信息與通信衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)PVT基本工作原理V2課件

ntsPVT基本原理廖炳瑜tidings@126.com2011.12.15ntsPVT基本原理廖炳瑜tidings@126.c提綱一、基本定位原理二、坐標(biāo)系三、時(shí)間系統(tǒng)四、衛(wèi)星軌道五、測(cè)量解算原理六、PVT解算的可靠性七、UM220中的PVT解算提綱一、基本定位原理一、基本定位原理位置P速度V時(shí)間T一、基本定位原理位置P一、基本定位原理二維定位霧號(hào)角1R1單一信號(hào)源測(cè)距兩個(gè)信號(hào)源測(cè)距產(chǎn)生位置多值性霧號(hào)角1R1霧號(hào)角2R2??用附加測(cè)量消除位置多值性霧號(hào)角3R3霧號(hào)角1R1霧號(hào)角2R2?一、基本定位原理二維定位霧號(hào)角1R1單一信號(hào)源測(cè)距兩個(gè)信號(hào)源一、基本定位原理三維定位衛(wèi)星1S1衛(wèi)星1S1衛(wèi)星2S2用戶位置在球面上用戶位置兩球相交的圓周上衛(wèi)星1S1衛(wèi)星2S2衛(wèi)星3S3??用戶位于圓周兩點(diǎn)之一上衛(wèi)星3相交的圓一、基本定位原理三維定位衛(wèi)星1S1衛(wèi)星1S1衛(wèi)星2S2用戶位一、基本定位原理定位的基本任務(wù)：確定物體在空間中的位置、姿態(tài)及其運(yùn)動(dòng)軌跡。而對(duì)這些特征的描述都是建立在某一個(gè)特定的空間框架和時(shí)間框架之上的。所謂空間框架就是我們常說(shuō)的坐標(biāo)系統(tǒng)，而時(shí)間框架就是我們常說(shuō)的時(shí)間系統(tǒng)。坐標(biāo)系統(tǒng)、時(shí)間系統(tǒng)、參考點(diǎn)系統(tǒng)（衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）測(cè)量與解算（導(dǎo)航測(cè)量與解算）一、基本定位原理定位的基本任務(wù)：二、坐標(biāo)系所謂坐標(biāo)系指的是描述空間位置的表達(dá)形式，即采用什么方法來(lái)表示空間位置。為了描述空間位置，采用了多種方法，從而也產(chǎn)生了不同的坐標(biāo)系。常用的坐標(biāo)系有以下幾類：空固坐標(biāo)系、地固坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系、參心坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系、球面坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系瞬時(shí)坐標(biāo)系、協(xié)議坐標(biāo)系二維坐標(biāo)系、三維坐標(biāo)系二、坐標(biāo)系所謂坐標(biāo)系指的是描述空間位置的表達(dá)形式二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系天球：以地心為球心，以任意長(zhǎng)為半徑的球面天軸：地球旋轉(zhuǎn)軸天極：天軸與天球面的交點(diǎn)天球赤道面：過(guò)球心且與天軸垂直的平面黃道面：地球公轉(zhuǎn)軌道所在平面，與赤道面夾角為23.5春分點(diǎn)：太陽(yáng)從南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與赤道的交點(diǎn)二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系天球：以地心為球心，以任意長(zhǎng)二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系原點(diǎn)：地球質(zhì)量中心Z軸：指向北天極PnX軸：指向春分點(diǎn)Y軸：與X、Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系原點(diǎn)：地球質(zhì)量中心赤經(jīng)α：天體子午面與春分點(diǎn)子午面的夾角赤緯δ：天體與地心連線和天球赤道面的夾角向徑r：天體到地心的距離二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系日月對(duì)地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋轉(zhuǎn)軸在空間的指向發(fā)生移動(dòng)。歲差：假定月球軌道固定，北天極沿圓形軌道繞北黃極的運(yùn)動(dòng)叫歲差，春分點(diǎn)每年西移50.2″，周期約為25800年。章動(dòng)：由月球軌道變化引起的北天極沿橢圓形軌道運(yùn)動(dòng)叫章動(dòng)，橢圓長(zhǎng)半徑約為9.2″，18.6年一周期。平北天極：不考慮章動(dòng)的北天極；平春分點(diǎn)。瞬時(shí)北天極：繞平北天極18.6年轉(zhuǎn)一周；真春分點(diǎn)。二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系日月對(duì)地球赤道隆起部分的引力二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：z軸指向瞬時(shí)北天極，x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)）。平天球坐標(biāo)系：z軸指向平北天極，x軸指向平春分點(diǎn)。協(xié)議天球坐標(biāo)系

1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天極為協(xié)議北天極，z軸指向協(xié)議北天極的天球坐標(biāo)系稱為協(xié)議天球坐標(biāo)系，x軸指向協(xié)議春分點(diǎn)。二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：z軸指向瞬時(shí)二、坐標(biāo)系------地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系：空間直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系。日月對(duì)地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋轉(zhuǎn)軸在空間的指向發(fā)生移動(dòng)，即歲差和章動(dòng)。地球內(nèi)部質(zhì)量不均勻，使得地球旋轉(zhuǎn)軸在地球體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱極移。協(xié)議地球坐標(biāo)系 Z軸指向1900~1905年平均地球北極或其它國(guó)際協(xié)定的地球北極二、坐標(biāo)系------地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系：空間直角坐標(biāo)系和二、坐標(biāo)系------地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換衛(wèi)星位置用天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)表示，而測(cè)站點(diǎn)位置用地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)表示，要用衛(wèi)星坐標(biāo)求測(cè)站坐標(biāo)，需將天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)。

協(xié)議天球坐標(biāo)系——平天球坐標(biāo)系——瞬時(shí)天球坐標(biāo)系——瞬時(shí)地球坐標(biāo)系——協(xié)議地球坐標(biāo)系。二、坐標(biāo)系------地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換二、坐標(biāo)系------各坐標(biāo)基準(zhǔn)參數(shù)GPSWGS84大地坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.10定義的協(xié)議地球極(CTP)方向,X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn),Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。GLONASSPE90大地坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心,Z軸指向IERS推薦的協(xié)議地球極(CTP)方向,即1900—1905年的平均北極,X軸指向地球赤道與BIH定義的零子午線交點(diǎn),Y軸滿足右手坐標(biāo)系。GALILEOITRF96大地坐標(biāo)系：

原點(diǎn)位于地球質(zhì)心,Z軸指向IERS推薦的協(xié)議地球原點(diǎn)(CTP)方向,X軸指向地球赤道與BIH定義的零子午線交點(diǎn),Y軸滿足右手坐標(biāo)系。BD2CGCS2000大地坐標(biāo)系：和國(guó)際通用地面參考系(ITRS)原則上保持一致，參考于ITRF97,歷元為2000.0，2008年7月1日開(kāi)始使用。二、坐標(biāo)系------各坐標(biāo)基準(zhǔn)參數(shù)GPSWGS84大地坐二、坐標(biāo)系------各坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換二、坐標(biāo)系------各坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換三、時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間的意義確定衛(wèi)星的在軌位置；確定測(cè)站位置；確定地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的關(guān)系。時(shí)間包括時(shí)刻（絕對(duì)時(shí)間）與時(shí)間間隔（相對(duì)時(shí)間）兩個(gè)概念。測(cè)量時(shí)間同樣需要建立測(cè)量基準(zhǔn)，包括尺度與原點(diǎn)。可作為時(shí)間基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象必須是周期性的，且其周期應(yīng)有復(fù)現(xiàn)性和足夠的穩(wěn)定性。三、時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間的意義三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)恒星時(shí) 以春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午線的時(shí)間間隔為一恒星日，含24恒星小時(shí)。分真春分點(diǎn)地方時(shí)、真春分點(diǎn)格林威治時(shí)、平春分點(diǎn)地方時(shí)、平春分點(diǎn)格林威治時(shí)四種。平太陽(yáng)時(shí) 以平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午線的時(shí)間間隔為一平太陽(yáng)日，含24平太陽(yáng)小時(shí)。三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)恒星時(shí)三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)世界時(shí)以子夜為零時(shí)起算的格林威治平太陽(yáng)時(shí)，用UT0表示。與平太陽(yáng)時(shí)相差12小時(shí)， 即UT0=GAMT+12h

平太陽(yáng)時(shí)和世界時(shí)均以地球自轉(zhuǎn)為參照，而地球自轉(zhuǎn)速度是變化的，包括極移、自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性變化和逐年變慢等。1956年引入極移改正和自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性變化改正：UT1=UT0+ΔλUT2=UT1+ΔTS

加逐年變慢改正。三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)世界時(shí)三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)原子時(shí)（TAI）以銫原子基態(tài)兩超精細(xì)能級(jí)的輻射躍遷定義時(shí)間尺度，以1958年1月1日零時(shí)的世界時(shí)減去0.0039秒為原點(diǎn)。原子鐘精度極高，目前使用的氫鐘精度可達(dá)10E-16。協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC） 協(xié)調(diào)世界時(shí)秒長(zhǎng)嚴(yán)格等于原子時(shí)的秒長(zhǎng)，采用潤(rùn)秒方法盡量與世界時(shí)在時(shí)刻上接近。當(dāng)協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的差超0.9秒時(shí)，引入潤(rùn)秒，一般在12月31日或6月30日加入。具體日期由國(guó)際時(shí)間局安排并通知。目前所有國(guó)家發(fā)布的時(shí)間都以UTC為基準(zhǔn)，同步精度小于0.2ms?？紤]其他誤差，在同一平臺(tái)接收世界各國(guó)的時(shí)間，互差不超1ms。 三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)原子時(shí)（TAI）三、時(shí)間系統(tǒng)------各導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間GPS時(shí)尺度是原子時(shí)秒長(zhǎng)，原點(diǎn)取1980年1月6日零時(shí)的協(xié)調(diào)世界時(shí)。不潤(rùn)秒。故與協(xié)調(diào)世界時(shí)時(shí)間差逐年增大。北斗時(shí)(BDT)溯源到協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(NTSC),與UTC的時(shí)間偏差小于100ns。BDT的起算歷元時(shí)間是2006年1月1日零時(shí)零分零秒。系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)和發(fā)播BDT與GPST、GST、GLONASST及GST的時(shí)差。GLONASS時(shí)間系統(tǒng)采用原子時(shí)ATI秒長(zhǎng)作為時(shí)間基準(zhǔn),是基于前蘇聯(lián)莫斯科的協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(SU),采用的UTC時(shí)并含有跳秒改正

。GALILEO時(shí)間系統(tǒng)(GST)是一個(gè)連續(xù)的時(shí)標(biāo),與國(guó)際原子時(shí)(TAI)保持偏差小于33ns,GST和TAI的偏差,GST和UTC時(shí)間的偏差應(yīng)當(dāng)通過(guò)各種服務(wù)的空間信號(hào)廣播給用戶。

三、時(shí)間系統(tǒng)------各導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間GPS時(shí)尺度是原子時(shí)秒三、時(shí)間系統(tǒng)------各系統(tǒng)時(shí)間關(guān)系三、時(shí)間系統(tǒng)------各系統(tǒng)時(shí)間關(guān)系四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)衛(wèi)星運(yùn)行的軌跡和趨勢(shì)稱為衛(wèi)星運(yùn)行軌道。衛(wèi)星視使用目的和發(fā)射條件不同，可能有不同高度和不同形狀的軌道，但它們有一個(gè)共同點(diǎn)，就是它們的軌道位置都在通過(guò)地球垂心的一個(gè)平面內(nèi)。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)所在的平面叫軌道面。衛(wèi)星軌道可以是圓形或橢圓形。但不論軌道形狀如何，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)總是服從萬(wàn)有引力定律的。為了推導(dǎo)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，先做如下假設(shè)衛(wèi)星被視為點(diǎn)質(zhì)量物體；地球是一個(gè)理想的球體，質(zhì)量均勻；衛(wèi)星僅僅受地球引力場(chǎng)的作用，忽略太陽(yáng)、月球和其它行星的引力作用。四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)衛(wèi)星運(yùn)行的軌跡和趨勢(shì)稱為衛(wèi)星四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第一定律(橢圓定律)：衛(wèi)星以地心為一個(gè)焦點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星地心O近地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第一定律(橢圓定律)：四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第二定律(面積定律)：衛(wèi)星與地心的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。DCBA四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第二定律(面積定律)四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第三定律（調(diào)和定律）：衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期的平方與軌道半長(zhǎng)軸的3次方成正比。四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第三定律（調(diào)和定律）：四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)XYZONfriW軌道面赤道面四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)XYZONfriW軌道面四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)序號(hào)根數(shù)名稱符號(hào)定義作用1軌道傾角i軌道平面與赤道平面的夾角一起決定軌道平面的位置2升焦點(diǎn)赤經(jīng)節(jié)線ON與X軸的夾角和i一起決定軌道平面的位置3軌道半長(zhǎng)軸a橢圓的半長(zhǎng)軸決定軌道的大小4偏心率e橢圓的偏心率決定軌道的形狀5近地點(diǎn)幅角近地點(diǎn)到升交點(diǎn)的角距決定軌道在軌道平面內(nèi)的方位6真近地點(diǎn)角f衛(wèi)星位置相對(duì)于近地點(diǎn)的角距決定衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)的位置四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)序號(hào)根數(shù)名稱符號(hào)定義作用1軌四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按形狀分類橢圓軌道：偏心率不等于0的衛(wèi)星軌道，衛(wèi)星在軌道上做非勻速運(yùn)動(dòng)，適合高緯度地區(qū)通信圓軌道：具有相對(duì)恒定的運(yùn)動(dòng)速度，可以提供較均勻的覆蓋特性，適合均勻覆蓋的衛(wèi)星系統(tǒng)四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按形狀分類四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按傾角分類（衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角，稱為衛(wèi)星軌道平面的傾角，記為i）赤道軌道。i=0，軌道面與赤道面重合；靜止通信衛(wèi)星就位于此軌道平面內(nèi)極地軌道。i=90，軌道面穿過(guò)地球南北極傾斜軌道。軌道面傾斜于赤道。根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向和地球自轉(zhuǎn)方向的差別分為順行傾斜軌道，0<i<90逆行傾斜軌道，90<i<180四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按傾角分類（衛(wèi)星軌道平面與赤[信息與通信]衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)PVT基本工作原理V2課件四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按高度分類 根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行軌道距離地面的高度h，可分為低軌道(LEO)：500km<h<2000km中軌道(MEO)：8000km<h<20000km靜止/同步軌道(GEO)/傾斜同步(IGSO)：h=35786km。高軌道(HEO)：h>20000km，橢圓軌道，遠(yuǎn)地點(diǎn)可達(dá)40000km四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按高度分類高橢圓軌道HEO高橢圓軌道四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按軌道周期分類 由于地球的自轉(zhuǎn)特性，衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)一圈后，不一定會(huì)重復(fù)前一圈的軌跡，因此可以根據(jù)星下點(diǎn)軌跡的重復(fù)特性對(duì)衛(wèi)星軌道分類回歸/準(zhǔn)回歸軌道衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡在M個(gè)恒星日，繞地球旋轉(zhuǎn)N圈后重復(fù)的軌道M,N為整數(shù)，M=1為回歸軌道，M>1為準(zhǔn)回歸軌道。軌道周期為M/N恒星日非回歸軌道四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按軌道周期分類四、衛(wèi)星軌道------星座衛(wèi)星星座的定義 具有相似的類型和功能的多顆衛(wèi)星，分布在相似的或互補(bǔ)的軌道上，在共享控制下協(xié)同完成一定的任務(wù)；以最少數(shù)量的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)指定區(qū)域的覆蓋

衛(wèi)星星座類型極/近極軌道星座傾斜圓軌道星座(主要有Walker的Delta星座和Ballard的Rosette星座)共地面軌跡星座赤道軌道星座混合軌道星座四、衛(wèi)星軌道------星座衛(wèi)星星座的定義四、衛(wèi)星軌道------軌道誤差Fo——地球質(zhì)心引力fg——除質(zhì)心引力外的地球引力fm——月球引力fs——太陽(yáng)引力fd——大氣阻力fv——太陽(yáng)輻射壓力ft——地球潮汐附加力四、衛(wèi)星軌道------軌道誤差Fo——地球質(zhì)心引力四、衛(wèi)星軌道------典型軌道GPS 由21+3顆衛(wèi)星組成分布在6個(gè)軌道平面上軌道高度20200Km運(yùn)行周期11小時(shí)58分Glonass 由24顆衛(wèi)星組成，分布在3個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道面有8顆衛(wèi)星軌道高度19100Km，運(yùn)行周期11小時(shí)15分Galileo 由30顆衛(wèi)星組成，分布在3個(gè)軌道，軌道高度24126Km四、衛(wèi)星軌道------典型軌道GPS四、衛(wèi)星軌道------典型軌道BD1 2+1GEOBD2一期：5GEO+5IGSO+4MEO二期：5GEO+30非GEO四、衛(wèi)星軌道------典型軌道BD1五、測(cè)量解算原理------基本過(guò)程空間距離的量測(cè)為定位的基本1參數(shù)改正5觀測(cè)衛(wèi)星至地面點(diǎn)位的距離2利用接收衛(wèi)星星歷資料決定點(diǎn)位位置4觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星才能解算點(diǎn)位的空間距離3五、測(cè)量解算原理------基本過(guò)程空間距離的量測(cè)為定位的基五、測(cè)量解算原理------測(cè)量衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘復(fù)制的碼信號(hào)t接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)并計(jì)算得到的接收機(jī)本身按同一公式復(fù)制碼信號(hào)比較本機(jī)碼信號(hào)及到達(dá)的碼信號(hào)確定傳播延遲的時(shí)間t傳播延遲時(shí)間乘以光速就是距離觀測(cè)值=C?t五、測(cè)量解算原理------測(cè)量衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘五、測(cè)量解算原理------測(cè)量發(fā)自衛(wèi)星的電磁波信號(hào)：信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)的1/100載波波長(zhǎng)（L1=19cm,L2=24cm)比C/A碼波長(zhǎng)(C/A=293m)短得多所以，GPS測(cè)量采用載波相位觀測(cè)值可以獲得比偽距（C/A碼或P碼）定位高得多的成果精度L1載波L2載波C/A碼P-碼

p=29.3

m

L2=24

cm

C/A=293

m五、測(cè)量解算原理------測(cè)量發(fā)自衛(wèi)星信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)五、測(cè)量解算原理------誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與傳播途徑有關(guān)的誤差

與接收機(jī)有關(guān)的誤差

衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星鐘差

SA干擾誤差

電離層折射對(duì)流層折射多路徑效應(yīng)接收機(jī)鐘差接收機(jī)的位置誤差接收機(jī)天線相位中心偏差接收機(jī)跟蹤誤差五、測(cè)量解算原理------誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與傳播途徑有五、測(cè)量解算原理------方程假設(shè)衛(wèi)星至觀測(cè)站的幾何距離為ij，在忽略大氣影響的情況下可得相應(yīng)的偽距：當(dāng)衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘嚴(yán)格同步時(shí)，上式所確定的偽距即為站星幾何距離。為偽距，為真正幾何距離，為接收機(jī)和衛(wèi)星之間鐘差。五、測(cè)量解算原理------方程假設(shè)衛(wèi)星至觀測(cè)站的幾何距離為五、測(cè)量解算原理------方程通常GPS衛(wèi)星的鐘差可從衛(wèi)星發(fā)播的導(dǎo)航電文中獲得，經(jīng)鐘差改正后，各衛(wèi)星之間的時(shí)間同步差可保持在20ns以內(nèi)。如果忽略衛(wèi)星之間鐘差影響，并考慮電離層、對(duì)流層折射影響，可得：五、測(cè)量解算原理------方程通常GPS衛(wèi)星的鐘差可從衛(wèi)星五、測(cè)量解算原理------方程幾何距離與衛(wèi)星坐標(biāo)（Xs,Ys,Zs）和接收機(jī)坐標(biāo)（X,Y,Z）之間有如下關(guān)系：其中衛(wèi)星坐標(biāo)可根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得，所以式中只包含接收機(jī)坐標(biāo)三個(gè)未知數(shù)。由于電離層改正數(shù)和對(duì)流層改正數(shù)可以按照一定的模型求解出，那么如果將接收機(jī)鐘差也作為未知數(shù)，則共有四個(gè)未知數(shù)。因此，接收機(jī)必須同時(shí)至少測(cè)定四顆衛(wèi)星的距離才能解算出接收機(jī)的三維坐標(biāo)值。五、測(cè)量解算原理------方程幾何距離與衛(wèi)星坐標(biāo)五、測(cè)量解算原理------方程測(cè)碼偽距觀測(cè)方程的常用形式如下：式中j為衛(wèi)星數(shù)，j＝1，2，3…。 將上述方程進(jìn)行局部線性化，使用最小二乘（LSQ）就可以把接收機(jī)的位置和時(shí)間解算出來(lái)。類似地，接收機(jī)的速度和鐘漂可以通過(guò)對(duì)衛(wèi)星多普勒的測(cè)量建立方程解算出來(lái)。五、測(cè)量解算原理------方程測(cè)碼偽距觀測(cè)方程的常用形式如五、測(cè)量解算原理------總結(jié)誤差來(lái)源P碼C/A碼衛(wèi)星星歷與模型誤差鐘差與穩(wěn)定度衛(wèi)星攝動(dòng)相位不確定性其它合計(jì)4.23.01.04.23.01.0信號(hào)傳播電離層折射對(duì)流層折射多路徑效應(yīng)其它合計(jì)2.32.05.0-10.02.0-10.3接收機(jī)接收機(jī)噪聲其它合計(jì)1.00.57.5總計(jì)6.410.8-13.6五、測(cè)量解算原理------總結(jié)誤差來(lái)源P碼C/A碼衛(wèi)星星歷六、PVT解算的可靠性------概述系統(tǒng)異常：空間信號(hào)異常、信號(hào)傳播異常、接收機(jī)異常信號(hào)干擾：高斯型和譜匹配寬帶干擾、窄帶和脈沖式干擾信號(hào)互相關(guān)：22db、整kHz信號(hào)反射：有直射信號(hào)、無(wú)直射信號(hào)信號(hào)穿透：穿橋、樹(shù)葉等其他問(wèn)題：操作失誤六、PVT解算的可靠性------概述六、PVT解算的可靠性------RAIM基于最小二乘的基本模型基本方程：解算結(jié)果：狀態(tài)誤差：偽距殘差:映射矩陣：協(xié)因素陣：偽距殘差：后驗(yàn)誤差：六、PVT解算的可靠性------RAIM基于最小二乘的基本六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故障檢測(cè) 正常情況下，偽距殘差較小，故較??；當(dāng)偽距中存在較大偏差時(shí)，會(huì)變大，這就是偽距誤差檢測(cè)。正常分布：無(wú)故障假設(shè)：有故障假設(shè)：檢測(cè)門限T,由給定的誤檢概率Pfa確定：六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故障檢測(cè)----單顆衛(wèi)星的巴爾達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)設(shè)：無(wú)故障假設(shè)：有故障假設(shè)：給定的誤檢概率Pfa下，每個(gè)統(tǒng)計(jì)量的誤警概率為Pfa/n，檢測(cè)門限Td可以得到,于是di>Td則表明第i衛(wèi)星有故障。bi為第i顆衛(wèi)星偽距偏差六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故障檢測(cè)----檢測(cè)完好性保證設(shè)：ARP為幾何分布可用性衡量指標(biāo)，與檢測(cè)門限相關(guān)。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故障檢測(cè)----識(shí)別完好性保證偏差非中心參數(shù)：漏檢概率Pmd則:通過(guò)和HPL的最大限值可以保證識(shí)別的完好性。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的故障檢測(cè)基本模型基本方程：QR分解：偽距殘差:方程的解：p則為奇偶空間矢量，Qp為奇偶空間矩陣。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的故障檢測(cè)與識(shí)別奇偶矢量直接反應(yīng)了觀測(cè)誤差信息，基于奇偶矢量可以直接構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。對(duì)于故障檢測(cè)和SSE等價(jià)。 對(duì)單顆衛(wèi)星初差衛(wèi)星就是特征偏差線與觀測(cè)奇偶向量p重合衛(wèi)星。ri>Tr則衛(wèi)星存在故障。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的完好性保證ri偏差均值：bi導(dǎo)致水平定位誤差：六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間與最小二乘法的比較2種算法都要求多1顆星才可進(jìn)行完整性檢測(cè)；多2顆星以上才可能辨識(shí)出故障衛(wèi)星。算法上等價(jià)；奇偶矢量檢測(cè)算法上更直觀、運(yùn)算量小。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間與最小六、PVT解算的可靠性------LSQ

最小二乘檢驗(yàn)抗差估計(jì)

抗差估計(jì)及最小二乘檢驗(yàn)LS估計(jì)殘差統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)拒絕分析修正抗差估計(jì)殘差統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)權(quán)函數(shù)分析修正六、PVT解算的可靠性------LSQ最小二乘檢驗(yàn)抗六、PVT解算的可靠性------LSQ實(shí)際觀測(cè)值一般不精確服從正態(tài)分布；實(shí)踐中統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)一般基于正態(tài)分布；殘差不能精確反映粗差情況；如果粗差存在，標(biāo)準(zhǔn)偏差可能嚴(yán)重歪曲。有時(shí)將導(dǎo)致粗差無(wú)法探測(cè)。權(quán)不變？正態(tài)分布下，LS估計(jì)是最優(yōu)估計(jì)問(wèn)題六、PVT解算的可靠性------LSQ實(shí)際觀測(cè)值一般不精確六、PVT解算的可靠性------LSQ權(quán)陣：P1、最小二乘估計(jì)參數(shù)解參數(shù)協(xié)方差矩陣驗(yàn)后方差因子六、PVT解算的可靠性------LSQ權(quán)陣：P1、最小二六、PVT解算的可靠性------LSQ為連續(xù)、凸函數(shù)。非線性2、抗差M估計(jì)極值條件抗差解比較LS解在LS準(zhǔn)則下，六、PVT解算的可靠性------LSQ為連續(xù)、凸函數(shù)。非六、PVT解算的可靠性------LSQ等價(jià)轉(zhuǎn)換等價(jià)權(quán)法方程在LS準(zhǔn)則下，六、PVT解算的可靠性------LSQ等價(jià)轉(zhuǎn)換等價(jià)權(quán)六、PVT解算的可靠性------LSQ3、抗差M估計(jì)解抗差估計(jì)解問(wèn)題等價(jià)權(quán)矩陣的元素如何求殘差？殘差的求解需要參數(shù)估計(jì)值求解參數(shù)估計(jì)值需要權(quán)矩陣六、PVT解算的可靠性------LSQ3、抗差M估計(jì)解六、PVT解算的可靠性------LSQ迭代解關(guān)鍵：函數(shù)或等價(jià)權(quán)函數(shù)六、PVT解算的可靠性------LSQ迭代解關(guān)鍵：函六、PVT解算的可靠性------LSQ

Huber函數(shù)-c-cHuber權(quán)函數(shù)分析：1、無(wú)界2、分段3、高效（含LS)六、PVT解算的可靠性------LSQHuber函數(shù)-六、PVT解算的可靠性------LSQ

Tukey函數(shù)Tukey權(quán)函數(shù)分析：有界；連續(xù)六、PVT解算的可靠性------LSQTukey函數(shù)Tu六、PVT解算的可靠性------LSQ

IGG1權(quán)函數(shù)（周江文1989）1、有界2、分段3、高效4、跳躍分析：六、PVT解算的可靠性------LSQIGG1權(quán)函數(shù)（周六、PVT解算的可靠性------LSQIGG3權(quán)函數(shù)分析：1、有界2、分段3、高效4、連續(xù)

IGG3權(quán)函數(shù)（Yang1994）六、PVT解算的可靠性------LSQIGG3權(quán)函數(shù)分析：六、PVT解算的可靠性------LSQ權(quán)函數(shù)是否發(fā)揮作用的關(guān)鍵是均方差因子方案：最小二乘估計(jì)問(wèn)題如果殘差異常，則均方差因子也大；如果均方差因子大，則大誤差的標(biāo)準(zhǔn)化殘差小；標(biāo)準(zhǔn)化殘差小則權(quán)函數(shù)不能控制異常誤差的影響。中位數(shù)法六、PVT解算的可靠性------LSQ權(quán)函數(shù)是否發(fā)揮作用的六、PVT解算的可靠性------LSQ 當(dāng)設(shè)計(jì)矩陣是病態(tài)矩陣時(shí)，用普通最小二乘法估計(jì)的效果不理想。于是提出了一些新的估計(jì)方法：嶺回歸估計(jì)法、主成分法、偏最小二乘法等等。六、PVT解算的可靠性------LSQ 當(dāng)設(shè)計(jì)矩陣是病態(tài)矩六、PVT解算的可靠性------LSQ定義：對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的線性回歸模型若可逆，則稱為的嶺回歸估計(jì)，其中，稱為嶺參數(shù)。由于已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以就是自變量的樣本相關(guān)陣。作為的估計(jì)比最小二乘估計(jì)穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)的嶺估計(jì)就是普通的最小二乘估計(jì)。六、PVT解算的可靠性------LSQ定義：對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)1是回歸參數(shù)的有偏估計(jì)。證明：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，是的有偏估計(jì)。六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)1六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)2是最小二乘估計(jì)的一個(gè)線性變換，也是的線性函數(shù)(是與無(wú)關(guān)的常數(shù))。證明：因?yàn)?/p>

因此，嶺估計(jì)是最小二乘估計(jì)的線性變換，也是的線性函數(shù)。注意：由于是通過(guò)數(shù)據(jù)確定的，因而也依賴于，因此，從本質(zhì)上說(shuō)并非的線性變換，也不是的線性函數(shù)。六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)2六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)3對(duì)任意，總有此性質(zhì)表明可看成由進(jìn)行某種向原點(diǎn)的壓縮。當(dāng)時(shí)，，即化為零向量。性質(zhì)4以MSE表示估計(jì)向量的均方誤差，則存在，使得六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)3對(duì)任意六、PVT解算的可靠性------LSQk的選擇：Hoerl-Kennard公式六、PVT解算的可靠性------LSQk的選擇：Hoer六、PVT解算的可靠性------LSQk的選擇：方差擴(kuò)大因子法方差擴(kuò)大因子度量了多重共線性的嚴(yán)重程度，當(dāng)時(shí)，模型就有嚴(yán)重的多重共線性。其中，矩陣，其對(duì)角線元素為嶺估計(jì)的方差擴(kuò)大因子。隨著的增大而減小。選擇使所有方差擴(kuò)大因子此時(shí)，嶺估計(jì)就會(huì)相對(duì)穩(wěn)定。六、PVT解算的可靠性------LSQk的選擇：方差擴(kuò)大六、PVT解算的可靠性------LSQ由殘差平方和確定嶺估計(jì)在減小均方誤差的同時(shí)增大了殘差平方和，因此要將嶺回歸的殘差平方和的增加幅度控制在一定范圍內(nèi)，即要求其中，；尋找使上式成立的最大的值。六、PVT解算的可靠性------LSQ由殘差平方和確定嶺估六、PVT解算的可靠性------KF在動(dòng)態(tài)的導(dǎo)航定位中，常用的數(shù)據(jù)處理算法是kalman濾波，它是建立在高斯白噪聲基礎(chǔ)上的。在實(shí)踐中，觀測(cè)誤差和動(dòng)力學(xué)模型往往不屬于高斯白噪聲系列，而是一定時(shí)空相關(guān)或異常特性的有色噪聲。有色噪聲的存在，嚴(yán)重影響動(dòng)態(tài)kalman濾波的精度和可靠性。 多種控制有色噪聲影響的自適應(yīng)濾波算法被提出：向量增廣濾波、有色噪聲動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)濾波、模型補(bǔ)償自適應(yīng)抗差濾波等。六、PVT解算的可靠性------KF六、PVT解算的可靠性------KF基本的kalman過(guò)程狀態(tài)方程:量測(cè)方程：狀態(tài)向量：狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：系統(tǒng)噪聲矩陣：狀態(tài)噪聲：系統(tǒng)的量測(cè)向量：系統(tǒng)量測(cè)矩陣：觀測(cè)噪聲：六、PVT解算的可靠性------KF基本的kalman過(guò)程六、PVT解算的可靠性------KF基本的kalman過(guò)程：過(guò)程噪聲方差陣：測(cè)量噪聲方差陣：狀態(tài)估計(jì)方差陣六、PVT解算的可靠性------KF基本的kalman過(guò)程六、PVT解算的可靠性------KF向量增廣濾波過(guò)程有色噪聲（白噪聲+向量）：將Wk作為系統(tǒng)狀態(tài)向量：式中：為零均值白噪聲序列，方差為測(cè)量有色噪聲（白噪聲+向量）：進(jìn)一步：六、PVT解算的可靠性------KF向量增廣濾波過(guò)程有色噪六、PVT解算的可靠性------KF向量增廣濾波令：則：于是：六、PVT解算的可靠性------KF向量增廣濾波令：六、PVT解算的可靠性------KF有色噪聲預(yù)測(cè)對(duì)有色噪聲系統(tǒng)，有：六、PVT解算的可靠性------KF有色噪聲預(yù)測(cè)對(duì)有色噪聲六、PVT解算的可靠性------KF有色噪聲預(yù)測(cè)r、R、q、Q的估計(jì)：六、PVT解算的可靠性------KF有色噪聲預(yù)測(cè)r、R、q六、PVT解算的可靠性------KF有色噪聲預(yù)測(cè)遞推形式為：六、PVT解算的可靠性------KF有色噪聲預(yù)測(cè)遞推形式為六、PVT解算的可靠性------KF有色噪聲預(yù)測(cè)最終的算法流程為：六、PVT解算的可靠性------KF有色噪聲預(yù)測(cè)最終的算法六、PVT解算的可靠性------KF模型補(bǔ)償自適應(yīng)抗差濾波 自適應(yīng)抗差濾波將有色觀測(cè)噪聲作為異常誤差，有色狀態(tài)噪聲作為動(dòng)態(tài)擾動(dòng)，通過(guò)觀測(cè)值等價(jià)權(quán)和自適應(yīng)因子來(lái)同時(shí)控制有色觀測(cè)噪聲和有色狀態(tài)噪聲對(duì)系統(tǒng)參數(shù)估值的影響。 自適應(yīng)抗差不需要分析有色噪聲的變化特性，而是從算法上對(duì)有色噪聲進(jìn)行整體控制，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性。不過(guò)，當(dāng)觀測(cè)信息太少或者不可靠時(shí)，將無(wú)法獲得可靠的單歷元抗差解，從而導(dǎo)致基于單歷元抗差求得的自適應(yīng)因子出現(xiàn)偏差，最終可能使得自適應(yīng)抗差濾波在個(gè)別歷元出現(xiàn)異常。需要和別的算法配合使用，保證最終結(jié)果的可靠性。六、PVT解算的可靠性------KF模型補(bǔ)償自適應(yīng)抗差濾波六、PVT解算的可靠性------KF模型補(bǔ)償自適應(yīng)抗差濾波對(duì)有色觀測(cè)噪聲，采用等價(jià)權(quán)抗差，調(diào)整觀測(cè)噪聲協(xié)方差陣；對(duì)有色狀態(tài)噪聲，調(diào)整狀態(tài)協(xié)方差陣：其中，C0=1.0～1.5，C1=3.0～4.5，ratio為： 抗差的解算過(guò)程中，因?yàn)橛玫胶篁?yàn)觀測(cè)向量誤差以及狀態(tài)向量修正值，需要進(jìn)行迭代計(jì)算至收斂。六、PVT解算的可靠性------KF模型補(bǔ)償自適應(yīng)抗差濾波七、UM220PVT解算過(guò)程七、UM220PVT解算過(guò)程七、UM220PVT解算過(guò)程多系統(tǒng)坐標(biāo)處理各系統(tǒng)之間坐標(biāo)系有差異（各坐標(biāo)系之間的差在厘米量級(jí)），根據(jù)最終結(jié)果對(duì)精度的要求進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換或忽略。多系統(tǒng)時(shí)間處理將每個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間作為獨(dú)立的量進(jìn)行處理，需要增加觀測(cè)量，靈活性好從電文中獲得各系統(tǒng)直接的時(shí)間差，不需要增加觀測(cè)量用已知的系統(tǒng)時(shí)差進(jìn)行鎖定（匹配性不好，不推薦）七、UM220PVT解算過(guò)程多系統(tǒng)坐標(biāo)處理七、UM220PVT解算過(guò)程FrameProcess基本的FrameSync基于時(shí)間的FastFrameSync基于其他參考衛(wèi)星FastFrameSync星歷、歷書(shū)的處理對(duì)GPS基于paritycheck，按WORD接收，進(jìn)行拼幀對(duì)前后接收到的完整星歷、歷書(shū)進(jìn)行一致檢查七、UM220PVT解算過(guò)程FrameProcess七、UM220PVT解算過(guò)程RAIM采用基于LSQ的RAIM算法進(jìn)行，主要因?yàn)樾枰肔SQ的關(guān)于衛(wèi)星組成DOP值變化情況的中間計(jì)算結(jié)果CombineFilter超過(guò)絕對(duì)門限，剔除剩下衛(wèi)星按相互比例關(guān)系確定剔除權(quán)值，并進(jìn)行累加根據(jù)系統(tǒng)數(shù)、衛(wèi)星數(shù)確定相對(duì)剔除門限根據(jù)相對(duì)剔除門限及累加權(quán)值，進(jìn)行最后的選星七、UM220PVT解算過(guò)程RAIM七、UM220PVT解算過(guò)程LSQ采用等價(jià)權(quán)(IGG3函數(shù))原則進(jìn)行抗差；采用嶺估計(jì)形式防止衛(wèi)星構(gòu)型病態(tài)對(duì)解算的影響；對(duì)Kalman的解算進(jìn)行初始化和檢驗(yàn)。七、UM220PVT解算過(guò)程LSQ七、UM220PVT解算過(guò)程

Kalman對(duì)觀測(cè)噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)；進(jìn)行自適應(yīng)抗差處理，調(diào)整P陣和R陣；采用序貫Kalman提高計(jì)算效率，降低數(shù)值計(jì)算損失；停止、靜態(tài)授時(shí)、靜態(tài)、隨機(jī)游走、車行、高動(dòng)態(tài)P陣的正定性檢測(cè)、異常值檢測(cè)約束：星少時(shí)約束高方向的位置和速度的變化七、UM220PVT解算過(guò)程 Kalman對(duì)觀測(cè)噪聲進(jìn)行預(yù)七、UM220PVT解算過(guò)程其他有關(guān)問(wèn)題2D定位利用5星進(jìn)行快速啟動(dòng)，只需要bitsync，實(shí)現(xiàn)1s的熱啟動(dòng)七、UM220PVT解算過(guò)程其他有關(guān)問(wèn)題[信息與通信]衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)PVT基本工作原理V2課件謝謝！

謝謝！ ntsPVT基本原理廖炳瑜tidings@126.com2011.12.15ntsPVT基本原理廖炳瑜tidings@126.c提綱一、基本定位原理二、坐標(biāo)系三、時(shí)間系統(tǒng)四、衛(wèi)星軌道五、測(cè)量解算原理六、PVT解算的可靠性七、UM220中的PVT解算提綱一、基本定位原理一、基本定位原理位置P速度V時(shí)間T一、基本定位原理位置P一、基本定位原理二維定位霧號(hào)角1R1單一信號(hào)源測(cè)距兩個(gè)信號(hào)源測(cè)距產(chǎn)生位置多值性霧號(hào)角1R1霧號(hào)角2R2??用附加測(cè)量消除位置多值性霧號(hào)角3R3霧號(hào)角1R1霧號(hào)角2R2?一、基本定位原理二維定位霧號(hào)角1R1單一信號(hào)源測(cè)距兩個(gè)信號(hào)源一、基本定位原理三維定位衛(wèi)星1S1衛(wèi)星1S1衛(wèi)星2S2用戶位置在球面上用戶位置兩球相交的圓周上衛(wèi)星1S1衛(wèi)星2S2衛(wèi)星3S3??用戶位于圓周兩點(diǎn)之一上衛(wèi)星3相交的圓一、基本定位原理三維定位衛(wèi)星1S1衛(wèi)星1S1衛(wèi)星2S2用戶位一、基本定位原理定位的基本任務(wù)：確定物體在空間中的位置、姿態(tài)及其運(yùn)動(dòng)軌跡。而對(duì)這些特征的描述都是建立在某一個(gè)特定的空間框架和時(shí)間框架之上的。所謂空間框架就是我們常說(shuō)的坐標(biāo)系統(tǒng)，而時(shí)間框架就是我們常說(shuō)的時(shí)間系統(tǒng)。坐標(biāo)系統(tǒng)、時(shí)間系統(tǒng)、參考點(diǎn)系統(tǒng)（衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）測(cè)量與解算（導(dǎo)航測(cè)量與解算）一、基本定位原理定位的基本任務(wù)：二、坐標(biāo)系所謂坐標(biāo)系指的是描述空間位置的表達(dá)形式，即采用什么方法來(lái)表示空間位置。為了描述空間位置，采用了多種方法，從而也產(chǎn)生了不同的坐標(biāo)系。常用的坐標(biāo)系有以下幾類：空固坐標(biāo)系、地固坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系、參心坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系、球面坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系瞬時(shí)坐標(biāo)系、協(xié)議坐標(biāo)系二維坐標(biāo)系、三維坐標(biāo)系二、坐標(biāo)系所謂坐標(biāo)系指的是描述空間位置的表達(dá)形式二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系天球：以地心為球心，以任意長(zhǎng)為半徑的球面天軸：地球旋轉(zhuǎn)軸天極：天軸與天球面的交點(diǎn)天球赤道面：過(guò)球心且與天軸垂直的平面黃道面：地球公轉(zhuǎn)軌道所在平面，與赤道面夾角為23.5春分點(diǎn)：太陽(yáng)從南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與赤道的交點(diǎn)二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系天球：以地心為球心，以任意長(zhǎng)二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系原點(diǎn)：地球質(zhì)量中心Z軸：指向北天極PnX軸：指向春分點(diǎn)Y軸：與X、Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系原點(diǎn)：地球質(zhì)量中心赤經(jīng)α：天體子午面與春分點(diǎn)子午面的夾角赤緯δ：天體與地心連線和天球赤道面的夾角向徑r：天體到地心的距離二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系日月對(duì)地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋轉(zhuǎn)軸在空間的指向發(fā)生移動(dòng)。歲差：假定月球軌道固定，北天極沿圓形軌道繞北黃極的運(yùn)動(dòng)叫歲差，春分點(diǎn)每年西移50.2″，周期約為25800年。章動(dòng)：由月球軌道變化引起的北天極沿橢圓形軌道運(yùn)動(dòng)叫章動(dòng)，橢圓長(zhǎng)半徑約為9.2″，18.6年一周期。平北天極：不考慮章動(dòng)的北天極；平春分點(diǎn)。瞬時(shí)北天極：繞平北天極18.6年轉(zhuǎn)一周；真春分點(diǎn)。二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系日月對(duì)地球赤道隆起部分的引力二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：z軸指向瞬時(shí)北天極，x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)）。平天球坐標(biāo)系：z軸指向平北天極，x軸指向平春分點(diǎn)。協(xié)議天球坐標(biāo)系

1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天極為協(xié)議北天極，z軸指向協(xié)議北天極的天球坐標(biāo)系稱為協(xié)議天球坐標(biāo)系，x軸指向協(xié)議春分點(diǎn)。二、坐標(biāo)系------天球坐標(biāo)系瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：z軸指向瞬時(shí)二、坐標(biāo)系------地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系：空間直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系。日月對(duì)地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋轉(zhuǎn)軸在空間的指向發(fā)生移動(dòng)，即歲差和章動(dòng)。地球內(nèi)部質(zhì)量不均勻，使得地球旋轉(zhuǎn)軸在地球體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱極移。協(xié)議地球坐標(biāo)系 Z軸指向1900~1905年平均地球北極或其它國(guó)際協(xié)定的地球北極二、坐標(biāo)系------地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系：空間直角坐標(biāo)系和二、坐標(biāo)系------地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換衛(wèi)星位置用天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)表示，而測(cè)站點(diǎn)位置用地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)表示，要用衛(wèi)星坐標(biāo)求測(cè)站坐標(biāo)，需將天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)。

協(xié)議天球坐標(biāo)系——平天球坐標(biāo)系——瞬時(shí)天球坐標(biāo)系——瞬時(shí)地球坐標(biāo)系——協(xié)議地球坐標(biāo)系。二、坐標(biāo)系------地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換二、坐標(biāo)系------各坐標(biāo)基準(zhǔn)參數(shù)GPSWGS84大地坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.10定義的協(xié)議地球極(CTP)方向,X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn),Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。GLONASSPE90大地坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心,Z軸指向IERS推薦的協(xié)議地球極(CTP)方向,即1900—1905年的平均北極,X軸指向地球赤道與BIH定義的零子午線交點(diǎn),Y軸滿足右手坐標(biāo)系。GALILEOITRF96大地坐標(biāo)系：

原點(diǎn)位于地球質(zhì)心,Z軸指向IERS推薦的協(xié)議地球原點(diǎn)(CTP)方向,X軸指向地球赤道與BIH定義的零子午線交點(diǎn),Y軸滿足右手坐標(biāo)系。BD2CGCS2000大地坐標(biāo)系：和國(guó)際通用地面參考系(ITRS)原則上保持一致，參考于ITRF97,歷元為2000.0，2008年7月1日開(kāi)始使用。二、坐標(biāo)系------各坐標(biāo)基準(zhǔn)參數(shù)GPSWGS84大地坐二、坐標(biāo)系------各坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換二、坐標(biāo)系------各坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換三、時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間的意義確定衛(wèi)星的在軌位置；確定測(cè)站位置；確定地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的關(guān)系。時(shí)間包括時(shí)刻（絕對(duì)時(shí)間）與時(shí)間間隔（相對(duì)時(shí)間）兩個(gè)概念。測(cè)量時(shí)間同樣需要建立測(cè)量基準(zhǔn)，包括尺度與原點(diǎn)?？勺鳛闀r(shí)間基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象必須是周期性的，且其周期應(yīng)有復(fù)現(xiàn)性和足夠的穩(wěn)定性。三、時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間的意義三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)恒星時(shí) 以春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午線的時(shí)間間隔為一恒星日，含24恒星小時(shí)。分真春分點(diǎn)地方時(shí)、真春分點(diǎn)格林威治時(shí)、平春分點(diǎn)地方時(shí)、平春分點(diǎn)格林威治時(shí)四種。平太陽(yáng)時(shí) 以平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午線的時(shí)間間隔為一平太陽(yáng)日，含24平太陽(yáng)小時(shí)。三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)恒星時(shí)三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)世界時(shí)以子夜為零時(shí)起算的格林威治平太陽(yáng)時(shí)，用UT0表示。與平太陽(yáng)時(shí)相差12小時(shí)， 即UT0=GAMT+12h

平太陽(yáng)時(shí)和世界時(shí)均以地球自轉(zhuǎn)為參照，而地球自轉(zhuǎn)速度是變化的，包括極移、自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性變化和逐年變慢等。1956年引入極移改正和自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性變化改正：UT1=UT0+ΔλUT2=UT1+ΔTS

加逐年變慢改正。三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)世界時(shí)三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)原子時(shí)（TAI）以銫原子基態(tài)兩超精細(xì)能級(jí)的輻射躍遷定義時(shí)間尺度，以1958年1月1日零時(shí)的世界時(shí)減去0.0039秒為原點(diǎn)。原子鐘精度極高，目前使用的氫鐘精度可達(dá)10E-16。協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC） 協(xié)調(diào)世界時(shí)秒長(zhǎng)嚴(yán)格等于原子時(shí)的秒長(zhǎng)，采用潤(rùn)秒方法盡量與世界時(shí)在時(shí)刻上接近。當(dāng)協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的差超0.9秒時(shí)，引入潤(rùn)秒，一般在12月31日或6月30日加入。具體日期由國(guó)際時(shí)間局安排并通知。目前所有國(guó)家發(fā)布的時(shí)間都以UTC為基準(zhǔn)，同步精度小于0.2ms?？紤]其他誤差，在同一平臺(tái)接收世界各國(guó)的時(shí)間，互差不超1ms。 三、時(shí)間系統(tǒng)------世界時(shí)原子時(shí)（TAI）三、時(shí)間系統(tǒng)------各導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間GPS時(shí)尺度是原子時(shí)秒長(zhǎng)，原點(diǎn)取1980年1月6日零時(shí)的協(xié)調(diào)世界時(shí)。不潤(rùn)秒。故與協(xié)調(diào)世界時(shí)時(shí)間差逐年增大。北斗時(shí)(BDT)溯源到協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(NTSC),與UTC的時(shí)間偏差小于100ns。BDT的起算歷元時(shí)間是2006年1月1日零時(shí)零分零秒。系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)和發(fā)播BDT與GPST、GST、GLONASST及GST的時(shí)差。GLONASS時(shí)間系統(tǒng)采用原子時(shí)ATI秒長(zhǎng)作為時(shí)間基準(zhǔn),是基于前蘇聯(lián)莫斯科的協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(SU),采用的UTC時(shí)并含有跳秒改正

。GALILEO時(shí)間系統(tǒng)(GST)是一個(gè)連續(xù)的時(shí)標(biāo),與國(guó)際原子時(shí)(TAI)保持偏差小于33ns,GST和TAI的偏差,GST和UTC時(shí)間的偏差應(yīng)當(dāng)通過(guò)各種服務(wù)的空間信號(hào)廣播給用戶。

三、時(shí)間系統(tǒng)------各導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間GPS時(shí)尺度是原子時(shí)秒三、時(shí)間系統(tǒng)------各系統(tǒng)時(shí)間關(guān)系三、時(shí)間系統(tǒng)------各系統(tǒng)時(shí)間關(guān)系四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)衛(wèi)星運(yùn)行的軌跡和趨勢(shì)稱為衛(wèi)星運(yùn)行軌道。衛(wèi)星視使用目的和發(fā)射條件不同，可能有不同高度和不同形狀的軌道，但它們有一個(gè)共同點(diǎn)，就是它們的軌道位置都在通過(guò)地球垂心的一個(gè)平面內(nèi)。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)所在的平面叫軌道面。衛(wèi)星軌道可以是圓形或橢圓形。但不論軌道形狀如何，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)總是服從萬(wàn)有引力定律的。為了推導(dǎo)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，先做如下假設(shè)衛(wèi)星被視為點(diǎn)質(zhì)量物體；地球是一個(gè)理想的球體，質(zhì)量均勻；衛(wèi)星僅僅受地球引力場(chǎng)的作用，忽略太陽(yáng)、月球和其它行星的引力作用。四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)衛(wèi)星運(yùn)行的軌跡和趨勢(shì)稱為衛(wèi)星四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第一定律(橢圓定律)：衛(wèi)星以地心為一個(gè)焦點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星地心O近地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第一定律(橢圓定律)：四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第二定律(面積定律)：衛(wèi)星與地心的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。DCBA四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第二定律(面積定律)四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第三定律（調(diào)和定律）：衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期的平方與軌道半長(zhǎng)軸的3次方成正比。四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)開(kāi)普勒第三定律（調(diào)和定律）：四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)XYZONfriW軌道面赤道面四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)XYZONfriW軌道面四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)序號(hào)根數(shù)名稱符號(hào)定義作用1軌道傾角i軌道平面與赤道平面的夾角一起決定軌道平面的位置2升焦點(diǎn)赤經(jīng)節(jié)線ON與X軸的夾角和i一起決定軌道平面的位置3軌道半長(zhǎng)軸a橢圓的半長(zhǎng)軸決定軌道的大小4偏心率e橢圓的偏心率決定軌道的形狀5近地點(diǎn)幅角近地點(diǎn)到升交點(diǎn)的角距決定軌道在軌道平面內(nèi)的方位6真近地點(diǎn)角f衛(wèi)星位置相對(duì)于近地點(diǎn)的角距決定衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)的位置四、衛(wèi)星軌道------軌道參數(shù)序號(hào)根數(shù)名稱符號(hào)定義作用1軌四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按形狀分類橢圓軌道：偏心率不等于0的衛(wèi)星軌道，衛(wèi)星在軌道上做非勻速運(yùn)動(dòng)，適合高緯度地區(qū)通信圓軌道：具有相對(duì)恒定的運(yùn)動(dòng)速度，可以提供較均勻的覆蓋特性，適合均勻覆蓋的衛(wèi)星系統(tǒng)四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按形狀分類四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按傾角分類（衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角，稱為衛(wèi)星軌道平面的傾角，記為i）赤道軌道。i=0，軌道面與赤道面重合；靜止通信衛(wèi)星就位于此軌道平面內(nèi)極地軌道。i=90，軌道面穿過(guò)地球南北極傾斜軌道。軌道面傾斜于赤道。根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向和地球自轉(zhuǎn)方向的差別分為順行傾斜軌道，0<i<90逆行傾斜軌道，90<i<180四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按傾角分類（衛(wèi)星軌道平面與赤[信息與通信]衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)PVT基本工作原理V2課件四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按高度分類 根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行軌道距離地面的高度h，可分為低軌道(LEO)：500km<h<2000km中軌道(MEO)：8000km<h<20000km靜止/同步軌道(GEO)/傾斜同步(IGSO)：h=35786km。高軌道(HEO)：h>20000km，橢圓軌道，遠(yuǎn)地點(diǎn)可達(dá)40000km四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按高度分類高橢圓軌道HEO高橢圓軌道四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按軌道周期分類 由于地球的自轉(zhuǎn)特性，衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)一圈后，不一定會(huì)重復(fù)前一圈的軌跡，因此可以根據(jù)星下點(diǎn)軌跡的重復(fù)特性對(duì)衛(wèi)星軌道分類回歸/準(zhǔn)回歸軌道衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡在M個(gè)恒星日，繞地球旋轉(zhuǎn)N圈后重復(fù)的軌道M,N為整數(shù)，M=1為回歸軌道，M>1為準(zhǔn)回歸軌道。軌道周期為M/N恒星日非回歸軌道四、衛(wèi)星軌道------軌道分類按軌道周期分類四、衛(wèi)星軌道------星座衛(wèi)星星座的定義 具有相似的類型和功能的多顆衛(wèi)星，分布在相似的或互補(bǔ)的軌道上，在共享控制下協(xié)同完成一定的任務(wù)；以最少數(shù)量的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)指定區(qū)域的覆蓋

衛(wèi)星星座類型極/近極軌道星座傾斜圓軌道星座(主要有Walker的Delta星座和Ballard的Rosette星座)共地面軌跡星座赤道軌道星座混合軌道星座四、衛(wèi)星軌道------星座衛(wèi)星星座的定義四、衛(wèi)星軌道------軌道誤差Fo——地球質(zhì)心引力fg——除質(zhì)心引力外的地球引力fm——月球引力fs——太陽(yáng)引力fd——大氣阻力fv——太陽(yáng)輻射壓力ft——地球潮汐附加力四、衛(wèi)星軌道------軌道誤差Fo——地球質(zhì)心引力四、衛(wèi)星軌道------典型軌道GPS 由21+3顆衛(wèi)星組成分布在6個(gè)軌道平面上軌道高度20200Km運(yùn)行周期11小時(shí)58分Glonass 由24顆衛(wèi)星組成，分布在3個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道面有8顆衛(wèi)星軌道高度19100Km，運(yùn)行周期11小時(shí)15分Galileo 由30顆衛(wèi)星組成，分布在3個(gè)軌道，軌道高度24126Km四、衛(wèi)星軌道------典型軌道GPS四、衛(wèi)星軌道------典型軌道BD1 2+1GEOBD2一期：5GEO+5IGSO+4MEO二期：5GEO+30非GEO四、衛(wèi)星軌道------典型軌道BD1五、測(cè)量解算原理------基本過(guò)程空間距離的量測(cè)為定位的基本1參數(shù)改正5觀測(cè)衛(wèi)星至地面點(diǎn)位的距離2利用接收衛(wèi)星星歷資料決定點(diǎn)位位置4觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星才能解算點(diǎn)位的空間距離3五、測(cè)量解算原理------基本過(guò)程空間距離的量測(cè)為定位的基五、測(cè)量解算原理------測(cè)量衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘復(fù)制的碼信號(hào)t接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)并計(jì)算得到的接收機(jī)本身按同一公式復(fù)制碼信號(hào)比較本機(jī)碼信號(hào)及到達(dá)的碼信號(hào)確定傳播延遲的時(shí)間t傳播延遲時(shí)間乘以光速就是距離觀測(cè)值=C?t五、測(cè)量解算原理------測(cè)量衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘五、測(cè)量解算原理------測(cè)量發(fā)自衛(wèi)星的電磁波信號(hào)：信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)的1/100載波波長(zhǎng)（L1=19cm,L2=24cm)比C/A碼波長(zhǎng)(C/A=293m)短得多所以，GPS測(cè)量采用載波相位觀測(cè)值可以獲得比偽距（C/A碼或P碼）定位高得多的成果精度L1載波L2載波C/A碼P-碼

p=29.3

m

L2=24

cm

C/A=293

m五、測(cè)量解算原理------測(cè)量發(fā)自衛(wèi)星信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)五、測(cè)量解算原理------誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與傳播途徑有關(guān)的誤差

與接收機(jī)有關(guān)的誤差

衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星鐘差

SA干擾誤差

電離層折射對(duì)流層折射多路徑效應(yīng)接收機(jī)鐘差接收機(jī)的位置誤差接收機(jī)天線相位中心偏差接收機(jī)跟蹤誤差五、測(cè)量解算原理------誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與傳播途徑有五、測(cè)量解算原理------方程假設(shè)衛(wèi)星至觀測(cè)站的幾何距離為ij，在忽略大氣影響的情況下可得相應(yīng)的偽距：當(dāng)衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘嚴(yán)格同步時(shí)，上式所確定的偽距即為站星幾何距離。為偽距，為真正幾何距離，為接收機(jī)和衛(wèi)星之間鐘差。五、測(cè)量解算原理------方程假設(shè)衛(wèi)星至觀測(cè)站的幾何距離為五、測(cè)量解算原理------方程通常GPS衛(wèi)星的鐘差可從衛(wèi)星發(fā)播的導(dǎo)航電文中獲得，經(jīng)鐘差改正后，各衛(wèi)星之間的時(shí)間同步差可保持在20ns以內(nèi)。如果忽略衛(wèi)星之間鐘差影響，并考慮電離層、對(duì)流層折射影響，可得：五、測(cè)量解算原理------方程通常GPS衛(wèi)星的鐘差可從衛(wèi)星五、測(cè)量解算原理------方程幾何距離與衛(wèi)星坐標(biāo)（Xs,Ys,Zs）和接收機(jī)坐標(biāo)（X,Y,Z）之間有如下關(guān)系：其中衛(wèi)星坐標(biāo)可根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得，所以式中只包含接收機(jī)坐標(biāo)三個(gè)未知數(shù)。由于電離層改正數(shù)和對(duì)流層改正數(shù)可以按照一定的模型求解出，那么如果將接收機(jī)鐘差也作為未知數(shù)，則共有四個(gè)未知數(shù)。因此，接收機(jī)必須同時(shí)至少測(cè)定四顆衛(wèi)星的距離才能解算出接收機(jī)的三維坐標(biāo)值。五、測(cè)量解算原理------方程幾何距離與衛(wèi)星坐標(biāo)五、測(cè)量解算原理------方程測(cè)碼偽距觀測(cè)方程的常用形式如下：式中j為衛(wèi)星數(shù)，j＝1，2，3…。 將上述方程進(jìn)行局部線性化，使用最小二乘（LSQ）就可以把接收機(jī)的位置和時(shí)間解算出來(lái)。類似地，接收機(jī)的速度和鐘漂可以通過(guò)對(duì)衛(wèi)星多普勒的測(cè)量建立方程解算出來(lái)。五、測(cè)量解算原理------方程測(cè)碼偽距觀測(cè)方程的常用形式如五、測(cè)量解算原理------總結(jié)誤差來(lái)源P碼C/A碼衛(wèi)星星歷與模型誤差鐘差與穩(wěn)定度衛(wèi)星攝動(dòng)相位不確定性其它合計(jì)4.23.01.04.23.01.0信號(hào)傳播電離層折射對(duì)流層折射多路徑效應(yīng)其它合計(jì)2.32.05.0-10.02.0-10.3接收機(jī)接收機(jī)噪聲其它合計(jì)1.00.57.5總計(jì)6.410.8-13.6五、測(cè)量解算原理------總結(jié)誤差來(lái)源P碼C/A碼衛(wèi)星星歷六、PVT解算的可靠性------概述系統(tǒng)異常：空間信號(hào)異常、信號(hào)傳播異常、接收機(jī)異常信號(hào)干擾：高斯型和譜匹配寬帶干擾、窄帶和脈沖式干擾信號(hào)互相關(guān)：22db、整kHz信號(hào)反射：有直射信號(hào)、無(wú)直射信號(hào)信號(hào)穿透：穿橋、樹(shù)葉等其他問(wèn)題：操作失誤六、PVT解算的可靠性------概述六、PVT解算的可靠性------RAIM基于最小二乘的基本模型基本方程：解算結(jié)果：狀態(tài)誤差：偽距殘差:映射矩陣：協(xié)因素陣：偽距殘差：后驗(yàn)誤差：六、PVT解算的可靠性------RAIM基于最小二乘的基本六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故障檢測(cè) 正常情況下，偽距殘差較小，故較?。划?dāng)偽距中存在較大偏差時(shí)，會(huì)變大，這就是偽距誤差檢測(cè)。正常分布：無(wú)故障假設(shè)：有故障假設(shè)：檢測(cè)門限T,由給定的誤檢概率Pfa確定：六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故障檢測(cè)----單顆衛(wèi)星的巴爾達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)設(shè)：無(wú)故障假設(shè)：有故障假設(shè)：給定的誤檢概率Pfa下，每個(gè)統(tǒng)計(jì)量的誤警概率為Pfa/n，檢測(cè)門限Td可以得到,于是di>Td則表明第i衛(wèi)星有故障。bi為第i顆衛(wèi)星偽距偏差六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故障檢測(cè)----檢測(cè)完好性保證設(shè)：ARP為幾何分布可用性衡量指標(biāo)，與檢測(cè)門限相關(guān)。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故障檢測(cè)----識(shí)別完好性保證偏差非中心參數(shù)：漏檢概率Pmd則:通過(guò)和HPL的最大限值可以保證識(shí)別的完好性。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于殘差平方和的故六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的故障檢測(cè)基本模型基本方程：QR分解：偽距殘差:方程的解：p則為奇偶空間矢量，Qp為奇偶空間矩陣。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的故障檢測(cè)與識(shí)別奇偶矢量直接反應(yīng)了觀測(cè)誤差信息，基于奇偶矢量可以直接構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。對(duì)于故障檢測(cè)和SSE等價(jià)。 對(duì)單顆衛(wèi)星初差衛(wèi)星就是特征偏差線與觀測(cè)奇偶向量p重合衛(wèi)星。ri>Tr則衛(wèi)星存在故障。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的完好性保證ri偏差均值：bi導(dǎo)致水平定位誤差：六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間矢量的六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間與最小二乘法的比較2種算法都要求多1顆星才可進(jìn)行完整性檢測(cè)；多2顆星以上才可能辨識(shí)出故障衛(wèi)星。算法上等價(jià)；奇偶矢量檢測(cè)算法上更直觀、運(yùn)算量小。六、PVT解算的可靠性------RAIM基于奇偶空間與最小六、PVT解算的可靠性------LSQ

最小二乘檢驗(yàn)抗差估計(jì)

抗差估計(jì)及最小二乘檢驗(yàn)LS估計(jì)殘差統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)拒絕分析修正抗差估計(jì)殘差統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)權(quán)函數(shù)分析修正六、PVT解算的可靠性------LSQ最小二乘檢驗(yàn)抗六、PVT解算的可靠性------LSQ實(shí)際觀測(cè)值一般不精確服從正態(tài)分布；實(shí)踐中統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)一般基于正態(tài)分布；殘差不能精確反映粗差情況；如果粗差存在，標(biāo)準(zhǔn)偏差可能嚴(yán)重歪曲。有時(shí)將導(dǎo)致粗差無(wú)法探測(cè)。權(quán)不變？正態(tài)分布下，LS估計(jì)是最優(yōu)估計(jì)問(wèn)題六、PVT解算的可靠性------LSQ實(shí)際觀測(cè)值一般不精確六、PVT解算的可靠性------LSQ權(quán)陣：P1、最小二乘估計(jì)參數(shù)解參數(shù)協(xié)方差矩陣驗(yàn)后方差因子六、PVT解算的可靠性------LSQ權(quán)陣：P1、最小二六、PVT解算的可靠性------LSQ為連續(xù)、凸函數(shù)。非線性2、抗差M估計(jì)極值條件抗差解比較LS解在LS準(zhǔn)則下，六、PVT解算的可靠性------LSQ為連續(xù)、凸函數(shù)。非六、PVT解算的可靠性------LSQ等價(jià)轉(zhuǎn)換等價(jià)權(quán)法方程在LS準(zhǔn)則下，六、PVT解算的可靠性------LSQ等價(jià)轉(zhuǎn)換等價(jià)權(quán)六、PVT解算的可靠性------LSQ3、抗差M估計(jì)解抗差估計(jì)解問(wèn)題等價(jià)權(quán)矩陣的元素如何求殘差？殘差的求解需要參數(shù)估計(jì)值求解參數(shù)估計(jì)值需要權(quán)矩陣六、PVT解算的可靠性------LSQ3、抗差M估計(jì)解六、PVT解算的可靠性------LSQ迭代解關(guān)鍵：函數(shù)或等價(jià)權(quán)函數(shù)六、PVT解算的可靠性------LSQ迭代解關(guān)鍵：函六、PVT解算的可靠性------LSQ

Huber函數(shù)-c-cHuber權(quán)函數(shù)分析：1、無(wú)界2、分段3、高效（含LS)六、PVT解算的可靠性------LSQHuber函數(shù)-六、PVT解算的可靠性------LSQ

Tukey函數(shù)Tukey權(quán)函數(shù)分析：有界；連續(xù)六、PVT解算的可靠性------LSQTukey函數(shù)Tu六、PVT解算的可靠性------LSQ

IGG1權(quán)函數(shù)（周江文1989）1、有界2、分段3、高效4、跳躍分析：六、PVT解算的可靠性------LSQIGG1權(quán)函數(shù)（周六、PVT解算的可靠性------LSQIGG3權(quán)函數(shù)分析：1、有界2、分段3、高效4、連續(xù)

IGG3權(quán)函數(shù)（Yang1994）六、PVT解算的可靠性------LSQIGG3權(quán)函數(shù)分析：六、PVT解算的可靠性------LSQ權(quán)函數(shù)是否發(fā)揮作用的關(guān)鍵是均方差因子方案：最小二乘估計(jì)問(wèn)題如果殘差異常，則均方差因子也大；如果均方差因子大，則大誤差的標(biāo)準(zhǔn)化殘差??；標(biāo)準(zhǔn)化殘差小則權(quán)函數(shù)不能控制異常誤差的影響。中位數(shù)法六、PVT解算的可靠性------LSQ權(quán)函數(shù)是否發(fā)揮作用的六、PVT解算的可靠性------LSQ 當(dāng)設(shè)計(jì)矩陣是病態(tài)矩陣時(shí)，用普通最小二乘法估計(jì)的效果不理想。于是提出了一些新的估計(jì)方法：嶺回歸估計(jì)法、主成分法、偏最小二乘法等等。六、PVT解算的可靠性------LSQ 當(dāng)設(shè)計(jì)矩陣是病態(tài)矩六、PVT解算的可靠性------LSQ定義：對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的線性回歸模型若可逆，則稱為的嶺回歸估計(jì)，其中，稱為嶺參數(shù)。由于已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以就是自變量的樣本相關(guān)陣。作為的估計(jì)比最小二乘估計(jì)穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)的嶺估計(jì)就是普通的最小二乘估計(jì)。六、PVT解算的可靠性------LSQ定義：對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)1是回歸參數(shù)的有偏估計(jì)。證明：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，是的有偏估計(jì)。六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)1六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)2是最小二乘估計(jì)的一個(gè)線性變換，也是的線性函數(shù)(是與無(wú)關(guān)的常數(shù))。證明：因?yàn)?/p>

因此，嶺估計(jì)是最小二乘估計(jì)的線性變換，也是的線性函數(shù)。注意：由于是通過(guò)數(shù)據(jù)確定的，因而也依賴于，因此，從本質(zhì)上說(shuō)并非的線性變換，也不是的線性函數(shù)。六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)2六、PVT解算的可靠性------LSQ性質(zhì)3對(duì)任意，總有此性質(zhì)表明可看成由進(jìn)行某種向原點(diǎn)的壓縮。當(dāng)時(shí)，，即化為零向量。性質(zhì)4以MSE表示估計(jì)向量的均方誤差，則存在，使得六