《GPS距离测量》PPT课件

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,？,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方法,测距码,C/A码（测距时有模糊度）,P码,距离测量与GPS定位利用测距码测定卫地距测距码,测距码测距原理,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,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,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,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,Z跟踪技术,ASP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,距离测量与GPS定位利用测距码测定卫地距Z跟踪技术,伪距测量的特点,优点无模糊度缺点精度低,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,GPS测量的基本观测方程,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,测距码测距的观测方程,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,站星真实距离是用坐标反算的距离,伪距测量的误差方程,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,Essenceofabsolutepositioning(绝对定位的实质),Absolutepositioningisakindofspatialdistancebackwardintersection(空间距离后方交会）.Atleast4rangeobservablesareneededinordertoestimate4parameters.(至少观测四颗卫星)Currently,absolutepositioningaccuracyisabout10-40musingbroadcastephemerisduetoorbitalerror,clockerrorandatmosphericerrors.（精度10-40m）Question:Whatisthedifferencebetweenabsolutepositioningandtraditionaldistanceintersectionontheground？,Inthecaseofmultipleepochsofobservation(ormorethan4satellites)LeastSquaresAdjustmentproblem!)Thenumberofunknowns:3coordinates+nreceiverclockerrorterms,eachcorrespondingtoaseparateepochofobservation(1ton)。Errorequationinformofmatrix：A:designmatrixL:observationvectorP:weightmatrixY:vectorofunknownsTheestimatedunknowns:Covariance(协方差阵)：,Estimatedunknowns:IfPisaunitweightmatrix,thencovariancematrixis:Cofactormatrix(协因数阵),DilutionofPrecision(精度因子)DOP）,Unitweightstandarddeviation,Accordingtoerrorpropagationlaw,cofactormatrixinformofgeodeticcoordinatesis,HDOP-HorizontalDOP(平面位置精度因子）：dilutionofprecisionVDOP-VerticalDOP(高程精度因子）：PDOP-PositionDOP(空间位置精度因子）：,TDOP-TimeDOP(接收机钟差精度因子)：GDOP-GeometricDOP(几何精度因子)：,GeometricstrengthofConstellation(星座),TherelationshipbetweengeometricstrengthandGDOP,GoodGDOP,DistributionofSatellitesandGeometricStrength,AbsolutepositioningerrorisproportionaltoDOP)AbsolutepositioningerrorisinverselyproportionaltothevolumePDOPisinterpretedasthereciprocalvalue（倒数）ofthevolumeofpyramid（棱锥）thatisformedfromthesatelliteanduserpositions,BadGDOP,GoodGDOP,GeometricStrengthofConstellation,Computationoftheazimuthandelevationofasatellite:Accordingtobroadcastephemeris.ComputationofDOP:Accordingtosatellitecoordinatesandtheapproximatecoordinatesofastation,PredictionofsatellitevisibilityandDOP,Satellitevisibility,卫星可见性预报,Skyplot(卫星天空图）,PDOP预报,GDOP预报,HDOP预报,VDOP预报,TDOP,TDOP预报,全部精度因子预报,全部精度因子预报,4.2载波相位测量,载波相位测量,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,重建载波将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。,载波调制了电文之后变成了非连续的波,伪距测量与载波相位测量,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,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,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,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,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,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）,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,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）,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,载波测距,距离测量与GPS定位载波相位测量载波测距,GPS载波相位测量的基本原理,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,理想情况,实际情况,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,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,距离测量与GPS定位载波相位测量载波相位测量的特点,载波相位测量的观测方程,原始形式：,线性化后：,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,Ifnjsatellitesar