第七講衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)工作原理

1、第七講衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)工作原理第一頁(yè)，共21頁(yè)。授課內(nèi)容一、GNSS定位實(shí)質(zhì)二、GPS定位的幾何原理三、碼偽距單點(diǎn)定位四、載波相位單點(diǎn)定位2第二頁(yè)，共21頁(yè)。一、GNSS定位實(shí)質(zhì)已知數(shù)據(jù)：衛(wèi)星瞬時(shí)位置觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)：衛(wèi)星至接收機(jī)天線(xiàn)相位中心的距離待求值： 地面點(diǎn)（接收機(jī)所處位置的）的三維位置3第三頁(yè)，共21頁(yè)。二、GPS定位的幾何原理一個(gè)站星距離測(cè)站位于以衛(wèi)星為球心，站星距離為半徑的球面上4第四頁(yè)，共21頁(yè)。二、GPS定位的幾何原理兩個(gè)站星距離作兩個(gè)球面兩個(gè)球面相交為圓測(cè)站位于圓圈上5第五頁(yè)，共21頁(yè)。二、GPS定位的幾何原理三個(gè)站星距離作三個(gè)球面三個(gè)球面兩兩相交于兩點(diǎn)測(cè)站位于其中一點(diǎn)6第六頁(yè)，共2

2、1頁(yè)。二、GPS定位的幾何原理GPS單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會(huì)一個(gè)站星距離 = 球面兩個(gè)站星距離 = 圓三個(gè)站星距離 = 兩點(diǎn)三個(gè)站星距離 + 地球 = 一點(diǎn)第七頁(yè)，共21頁(yè)。S0( Xu,Yu,Zu)SVi三、碼偽距單點(diǎn)定位tsitubibu偽距 =c(tu+bu)-(tsi+ bsi)=c(tu -tsi) +bu- bsi)8第八頁(yè)，共21頁(yè)。S0( Xu,Yu,Zu)SVi三、碼偽距單點(diǎn)定位tsitubibu偽距 =c(tu+bu)-(tsi+ bsi)=c(tu -tsi) +bu- bsi)接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)衛(wèi)星鐘標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)t星歷等效距離誤差電離層折射改正對(duì)流層折射改正

3、接收機(jī)噪聲誤差9第九頁(yè)，共21頁(yè)。觀(guān)測(cè)量衛(wèi)星位置測(cè)站位置改正數(shù)接收機(jī)鐘差思考題：為什么必須同時(shí)觀(guān)測(cè)至少4顆衛(wèi)星？10第十頁(yè)，共21頁(yè)。11第十一頁(yè)，共21頁(yè)。cbu=B測(cè)站的初始坐標(biāo)向量初始坐標(biāo)改正數(shù)向量測(cè)站至衛(wèi)星i方向余弦12第十二頁(yè)，共21頁(yè)。公式線(xiàn)性化形式為 坐標(biāo)改正數(shù)的向量解 1.觀(guān)測(cè)4顆衛(wèi)星情況 13第十三頁(yè)，共21頁(yè)。2.觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)為n時(shí)（n大于4） 通過(guò)最小二乘平差求解 誤差方程式的形式 14第十四頁(yè)，共21頁(yè)。2.觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)為n時(shí)（n大于4） 通過(guò)最小二乘平差求解 誤差方程式的形式 15第十五頁(yè)，共21頁(yè)。 設(shè)在GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻Ta衛(wèi)星Sj發(fā)射的載波信號(hào)相為 經(jīng)傳播延遲 后，在G

4、PS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻Tb到達(dá)接收機(jī)。四、載波相位單點(diǎn)定位 16第十六頁(yè)，共21頁(yè)。 根據(jù)電磁波傳播原理，Tb時(shí)接收到的和Ta時(shí)發(fā)射的相位不變，即 ，而在Tb時(shí),接收機(jī)本振產(chǎn)生的載波相位為 ,可知，在Tb時(shí)，載波相位觀(guān)測(cè)量為:公式3四、載波相位單點(diǎn)定位 17第十七頁(yè)，共21頁(yè)?？紤]到衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差，有:則有: 對(duì)于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘，其振蕩器頻率一般穩(wěn)定良好，所以器信號(hào)的相位與頻率的關(guān)系可表示為 式中，f為信號(hào)頻率， 為微小時(shí)間間隔。 以2為單位。公式4公式5四、載波相位單點(diǎn)定位 18第十八頁(yè)，共21頁(yè)。 設(shè)fj為衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率，fi為接收機(jī)本振產(chǎn)生的固定參考頻率，且 fi = fj =f，同時(shí)考慮到 Tb=Ta+，則有：綜合公式5、6，可以將4式改寫(xiě)為：公式6公式7四、載波相位單點(diǎn)定位 19第十九頁(yè)，共21頁(yè)。 傳播延遲中考慮到電離層和對(duì)流層的影響1和2，則有： 其中，c為電磁波傳播速度，為衛(wèi)星到接收機(jī)之間的幾何距離。帶入公式7后有：