GPS卫星定位原理及其应用课件.ppt

1、GPS卫星定位原理及其应用 电磁波的传播与GPS卫星的信号11/20/20221GPS定位的基本观测量GPS定位的基本观测量 是观测站（用户接收机天线）到GPS卫星（信号发射天线）的距离（或称为信号传播路径）。是通过测定卫星信号在该路径上的传播时间（时间延迟），或测定卫星载波信号相位在该路径上变化的周数（相位延迟）来导出的。tv 11/20/20222距离测定原理XllVl Xl lll11/20/20223距离测定原理XllVlXllllllllVVVllVlllXlX11/20/20224距离测定原理XllVlXllllVll11/20/20225距离测定原理XllVlXllllllllV

2、VVllVlllXlX距离=传播时间 x 光速11/20/20226电磁波传播原理简述电磁波是一种随时间 t变化的正弦（或余弦）波。其数学表达式为：)sin(0tAyeeA0初相角角频率振幅00t0sineAy)sin(01tAyeeA11/20/20227电磁波传播中常用公式的转换为波长其中TfvTtAyTtTff)(2sin212000011/20/20228大气层对电磁波传播的影响根据电磁波传播的不同影响，一般可将大气层分为：1.对流层 系指从地面上约40Km范围内的大气底层。对流层具有很强的对流作用，云、雾、雨、雪、风 等主要天气现象，均出现在其中，这些对电磁波的 传播具有很大的影响。

3、2.电离层 约为地面上70Km以上的范围。由于太阳和其它天体的各种射线作用，使该层的大气分子发生电离。从而具有密度较高的带电粒子，对电磁波的传播具有很大的影响。11/20/20229对流层的处理办法采用模型进行改正。将对流层大气对电磁波的影响可以分为干分量和湿分量的联合影响为水汽分压为绝对温度（）为大气压力（为观测站的高程密切相关路径上的大气状况湿度为湿分量，主要与传播大气压力和温度有关为干分量，主要与地面其中：02025)2.273)11000(1046512.7)16.273(72.1484013610552.1eCkTmbarPHHTeHTTPkTSSTkSTkkSSSSwdwdwd11

4、/20/202210减弱对流层折射改正项残差影响的主要措施1.尽可能充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料。2.利用水汽辐射计，准确地测定电磁波传播路径上的水汽积累量，以便精确的计算大气湿分量的改正项。3.利用相对定位的差分法来减弱对流层大气折射的影响。4.完善对流层大气折射改正模型。11/20/202211电离层改正模型的总量。为信号传播路径上电子注：NfNfNff222128.4028.402111/20/202212减弱电离层影响的措施1.利用两种不同的频率进行观测2212221122128.4028.40fffNfNffff2122220212222222122221000111211

5、2211fffffffffffffffffffff2.两观测站同步观测量求差11/20/202213GPS卫星的测距码信号GPS卫星所发射的信号包括：载波信号 P码（或Y码）C/A码 数据码（又称作D码）其中：C/A码和P码统称为测距码。11/20/202214GPS卫星信号的产生与构成的要求1.适应多用户系统的要求2.满足实时定位的要求3.满足高精度定位的要求4.满足军事保密的要求11/20/202215GPS卫星的导航电文（数据码）导航电文主要包括：1.与卫星有关的星历 2.卫星的工作状态 3.时间系统 4.卫星钟运行状态 5.轨道摄动改正 6.大气摄动改正 7.导航信息的数据码11/20

6、/202216GPS卫星信号的构成基 准 频 率10.23 MHzx 154x 120L11575.42 MHzL21227.60 MHzC/A 码1.023 MHzP(Y)码10.23 MHzP(Y)-Code10.23 MHz/1050 bit/s卫 星 信 悉 (状 态 信 悉 和 星 历)每 个 GPS 卫 星 播 发 一 组 信 号每 组 信 号 包 括 两 个 不 同 频 率 的 载 波 信 号(L1 和 L2)、两 个 不 同 的 测 距 码 信 号(C/A 码 调 制 在 L1 载 波 上，P 码 或 Y 码 同 时 调 制 在 L1 及 L2 载 波 上)以 及 卫 星 的

7、轨 道 信 息11/20/202217载波相位测距D=c TNn载 波 相 位 观 测u载 波 L1 的 波 长 为 19 cm，L2 的 波 长为 24 cm u接 收 仪 将 接 收 到 的 卫 星 载 波 信 号的 相 位 与 其 自 身 产 生 的 参 考 载 波信 号 的 相 位 进 行 比 较u接 收 仪 开 机 后，相 位 整 周 数 未 知(带 有 整 周 模 糊 度)u跟 踪 卫 星 时 间 较 长 时 距 离 的 变 化可 以 测 定 (整 周 数 保 持 不 变)T接 收 到 的 卫 星 相 位接 收 仪 复 制 出 的 相 位11/20/202218测距码伪距测定D=V(dT)n测 距 伪 随 机 码 n每 一 卫 星 播 发 一 个 伪 随 机 测 距 码 信 号，该 信 号 大 约 每 1 毫 秒 播 发 一 次u接 收 仪 同 时 复 制 出 一 个 同 样 结 构的 信 号 并 与 接 收 到 的 卫 星 信 号 进行 比 较u由 信 号 的 延 迟 时 间(dT)推 算 出 卫 星 至 接 收 仪 的 距 离u接 收 仪 时 钟 应 与 卫 星 钟 校 时dT 接 收 到 的卫 星 测 距 码 接 收 仪复 制 出 的 测 距 码11/20/202219