GPS伪距定位原理PPT文档.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,GPS,伪距定位原理,1,主要内容,（一）GPS测距码及其特性,（二）伪随机码的测距原理,（三）卫星伪距导航基本原理,（四）导航定位精度的评估方法,2,一,GPS,测距码及其特性,1.1 伪随机噪声码,1.2 GPS测距码,3,1.1,伪随机噪声码,随机噪声码,-,对于某一时刻，码元是0或1完全是随机的。,（编码无规律、非周期性、,自相关性好,、,无法复制,）,伪随机噪声码,-,Pseudo Random Noise（PRN）,（编码规则确定、周期性、,自相关性好、可复制,）,码,随机噪声码,伪随机噪声码,1 0 1111 00 1111 0 1 00 1 00 1111 00 11 00 1111 0 11,两组码元相互对齐,时间延迟,码,-,表达不同信息的二进制组合（0和1）。,4,1.2,GPS,测距码(,I,),C/A,码,（,Coarse/Acquisition code,）,周期-1 ms 码长-1023 bit 码元宽-0.97752,(293.05 m),特点：,码长短、,易捕获,；,（50 bit/s 20.5s）,码元宽度较大、,测距精度较低,；,（对齐误差1/100 2.93m、,粗码,）,结构公开、,民用,；,（调制在L1、,L2,载波上）,不同卫星发射,不同,C/A,码序列,。,（属于Gold码、低互相关性，快速区分不同卫星的信号）,精度为码元宽的1%,5,1.2,GPS,测距码(,II,),P,码,（,Precision code,）,周期-266 days 码长-2.35x10,14,bit 码元宽-0.097752,(29.30 m),266/,37,=7 days 2.35x10,14,bit,32 SVs-,P码37周不会有重复，这样就可以为不同的卫星指定P码不同周的部分。每颗卫星所使用的P码不同部分，码长和周期相同，结构不同。,e.g.PRN 01、PRN 02 ,特点：,先捕获,C/A,码,，再根据导航电文信息捕获P码,；,（50 bit/s 1.4x10,6,days）,码元宽度为,C/A,码的,1/10,；,（对齐误差1/100 0.29m、,精码,）,AS(Anti-Spoofing),、,P,码,W,码,P(Y),码,（01/31/1994、调制在L1、L2载波上、,接收机技术 Z-tracking,）,6,二 伪随机码的测距原理,2.1 测距基本原理,2.2 测距码测定伪距特点,2.3 伪距观测方程,7,2.1,测定伪距原理(,I,),卫星,卫星钟,测距码,接收机,接收机钟,复制码,卫地距,伪距,【时间延迟的测定】,接收机产生,结构相同的测距码,不断变动延迟时间,相关系数,复制码,搜索卫星信号,锁定卫星信号,时间延迟器,8,2.1,测定伪距原理(,II,),对比时刻 对应的,某一结构的测距码,接收的来自卫星的,测距码,经时延器延迟后的,复制码,两组信号的,相关系数,：,理论值,实际值,（两组信号完全对齐）,（所有码总体上对得最好）,原 因,卫星钟和接收机钟存在误差，引起两组信号的码宽 度与理论值并不完全相同；,卫星信号在长距离传播过程中可能产生畸变。,最大相关性分析,信号传播时间,9,2.2,测距码测定伪距特点(,I,),1）易于提取微弱的卫星信号,卫星信号 20 W 卫地距 2x10,14,km,干扰信号 kW 离用户距离 数km 数百km,2）可提高测距精度,积分间隔 中所有码总体上对得最好,测距码的独特结构,所有码分别测距取平均,10,2.2,测距码测定伪距特点(,II,),3）便于码分多址技术对卫星信号的识别,码分多址 CDMA-Code Division Multiple Access,4）便于对系统进行控制和管理,ch1,ch2,chx,PRN 01,PRN xx,PRN 02,noise,公开或加密码结构,标准定位服务,SPS,精密定位服务,PPS,C/A,码,P(Y)码,11,2.3,伪距观测方程(,I,),在,真空中且无误差,的情况下，距离观测值等于卫地几何距离，表示如下：,-观测伪距（observed）,-卫地几何距离（geometric）,-信号发射时刻（GPST）-信号接收时刻（GPST）,若,考虑卫星钟和接收机钟的误差,，则距离观测值就要表示成：,-卫星钟面时,-接收机钟面时,12,2.3,伪距观测方程(,II,),若,将所有的误差项考虑,在内，则距离观测值可如下表示：,未知参数：,接收机位置 -,接收机钟差 -,伪距观测方程,13,三 卫星伪距导航基本原理,3.1 伪距观测方程线性化,3.2 伪距单点定位实现,14,非线性,3.1,伪距观测方程线性化,(,I,),15,3.1,伪距观测方程线性化(,II,),可以将 在测站近似坐标 处,泰勒级数展开,至一阶项：,线性化,16,3.1,伪距观测方程线性化(,III,),17,3.2,伪距单点定位(,I,),单点定位,-根据卫星星历及单台GNSS接收机的观测值确定该接收机在地球坐标系中的绝对坐标的方法，又称为绝对定位。,18,3.2,伪距单点定位(,II,),最小二乘,19,关于接收机位置近似值,（计算过程需迭代）,信号传播过程中的地球旋转改正,（计算卫地距 时应考虑地球旋转改正）,SA,政策,（,Selective Availability 广播星历、卫星钟 5/1/2000 turn off,）,2.2,伪距单点定位(,III,),几个需要注意的问题,20,4.1,伪距导航定位的精度评价,4.2,卫星几何分布对定位精度影响,四 导航定位精度的评估方法,21,假设伪距观测值,同精度且相互独立,，则由,最小二乘原则,，可以得到：,精度评定：,-伪距观测值中误差,-定位解的中误差,4.1,伪距导航定位的精度评价,(,I,),对称,22,精度衰减因子DOP,（,Dilution of Precision,）,（协因数阵主对角线元素的函数）,精度评定：,4.1,伪距导航定位的精度评价,(,II,),对称,局部大地坐标系,空间直角坐标系,对称,位置精度因子,23,几种常用精度因子,位置精度因子,平面精度因子,高程精度因子,接收机钟差精度因子,几何精度因子,4.1,伪距导航定位的精度评价,(,III,),VDOP,PDOP,HDOP,GDOP,TDOP,24,DOP与所观测卫星的空间几何分布有关,4.2,卫星几何分布对定位精度影响,(,I,),25,对于4颗观测卫星，由测站与卫星所构成的六面体体积越大，GDOP值越小。,4.2,卫星几何分布对定位精度影响,(,II,),26,