GPS定位原理及应用

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1、GPS定位导航原理与应用宇航学院：王新龙2012年10月22日为什么要用码相关法来测定伪距呢？测距码看起来似乎是杂乱无章的，其实是按某一规律编排的，每个码都对应着某一特定的时间（一个周期内）。为什么不利用测距码中的某一标志（如某个码的前沿）来进行量测呢？这是因为每个码在产生的过程中都带有随机误差，而且信号经过长距离传送后也会产生变形。因而仅根据某一标志进行量测会带来较大误差。根据码相关技术在自相关系数R(t)=max的情况下来确定信号的传播时间，实际上就是根据参加比对的n个码来共同确定传播时间。这样可以大幅度地消除各种随机误差的影响，从而大大提高测距精度。前面我们假设卫星钟

2、和接收机钟是完全同步的，但实际上这两台钟之间总是有差异的。因而在Rt=max的条件下求得的时延就不严格等于卫星信号的传播时间，它还包含了两台钟不同步的影响在内。此外由于信号并不是完全在真空中传播的，因而观测值中也包含了大气传播延迟误差。在伪距测量中，一般把在R(t)=max的条件下求得的时延和真空中的光速c的乘积也当作观测值。设在某一瞬间卫星发出一个信号，该瞬间卫星钟的读数为，但正确的标准时应为，该信号在正确的标准时到达接收机，但根据接收机钟读得的时间为。伪距测量中测得的时延实际上为和之差，即设发射时刻卫星钟的改正数为，接收时刻接收机钟的改正数为，即于是有：上式中是从卫星至

3、接收机的实际传播时间。那么就是实际传播距离，受大气折射的影响，它是一条弧线。则卫星至接收机间的直线距离等于：为电离层折射改正，为对流层折射改正。于是可得和伪距之间的关系式为：、可以根据卫星导航电文中给出的参数求出。因为接收机上安装的是稳定性较差的石英钟，而接收机钟改正数又无法直接得到，所以把也作为一个未知数来处理。GPS定位的基本原理GPS系统通过用户接收机接收卫星发射的导航信号，测出由卫星发出的信号传输到接收机的传输时间，就可计算出用户至第颗卫星的距离（为电磁波传播速度）：设用户待定坐标为，卫星坐标分别为，接收机用户钟差为，卫星钟差为，则其中，四个未知参数为，卫星的坐标和

4、星钟误差可由接收广播星历求得，伪距为量测值。显然，当观测卫星个数时，即可求得4个未知数。以下章节：GPS测量定位的具体原理、模式、实现方案以及数据处理方法GPS定位模式：GPS提供的信息，不仅可以利用伪随机码测量伪距，还可以利用载波信号，进行载波相位测量，进行定位。载波相位测量具有很高的定位精度，广泛用于高精度测量定位。积分多普勒测量所需观测时间一般较长、精度并不很高，故未获广泛应用。GPS定位的几个基本概念绝对定位与相对定位（1）绝对定位在一个待定点上，利用GPS接收机观测4颗以上的GPS卫星，独立确定待定点在地固坐标系的位置（目前为WGS-84坐标系），称之为绝对定位。

5、只需用一台接收机即可独立定位，观测的组织与实施简便，数据处理简单。其主要问题是，受卫星星历误差和卫星信号在传播过程中的大气延迟误差的影响显著，定位精度较低。但这种定位模式在舰船、飞机、车辆导航、地质矿产勘探、陆军、空降兵等作战中仍有着广泛的用途。绝对定位的优点：（2）相对定位在两个或若干个测量站上，设置GPS接收机，同步跟踪观测相同的GPS卫星，测定它们之间的相对位置，称为相对定位。在相对定位中，至少其中一点或几个点的位置是已知的，即其在WGS-84坐标系的坐标为已知，称之为基准点。由于相对定位是用几点同步观测GPS卫星的数据进行定位，因此可以有效地削除或减弱许多相同的或基

6、本相同的误差，如卫星钟的误差、卫星星历误差、卫星信号在大气中的传播延迟误差和SA的影响等。因此相对定位方法可获得很高的定位精度。相对定位的优点：由于相对定位要求各站接收机必须同步跟踪观测相同的卫星，因而其作业组织和实施较为复杂，且两点间的距离受到限制，一般在1000km以内。相对定位的缺点：（3）差分定位（DGPS）差分定位是相对定位的一种特殊应用。高精度相对定位采用的是载波相位测量定位，而差分定位则采用伪随机码伪距测量定位。其基本方法是：在定位区域内，在一个或若干个已知点上设置GPS接收机作为基准站，连续跟踪观测视野内所有可见的GPS卫星的伪距，经与已知距离比对，求出伪距

7、修正值（称为差分修正参数），通过数据传输线路，按一定格式发播。测区内的所有待定点接收机，除跟踪观测GPS卫星伪距外，同时还接收基准站发来的伪距修正值，对相应的GPS卫星伪距进行修正。然后，用修正后的伪距进行定位。差分定位在基准站的支持下，利用差分修正参数改正观测伪距，从而大大消减卫星星历误差、电离层和对流层延迟误差及SA的影响，提高定位精度。其实时定位精度可达10～15m，事后处理的定位精度可达3～5m。但是差分定位需要数据传播路线，用户接收机要有差分数据接口，基准站的控制距离约在200～300km范围。静态定位与