法平方法間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 相互關(guān)交叉相關(guān)相互關(guān)交叉相關(guān) 方法方法 在不同頻率的調(diào)制信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)展相關(guān)處在不同頻率的調(diào)制信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)展相關(guān)處置，獲取兩個(gè)頻率間的偽距差和相位差置，獲取兩個(gè)頻率間的偽距差和相位差 技術(shù)

12、要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn) 不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)弱進(jìn)展相關(guān)。不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)弱進(jìn)展相關(guān)。 特點(diǎn)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了Y解碼的構(gòu)造，可獲得導(dǎo)航電文，可解碼的構(gòu)造，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好信獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好信噪比降低了噪比降低了27dB)()(12/, 12, 1, 2/, 12LLACLLYLYLACLLRRRR間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 Z跟蹤跟蹤 方法：將衛(wèi)星信

13、號(hào)在一個(gè)方法：將衛(wèi)星信號(hào)在一個(gè)W碼碼元內(nèi)與接納碼碼元內(nèi)與接納機(jī)復(fù)制出的機(jī)復(fù)制出的P碼進(jìn)展相關(guān)處置。碼進(jìn)展相關(guān)處置。 在一個(gè)在一個(gè)W碼碼元內(nèi)進(jìn)展衛(wèi)星信號(hào)弱與復(fù)碼碼元內(nèi)進(jìn)展衛(wèi)星信號(hào)弱與復(fù)制信號(hào)強(qiáng)進(jìn)展相關(guān)。制信號(hào)強(qiáng)進(jìn)展相關(guān)。 特點(diǎn)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了解優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了解Y碼構(gòu)造，可測(cè)定雙頻偽距碼構(gòu)造，可測(cè)定雙頻偽距觀測(cè)值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)觀測(cè)值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好信噪比降低的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好信噪比降低了了14dB間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其

14、應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波測(cè)距載波測(cè)距itjtitijttR(c )2002, 黃勁松間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波測(cè)距載波測(cè)距GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS載波相位丈量的根本原理載波相位丈量的根本原理間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 GPS載波相位丈量的根本原理載波相位丈量的根本原理SR SR)SR( )tR( )tS接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻復(fù)制信號(hào)的相位tR接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻所接收到衛(wèi)星在時(shí)刻所發(fā)送信號(hào)的相位tRtS tR tS理想情況理想情況實(shí)踐情況實(shí)踐情況GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位觀測(cè)值載波相位觀測(cè)值

15、 觀測(cè)值觀測(cè)值 整周計(jì)數(shù)整周計(jì)數(shù) 整周未知數(shù)整周模糊度整周未知數(shù)整周模糊度載波相位觀測(cè)值載波相位觀測(cè)值)()()()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示為：以后的觀測(cè)：首次觀測(cè)： Int0NN0Fr0N0Int( )iFrit0ti間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位觀測(cè)值載波相位觀測(cè)值GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的特點(diǎn)載波相位丈量的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 精度高，測(cè)距精度可達(dá)精度高，測(cè)距精度可達(dá)0.1mm量級(jí)量級(jí) 難點(diǎn)難點(diǎn) 整周未知數(shù)問(wèn)題整周未知數(shù)問(wèn)題 整周跳變問(wèn)題整周跳變問(wèn)題間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的特點(diǎn)載波相位丈量的特點(diǎn)GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用tropiioniiiittiiiiiVVLLcVcVNdZndYmdXlvSR)()(其中：0載波相位丈量的觀測(cè)方程載波相位丈量的觀測(cè)方程tropi