GPS各章節(jié)知識點(diǎn)總結(jié)

1、第一章緒論1、GPS的應(yīng)用：導(dǎo)航、授時、定位測量2、衛(wèi)星定位經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：衛(wèi)星三角測量、衛(wèi)星多普勒測量、GPS衛(wèi)星定位測量 衛(wèi)星三角測量：衛(wèi)星僅作為一種空間動態(tài)觀測目標(biāo)，由她面通過拍攝衛(wèi)星的位置而測定 地面點(diǎn)的坐標(biāo)。衛(wèi)星多普勒測量：利用地面跟蹤站上的多普勒測量資料可以精確確定衛(wèi)星軌道。定位原 理是基于“多普勒效應(yīng)”3、子午衛(wèi)星系統(tǒng)：利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng)。（6顆衛(wèi)星，6個軌道，筑道夾角30,凱道傾角90,衛(wèi)星高度1075,周期 107m in）局限性：一次定位所需時間過長不是連續(xù)的、獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)效率低、精度低4、GPS在各個領(lǐng)域的應(yīng)用：軍事：配備GPS的

2、士兵：導(dǎo)航的導(dǎo)彈；核潛艇：艦載飛彈交通運(yùn)輸：航運(yùn)、航空搜索：陸路交通（車輛導(dǎo)航、監(jiān)控）：船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn) 港引水測量：建立和維持全球性的參考框架；板塊運(yùn)動和監(jiān)測；建立各級國家平面控制網(wǎng)；布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測量；在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的應(yīng)用。其他：精細(xì)農(nóng)業(yè)；遙感；衛(wèi)星定軌；資源勘探；GPS氣象學(xué)：個人旅游5、美國政府的GPS政策SPS：標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù),使用C/A碼,民用PPS：精密定位服務(wù),可使用P碼,軍用SA：選擇可用性技術(shù)；1991.7.1-2000.5.2：人為降低普通用戶的測量精度;方法：降 低星歷精度（加入誤差）：衛(wèi)星鐘加高頻抖動（短周期，快變化）

3、AS：反電子欺騙技術(shù)：1994. 1.31-今天：P碼加密。P+W-Y6、GPS現(xiàn)代化:在Block IIR衛(wèi)星的L2載波上調(diào)制C/A碼，在Block II F衛(wèi)星中增加f =1176. 45MHz的民用頻率：增強(qiáng)衛(wèi)星信號強(qiáng)度，增加抗干擾能力；增設(shè)新的軍用碼（M碼），與民用碼分開，并具有更好的保密性和抗干擾能力；使用新技術(shù)，以阻止或干擾敵方使用GPS:軍用接收機(jī)具有更好的保護(hù)裝置，特別是抗干擾能力，具有快速初始化功能。7、其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：©GPS： 6個軌道面：平均軌道高度20200km：軌道傾角55度；設(shè)計星座：24；周期llh58min（估計地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提

4、前4min重復(fù)一次） 保證在每天24小時的任何時亥IJ,在高度角15度以上能夠同時觀測到4顆以上衛(wèi)星 ©GLONASS （俄羅斯）；系統(tǒng)構(gòu)成：衛(wèi)星星座：她面控制部分；用戶設(shè)備：衛(wèi)星數(shù)24,凱道3,傾角64. 8度：高度19390km：運(yùn)行周期11h15minGalileo （歐盟）：27顆工作衛(wèi)星加3顆備用衛(wèi)星，分布在3個枇道平面；軌道傾角56,具有公開服務(wù)，安全服務(wù)，商務(wù)服務(wù)和政府服務(wù)功能，前兩種自有公開，后兩種要經(jīng)過批準(zhǔn)后才能使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：系統(tǒng)由空間衛(wèi)星，地而控制中心站和北斗用戶終端3部分構(gòu)成: 空間部分包含2-3顆同步軌道衛(wèi)星：用戶終端分為：定位、通信 終端：差分、校時

5、終端：集團(tuán)用戶管理站終端。優(yōu)點(diǎn)：投資少，組建快，具有通信功能，捕獲信號快；缺點(diǎn)：用戶隱蔽性差：無測高和測速功能；用戶數(shù)量受限制：用戶的設(shè)備 體積大，重量重，能耗大第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)1、坐標(biāo)系統(tǒng)：分為空間固定坐標(biāo)系、與地面固聯(lián)坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系：以參考橢球面為基準(zhǔn)而、以起始子午而為東西向參考面、以赤道面為南北 向參考面2、天球坐標(biāo)系天球：以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長度的一個假想的球體。歲差：在日、月和其他天體的作用下，地球自轉(zhuǎn)軸方向不再保持不變，使春分點(diǎn)在黃道 上產(chǎn)生緩慢西移現(xiàn)象。章動：在日、月等引力因素的影響下，瞬時北天極繞瞬時平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.3、協(xié)議天球坐標(biāo)系：選擇某一時刻

6、to作為標(biāo)準(zhǔn)歷元，將此刻地球的瞬時自轉(zhuǎn)軸和地心至瞬時春分點(diǎn)的方 向，經(jīng)該瞬時歲差和章動改正后，分別作為z軸和x軸的指向，稱為所取標(biāo)準(zhǔn)歷元（0時 刻的平天球坐標(biāo)系或協(xié)議天球坐標(biāo)系。協(xié)議-瞬時平天球：歲差旋轉(zhuǎn) 瞬時平天球-瞬時天球：章動旋轉(zhuǎn)（我們把僅顧及歲差而不顧及拿動時的北天極和春分點(diǎn)稱為平北天極和平春分點(diǎn)；把同時顧及歲差和幸動，能反映其真實(shí)位優(yōu)的北天極和春分點(diǎn)成為真北天極和其春分點(diǎn)） 4、協(xié)議地球坐標(biāo)系：采用國際上5個緯度服務(wù)站，以1900年至1905年的平均緯度所確定的平均地極位置作 基準(zhǔn)點(diǎn)，稱為國際協(xié)議原點(diǎn)。以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系，稱為協(xié)議地球坐標(biāo)系。 極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對地球體的

7、位置并不固定，造成地極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時間 而變化的現(xiàn)象。5、協(xié)議天球坐標(biāo)系到協(xié)議地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換兩坐標(biāo)系之間的關(guān)系：1）原點(diǎn)相同，均位于地球質(zhì)心；2）瞬時天球坐標(biāo)系的z軸和瞬時地球坐標(biāo)系的Z軸指向相同；3）瞬時天球坐標(biāo)系的x軸和瞬時地球坐標(biāo)系的X軸指向不同，其間夾角為春分點(diǎn)的格 林尼治恒心時。協(xié)議天球瞬時天球瞬時地球一協(xié)議地球（歲差章動旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)瞬時春分點(diǎn)時角：極移旋轉(zhuǎn)）6、GPS定位中時間系統(tǒng)的意義：1） GPS衛(wèi)星在不斷運(yùn)動，要求其位置.觀測誤差小于1cm,則時刻誤差小于5.6X10-6s2） GPS接收機(jī)通過測量信號傳播時間而確定距觀測衛(wèi)星的距離，要求距離觀測誤差小 于1cm,則

8、時間測定誤差小于3.0X10-11S3）地球在不斷自轉(zhuǎn)，要求赤道上位置測量誤差小于1cm,則時間測定誤差小于5. 1X 10-5s7、時間基準(zhǔn)的必要性：包含時刻、時間間隔時刻：指發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間，也稱為歷元時間間隔：指發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過程，是這一過程始末時刻之差運(yùn)動是連續(xù)的，周期性的運(yùn)動的周期應(yīng)具有充分的穩(wěn)定性運(yùn)動的周期必須具有復(fù)現(xiàn)性，即要求任何地方和時間，都可以通過觀測和實(shí)驗(yàn)，復(fù)現(xiàn) 這種周期性運(yùn)動8、世界時系統(tǒng)：恒星時：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動所確定的時間。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日。平太陽時：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一個平太陽日。世

9、界時：以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時。由于地球自轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性，破壞了建立時間系統(tǒng)的基本條件，為了彌補(bǔ)這一缺陷，從1956年開始，在世界時中引入極移改正和地球自轉(zhuǎn)速度的季方性改正。未經(jīng)改正的世界時為UTO,經(jīng)極移改正后衛(wèi)UT1,經(jīng)地球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性改正后衛(wèi)UT29、原子時：以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動的特征為基礎(chǔ)而建立的時間系統(tǒng)力學(xué)時：在天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體動力學(xué)理論建立的運(yùn)動方程而編算的，其 中所采用的獨(dú)立變量是時間參數(shù)T,變量T被定義為力學(xué)時。協(xié)調(diào)世界時：以原子時秒長為基礎(chǔ)，在時刻上盡量接近于世界時的時間系統(tǒng)：采用閏秒 （或跳秒）的辦法，使協(xié)調(diào)時與世界時的差小于0.9sGPS時間系統(tǒng)：

10、屬于原子時系統(tǒng)，秒長與原子時相同：與國際原子時有不同的原點(diǎn)IAT-GPST=19s；與協(xié)調(diào)世界時規(guī)定1980年1月6日0時一致其后隨時間枳GPST=UTC+1' xn-19'10、時間標(biāo)示法：歷法：年、月、日、時、分、秒儒略日：用連續(xù)數(shù)值表示時間的方法約化儒略日：從儒略日中減去2400000.5周秒：從1980年1月6日0時開始起算的周數(shù)+每周內(nèi)從周六/日子夜開 始起算的秒數(shù)年積日：從每年1月1日開始累計的天數(shù)第三章全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)1、GPS系統(tǒng)由三部分組成：空間部分、地而控制部分、用戶設(shè)備部分（1）空間部分：6軌道而：平均軌道高度20200km：軌道傾角55度：周

11、期121】（顧及地球 自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次）：設(shè)計星座21+3； 保證在每天24小時的任何時刻在高度角15度以上能夠同時觀測到4顆以 上衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲導(dǎo)航電文生成用于導(dǎo)航定位的信號（測距碼、載波）發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測距碼和導(dǎo) 航電文）接受地而指令，進(jìn)行相應(yīng)操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。主要設(shè)備：太陽能電池板原子鐘（2臺艷鐘、2臺鋤鐘）信號生成與發(fā)射裝置 （2）地面控制部分：主控站1個；監(jiān)測站5個：注入站3個；通訊與輔助系統(tǒng)組成。主控站作用：管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作：收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電

12、文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星; 監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令；衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。監(jiān)測站作用：接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集氣象信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站。注入站作用：將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。（3）用戶部分：用戶；接收設(shè)備（GPS信號接收機(jī)，其他儀器設(shè)備）GPS信號接收機(jī)：天線單元（接收天線、前置放大器）接收單元（信號通道、存儲器、微處理器、輸入輸出設(shè)備、電源） 2、GPS信號結(jié)構(gòu)：GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號：載波、測距碼、導(dǎo)航電文（1）載波：可運(yùn)載調(diào)制信號的高頻宸蕩波稱為載波。類型：L1-頻率：154fo： L2-頻率：120fo作用：搭載其它調(diào)制信號：測距；測定多普勒頻移特點(diǎn)：所選

13、擇的頻率有利于測定多普勒頻移；所選擇的頻率有利于減弱信號所受的電離層折射影響：選擇兩個頻率可以較好地消除信號的電離層折射延遲（電離層折射延遲于 信號的頻率有關(guān)）（2）測距碼：用于測定從衛(wèi)星至接收機(jī)間的距離的二進(jìn)制碼： 作用：測距：為隨機(jī)噪聲碼：（隨機(jī)、可準(zhǔn)確復(fù)制） 不同的碼（包括未對齊的同一組碼）間的相關(guān)系數(shù)為?；?/n, （n為碼元數(shù)）； 對齊的同一組碼間的相關(guān)系數(shù)為1。相關(guān)系數(shù)的計算方法為：（相同碼元數(shù)-不同碼元數(shù)）/總碼元數(shù).類型：C/A碼：粗碼/捕獲碼：P（Y）碼：精碼?，F(xiàn)代化后：在L2上調(diào)至C/A碼，在L1和L2上增加調(diào)制M碼。CMWPR俳率.四本10.23niz用期周期137天 1

14、用期含碼元效 1周期含樹亢敷1023，1040SMM） 務(wù)元寬度碼元寬度293.05m 調(diào)制“波-調(diào)制裁波L111、 L2j LI C7AC& P<«-ie-1S7S.42163I0.BMHlMHzMHZUPCode-1227.601023MHxMHz|-I（3）衛(wèi)星導(dǎo)航電文：導(dǎo)航電文是由GPS衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間的運(yùn)行 凱道、衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)及衛(wèi)星的工作狀 態(tài)等信息的二進(jìn)制代碼，也稱數(shù)據(jù)碼。作用：向用戶提供衛(wèi)星軌道參數(shù)，衛(wèi)星鐘參數(shù)，衛(wèi)星狀態(tài)信息及電離層改 正等信息。組成結(jié)構(gòu)：1幀含5個子幀，一個子幀含10個字，一字含30bit；每字子

15、 播發(fā)時間0.6秒，子幀4、5含25頁。用戶花750s接收到一 組完整的導(dǎo)航電文。每30s第4和第5子幀翻轉(zhuǎn)1頁，前三個 子幀則重復(fù)原來的內(nèi)容。第123子幀中的內(nèi)容每小時更換1 次，第4、5子幀的內(nèi)容要等地而站輸入新的歷書后才更換。遙測字：每一子幀的第1個字：用作捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)。交接字：每一子幀的第2個字：主要內(nèi)容：Z計數(shù)，每子幀給一個計數(shù)，表 示時間。3、衛(wèi)星信號的調(diào)制：二進(jìn)制相位調(diào)制法第一步：首先將導(dǎo)航電文調(diào)制在測距碼上。（由于導(dǎo)航電文和測距碼都是二進(jìn)制，調(diào)制 時采用模二和的辦法。）第二步：然后將組合碼調(diào)制到載波上。載波調(diào)制的一般方法：如果調(diào)制前載波為：Acos（由+ %）調(diào)幅：振幅A

16、隨調(diào)制信號的變化而變化調(diào)頻：載波頻率/（角頻率 （，）隨調(diào)制信號的變化而變化調(diào)相：相位（函+德）隨調(diào)制信號的變化而變化4、二體問題及衛(wèi)星無攝軌道參數(shù)研究兩個質(zhì)點(diǎn)在萬有引力作用下的相對運(yùn)動問題，在天體力學(xué)中稱為二體問題 在攝動力的作用下，衛(wèi)星的運(yùn)動稱為受攝運(yùn)動，相應(yīng)的衛(wèi)星軌道稱為受攝軌道 攝動力包括地球中心引力、地球非球性及質(zhì)量分布不均、太陽和月亮的引力、太陽 輻射壓力、大氣阻力、地球潮汐作用力、磁力衛(wèi)星無攝軌道根數(shù)：描述軌道橢圓形狀-a：橢圓長半軸b：橢圓短半軸描述軌道平面-0：升交點(diǎn)赤經(jīng)i：軌道傾角描述軌道橢圓方面-w：近地點(diǎn)角距確定衛(wèi)星瞬時位置-f：衛(wèi)星真近點(diǎn)角GPS衛(wèi)星位置的計算（1）根

17、據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置思路：1）首先計算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；2）然后將上述坐標(biāo)分別繞x軸旋轉(zhuǎn)，角、繞z軸旋轉(zhuǎn)a角，求出衛(wèi)星在順時天 球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。3）將順時天球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到瞬時地球坐標(biāo)。計算過程：1）計算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度,L5片-惡為地球引力常數(shù)，在WGS84坐標(biāo)系中為3 .986004415 x 10 / s 2 o + A/i2)計算i時刻衛(wèi)星的平近點(diǎn)角 M=MO+n* (t-TOE)3)計算偏近點(diǎn)角E=M+e*sinE4)計算真近點(diǎn)角,匚3/5)計算升交距角(未經(jīng)改正的)'="+/6)計算衛(wèi)星向徑(未經(jīng)改正的)r'=o(licosE)7)計算攝動

18、改正項(xiàng)。=Q，cos(2“)+ Q sin(2“)3r = Cn - cos(2w ) + Crs - sin(2uf)& = Cic cos(2“') + Cif - siM2')8)進(jìn)行攝動改正 = "'+&r = r，+4i = in+l(t-tot)+d,9)計算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的位置x = rcosu10)計算升交點(diǎn)經(jīng)度 L L = Q(j +(2(t-TOE)-t co11)計算衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系Y =Rz(-L)Rx(-i) y(2)根據(jù)精密星歷計算衛(wèi)星位置'x-cosL-y cosi -sin Cx-sin L +

19、ycosi -cosL< ，sini )精密星歷：按一定時間間隔給出衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系下的三維位置、三維速度和鐘差。任意時刻，衛(wèi)星位置的計算原理：插值法方法：拉格朗日插值法、且貝雪夫插值法等 拉格朗日插值法:已知函數(shù)=/*)的個結(jié)點(diǎn)及其對應(yīng)的函數(shù)值，刈對于插值區(qū)間內(nèi)的任一點(diǎn)- 其函數(shù) 值為/G)= £n(4_Y 八一七)K拉格朗日多項(xiàng)式內(nèi)插法：內(nèi)插精度：采用17階多項(xiàng)式，精度可優(yōu)于5mm注意事項(xiàng)：要對某一時段的軌道內(nèi)插，精密軌道數(shù)據(jù)應(yīng)該完全覆蓋該時段，最好 前后有9個歷元的延伸。下載數(shù)據(jù)時，需要觀測當(dāng)天及前后各一天的數(shù)據(jù)0第四章GPS定位中的誤差源1、GPS測量誤差的分類：與衛(wèi)星

20、有關(guān)的誤差：衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、相對論效應(yīng)與傳播途徑有關(guān)的誤差：電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差：接收機(jī)天線相位中心的偏移、接收機(jī)鐘差、接收機(jī)內(nèi)部噪聲2、消除或減弱各種誤差影響的方法：（1）模型改正法：原理和方法：對誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式。利用模型計算出誤差影響的大小，直接對觀測值進(jìn)行修正。所針對的誤差源：電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星鐘差缺點(diǎn)：有些誤差難以模型化（2）求差法：原理和方法：誤差具有較強(qiáng)的空間、時間或其它類型的相關(guān)性，通過觀測值間一定方式 的相互求差，消去或消弱觀測值中所包含的相同或相似的誤差影響。所針對的誤差源：電離層延

21、遲對流層延遲衛(wèi)星軌道誤差缺點(diǎn)：空間相關(guān)性將隨著測站間距離的增加而減弱（3）參數(shù)法：原理和方法：把誤差大小作為參數(shù)，在定位過程中求解出來。所針對的誤差源：理論上幾乎適用于任何的情況缺點(diǎn)：不能同時將所有誤差均作為參數(shù)來估計（4）回避法原理和方法：對誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解，選擇合適的觀測地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差的環(huán)境：采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響。所針對的誤差源：電磁波干擾多路徑效應(yīng)缺點(diǎn)：無法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性3、鐘誤差：（1）衛(wèi)星鐘差分類：物理同步誤差：由GPS衛(wèi)星上的衛(wèi)星鐘直接給出的時間與標(biāo)準(zhǔn)GPS時間之差。數(shù)學(xué)同步誤差：經(jīng)多項(xiàng)式改正后的衛(wèi)星鐘時間與標(biāo)準(zhǔn)GPS時間

22、之差。消除方法：模型改正：主要用于實(shí)時導(dǎo)航定位AT = 6/u +«,（/-TOC）+a2（t-TOCj采用IGS精密衛(wèi)星鐘差：事后定位相對定位或差分定位：多臺接收機(jī)的相對或差分定位求差法消除衛(wèi)星鐘差：如果衛(wèi)星鐘差為，i ,則對兩個測站上測距的影響均為：*=c 兩個測站對同一顆衛(wèi)星的觀測值可寫為： 72=0+少相減后可得：P-P1=P-P1（2）接收機(jī)鐘差定義：接收機(jī)鐘與理想的GPS時之間存在的偏差和漂移。應(yīng)對方法：作為未知數(shù)處理：相對定位或差分定位求差法消除接收機(jī)鐘差原理同求差法消除衛(wèi)星鐘差。4、衛(wèi)星星歷誤差：（1）定義：由星歷所給出的衛(wèi)星在空間中的位置與其實(shí)際位置之差。（2）星歷

23、類型：廣播星歷：由GPS的地面控制部分所確定和提供的，經(jīng)GPS衛(wèi)星向全球 所有用戶公開播發(fā)的一種預(yù)報星歷。精密星歷：為滿足大地測量、地球動力學(xué)研究等精密應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研 制生產(chǎn)的一種高精度的事后星歷。（3）消除或削弱星歷誤差的方法：采用精密星歷采用相對定位或差分定位。5、電離層延遲：在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，將電離層部分大氣對信號的影響稱為電離層延遲在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，將對流層部分大氣對信號的影響統(tǒng)稱為對流層延遲（1）大氣折射：信號在穿過大氣時，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱大氣 延遲。色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同。非色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同。

24、對GPS信號來說，電離層是色散介質(zhì)，對流層是非色散介質(zhì)。（2）常用電離層延遲改正方法：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼悍椒ǎ焊鶕?jù)以往觀測結(jié)果所建立的模型改正效果：較差雙頻改正：方法：利用雙頻觀測值直接計算出延遲改正或組成無電離層延遲的組合 觀測量效果：改正效果最好實(shí)測模型改正：方法：利用實(shí)際觀測所得到的離散的電離層延遲（或電子含量）， 建立模型（如內(nèi)插）。效果：改正效果較好6、對流層延遲：（模型改正、相對定位或差分定位）（1）對流層延遲大?。喝魧α鲗又心程幍拇髿庹凵湎禂?shù)為n,則電磁波在該處的傳播 速度為： v = £n（2）氣象元素：干溫、濕溫、氣壓；干溫、相對濕度、氣壓 測定方法：通風(fēng)干濕溫度表：空

25、盒氣壓表：自動化的電子儀器7、多路徑誤差：多路徑誤差：在GPS測量中，被測站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號（反射波）被接收 機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測 值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。多路徑效應(yīng)：由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。多路徑誤差的特點(diǎn)：與測站環(huán)境有關(guān)：與反射體性質(zhì)有關(guān)：與接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān) 應(yīng)對多路徑誤差的方法：1）選擇合適的測站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境2）采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圖的天線抗多路徑的接收機(jī)：特定技術(shù)等3）延長觀測時間4）數(shù)據(jù)處理上：加權(quán)；參數(shù)法；濾波法；信號分析法8、其他誤

26、差改正地球自轉(zhuǎn)改正地球固體潮改正接收機(jī)的位置誤差天線相位中心偏差9、相對論效應(yīng)：（調(diào)低頻率、頻率改正）狹義相對論效應(yīng)：鐘的頻率與其運(yùn)動速度有關(guān)。在狹義相對論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的 頻率將變慢.廣義相對論效應(yīng)：鐘的頻率與其所處的引力位有關(guān)。在廣義相對論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上 鐘的頻率將變快。解決相對論效應(yīng)對衛(wèi)星鐘影響的方法：首先假定衛(wèi)星軌道為圓軌道的情況，在地而上將要搭載到衛(wèi)星上去的鐘的頻率調(diào)低；然 后考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌道的情況在t時刻，衛(wèi)星鐘讀數(shù)加上&，或?qū)τ^測距離加上少o 10、總結(jié)：衛(wèi)星鐘差模型改正、相對定位或差分定位接收機(jī)鐘差作為未知數(shù)、相對定位或差分定位相對論效應(yīng)調(diào)低頻率、頻率改

27、正衛(wèi)星星歷誤差精密星歷、相對定位或差分定位電離層延遲模型改正、相對定位或差分定位對流層延遲模型改正、相對定位或差分定位多路徑誤差避開、數(shù)據(jù)處理川u-模型改正：衛(wèi)星鐘差、電離層延遲、對流層延遲求差法：衛(wèi)星種差、接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星星歷誤差、電離層延遲、對流層延遲參數(shù)法：幾乎適用于所有情況回避法：電磁波干擾、多路徑效應(yīng)第五章距離測量與GPS定位§5.1利用測距碼測定衛(wèi)地距1、測距碼測偽距：假設(shè)衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均無誤差，都能與標(biāo)準(zhǔn)的GPS時間保持嚴(yán)格同步。 在某一時刻t衛(wèi)星在衛(wèi)星鐘的控制下發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測距碼，同時，接收 機(jī)則在接收機(jī)鐘得控制下產(chǎn)生復(fù)制碼，由衛(wèi)星所產(chǎn)生的測距碼經(jīng)過At時 間的傳

28、播后到達(dá)接收機(jī)并被接收機(jī)所接收。由接收機(jī)所產(chǎn)生的復(fù)制碼則經(jīng) 過一個時間延遲器延遲時間t后與接收到的衛(wèi)星信號進(jìn)行比對。如果兩個 信號尚未對齊，就調(diào)整T直到對齊。此時則偽距P = T*C=At*C （利用相關(guān)系數(shù)判斷是否完全對齊）2、利用測距碼測定偽距的原因：易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號可提高測距精度和可靠性采用的是CDMA （碼分多址）技術(shù)便于對系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）3、GPS測量的基本觀測方程0=c = 7（xs-x）2+（ys-y）2+（z5-z）2 c-dt-c-dr-vion v1mp后四項(xiàng)分別是：接收機(jī)鐘差引起的距離誤差：衛(wèi)星鐘引起的距離誤差；電離層延遲；對流層 延遲。§ 5

29、.2載波相位測量1、載波相位測量的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：精度高，測距精度可達(dá)0.20.3mm量級難點(diǎn)：載波的重建：整周未知數(shù)問題；整周跳變問題。2、重建載波：（GPS信號采用二進(jìn)制調(diào)相法）將測距碼和導(dǎo)航電文去掉，把非連續(xù)的載波 信號恢復(fù)成連續(xù)的載波信號。方法：（1）碼相關(guān)法：當(dāng)測距碼與復(fù)制碼信號對齊后，若用復(fù)制碼再對衛(wèi)星信號進(jìn)行一次二 進(jìn)制相位調(diào)制，則可將測距碼去掉，僅留下載波和導(dǎo)航電文。接著用濾波器將它們分開。優(yōu)點(diǎn)：同時獲得載波、偽距觀測值和導(dǎo)航電文；可獲得全波長的載波； 信號的信躁比較好。缺點(diǎn)：必須知道調(diào)制碼的結(jié)構(gòu)：無法恢復(fù)L2載波。（2）平方法：將接收到的衛(wèi)星信號自乘即可去掉負(fù)號，使載波的相位保持

30、連續(xù)。優(yōu)點(diǎn)：無需知道碼的結(jié)構(gòu)；可以恢復(fù)L2載波。（非原始L2）缺點(diǎn):無法獲得偽距觀測制和導(dǎo)航電文；恢復(fù)的是半波長的載波，模糊度更難確定：信號的信躁比差：失去了導(dǎo)航電文，增加了數(shù)據(jù)處理的困難。（3）互相關(guān)法：在不同頻率的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）進(jìn)行相關(guān)處理，獲取兩個頻率間 的偽距差和相位差。優(yōu)點(diǎn)：可獲得雙頻偽距觀測值：可獲得全波長的L1和L2載波；可獲得衛(wèi)星導(dǎo)航電文。缺點(diǎn)：信躁比較差，但比平方法高。（4） Z跟蹤技術(shù)：將接收機(jī)復(fù)制的P碼在1個W碼元寬度內(nèi)與衛(wèi)星信號（Y碼）進(jìn)行相關(guān)處理。 在1個W碼元寬度內(nèi)，P碼=丫或-丫碼優(yōu)點(diǎn)：無需了解Y碼結(jié)構(gòu)，可測定雙頻偽距觀測值；可獲得衛(wèi)星導(dǎo)航電文；可獲得全波長

31、的L和L2載波：信號質(zhì)量較平方法和互相關(guān)法好。3、載波相位測量：載波相位測量原理：P=加§一£）載波相位的實(shí)際觀測值：0 = N。+ Of （+ Fr（p）（NO為整周模糊度，Int （巾）為整周計數(shù)）載波相位測量的觀測方程:夕2"yl（Xs -X）2+（Ys -Y）2+（Zs -Z）2 -N"+ CYr _c.v-s§ 5.3觀測值的線性組合1、同類型同頻率觀測值的線性組合-差分觀測值差分觀測值的定義：將相同頻率的GPS觀測值依據(jù)某種方式求差所得到的組合觀測值 （虛擬觀測值）。特點(diǎn)：可以消去某些不重要的參數(shù)，或?qū)⒛承Υ_定待定參數(shù)有較大負(fù)面影

32、響 的因素消去或消弱其影響。分類：按差分方式可分為：站間差分；星間差分；歷元間差分 按差分次數(shù)可分為：一次差；二次差；三次差站間差分：同步觀測值在接收機(jī)間求差特點(diǎn)：消除了衛(wèi)星鐘差的影響削弱了電離層折射的影響削弱了對流層折射的影響削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響星間差分：同步觀測值在衛(wèi)星間求差特點(diǎn)：消除了接收機(jī)鐘差的影響歷元間差分：觀測值在歷元間求差特點(diǎn)：消去了整周未知數(shù)；削弱了衛(wèi)星鐘差的影響單差:雙差:三差:站間一次差分站間、星間各求一次差（共兩次差）站間、星間和歷元間各求一次差（三次差）采用差分觀測值的缺陷：數(shù)據(jù)利用率低,只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分引入基線矢量替代了位置矢量差分觀測值間具有了相關(guān)性，使

33、處理問題復(fù)雜化某些參數(shù)差分觀測值中被消除無法求出2、同類型不同頻率觀測值的線性組合兩個不同頻率的載波（LI, L2）相位觀測值間線性組合的一般形式：（0 r n由于：外, ？=.%+相所以：= ,拉 fl + m.X,于2 =及,于1 + m人）組合標(biāo)準(zhǔn)：盡量保證組合后觀測值模糊度的整數(shù)特性組合后觀測值具有適當(dāng)?shù)牟ㄩL組合后觀測值不受或基本不受電離層折射的影響組合觀測值應(yīng)具有較小的測量噪聲§5.4周跳的探測與修復(fù)1、整周跳變：如果在觀測過程接收機(jī)保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤，則整周模糊度NO將保 持不變，整周計數(shù)也將保持連續(xù)，但當(dāng)由于某種原因使接收機(jī)無法保持對衛(wèi)星 信號的連續(xù)跟蹤時，在衛(wèi)星

34、信號重新被鎖定后，不會與前面的值保持連續(xù)，這 一現(xiàn)象稱為整周跳變。2、產(chǎn)生周跳的原因：信號被遮擋，導(dǎo)致衛(wèi)星信號無法被跟蹤；儀器故障，導(dǎo)致差頻信號無法產(chǎn)生：衛(wèi)星信號信噪比過低，導(dǎo)致整周計數(shù)錯誤：接收機(jī)在高速動態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行觀測，導(dǎo)致接收機(jī)無法正確跟蹤衛(wèi)星信號 衛(wèi)星瞬時故障，無法產(chǎn)生信號。3、周跳的特點(diǎn)：只影響整周計數(shù)一周跳為波長的整數(shù)倍將影響從周跳發(fā)生時刻（歷元）之后的所有觀測值4、周跳的探測、修復(fù)方法：屏幕掃描法：人工在屏幕上觀察觀測值曲線的變化是否連續(xù)。特點(diǎn)：費(fèi)時、只能發(fā)現(xiàn)大周跳。由于原始的載波觀測值變化很快，通常觀察的是某種觀測值的組合，如：高次差法：原理：（1）由于衛(wèi)星和接收機(jī)間的距離在

35、不斷變化，因而載波相位測量的觀測值 NO+Int（4） +Fr（4）也隨時間在不斷變化。（2）但這種變化應(yīng)是有規(guī)律的，平滑的。周跳將破壞這種規(guī)律性。（3）對于GPS衛(wèi)星而言，當(dāng)求至四次差時，其值已趨向于零。殘留的四次 差主要是由接收機(jī)的鐘誤差等因素引起的。問題：1）接收機(jī)鐘差對此方法有效性的影響2）即使發(fā)現(xiàn)相位觀測值中存在數(shù)周的不規(guī)則變化，也很難判斷是否存在周跳。3）克服接收機(jī)鐘差影響的方法一衛(wèi)星間求差4）所以雙差觀測值被廣泛采用。多項(xiàng)式擬合法：應(yīng)用特點(diǎn)：（1）由于四次差或五次差一般巳呈偶然誤差特性，無法再用函數(shù)來加 以擬合，所以用多項(xiàng)式擬合時通常也只需取至4-5階即可。（2）觀測值可以是真正

36、的（非差）相位觀測值，也可以是經(jīng)線性組合 后的虛擬觀測值：單差觀測值和雙差觀測值。§ 5.5整周模糊度的確定1、靜態(tài)相對定位中常用的幾種方法待定參數(shù)法-經(jīng)典方法：1）取整法2）置信區(qū)間法：Ni為模糊度的實(shí)數(shù)解，mi為該參數(shù)的中誤差, 置信區(qū)間為Ni - b - mi > Ni+ b mib=Xt（f,a/2）,根據(jù)自由度f和置信水平（I-。），從t分布的數(shù)值表中查取。當(dāng)整周模糊度參數(shù)取整數(shù)時所求得的基線向量稱為整數(shù)解（固定解）：當(dāng)模糊度參數(shù) 為實(shí)數(shù)時所求得的基線向量稱為實(shí)數(shù)解（浮點(diǎn)解）。確定整數(shù)解的步驟：1）求初始解：確定基線向量的實(shí)數(shù)解和整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解2）將整周模糊度固定

37、為整數(shù)3）求固定解2、快速定位中常用的方法快速定位:走走停停（Stop and Go）：快速靜態(tài)確定整周未知數(shù)的方法：已知基線法：將已修復(fù)周跳、剔除粗差后的雙差載波相位觀測值組成法方程式，然 后將已知的基線向量代入法方程式并求解模糊度參數(shù)，最后再用取整 法或置信區(qū)間法將求得的實(shí)數(shù)模糊度固定為整數(shù)。交換天線法：=） - AA唱A嘴（。）+N嵋«2）=-回/（。）+”唱陽月/C快速模糊度解算法（FARA）：在選定的置信區(qū)間Ni-bmi , Ni+ b - mi有多 組解；滿足（舟-N）/0*' -N）= 而為最優(yōu)解。3、動態(tài)定位中常用的方法初始化法：運(yùn)動載體處于靜止?fàn)顟B(tài)時與地面基

38、準(zhǔn)站一起通過“初始化”來確定整周模糊 度，然后運(yùn)動載體開始運(yùn)動，進(jìn)行定位。實(shí)時解算模糊度的方法：1）確定搜索區(qū)域：坐標(biāo)搜索法：模糊度搜索法（2）可采用的方法：模糊度函數(shù)法：最小二乘模糊度搜索法:FARA法：快速模糊度搜索濾波法；LAMBDA法GPS測量定位方法分類按定位模式分為絕對定位（單點(diǎn)定位）、相對定位、差分定位 按定位時接收機(jī)天線的運(yùn)動狀態(tài)分為靜態(tài)定位：天線相對于地球坐標(biāo)系靜止動態(tài)定位：天線相對于地球坐標(biāo)系運(yùn)動§ 5.6 點(diǎn)定位絕對定位：指根據(jù)衛(wèi)星星歷以及單臺GPS接收機(jī)觀測值來確定測站點(diǎn)在WGS84坐標(biāo)系中絕對坐標(biāo)的方法，也稱為絕對定位。優(yōu)點(diǎn)：一臺接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單：可

39、瞬時定位缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低：應(yīng)用領(lǐng)域；低精度導(dǎo)航、 資源普查、軍事實(shí)質(zhì)：空間距離后方交會要同時確定測站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差必須同時觀測四顆或四顆以上衛(wèi)星:GPS單點(diǎn)定位求解測站坐標(biāo)一般需要迭代計算。2、GPS單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會觀測一個站星距離是：球面觀測兩個站星距離是：圓觀測三個站星距離是：兩點(diǎn)觀測四個站星距離是：一點(diǎn)3、精密單點(diǎn)定位特點(diǎn)：主要采用載波相位觀測值采用精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差數(shù)據(jù)采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型定位精度：厘米級用途：全球高精度測量、衛(wèi)星定軌如果某個歷元觀測了顆衛(wèi)星則誤差方程個數(shù)為：未知數(shù)個數(shù)為：（4+）靜態(tài)情況下A個歷元里，每歷元均觀測了顆相同的衛(wèi)星誤差方程個數(shù)為：AX 未知數(shù)個數(shù)為：3+k+nkXn> 3+k+n）GPS單點(diǎn)定位的求解:P = «X，X）2 +（yS y）2 +（， y）2 +C-dt-CdT + 鼠萬：偽距觀測值 （xs,ys,z，j：衛(wèi)星坐標(biāo) （x,y,z）：測站坐標(biāo) 刈：接收機(jī)鐘差 dT:衛(wèi)星鐘差，加心：大氣引起的誤差已知：衛(wèi)星坐標(biāo)（x=ys,zs）衛(wèi)星鐘差誤差dT大氣誤差3aM求：測站坐標(biāo)（x,y,z）接收機(jī)鐘差以2、DOP值與定位精度：叫、“ =U