第八讲-测距码和载波相位测量.

武汉大学测绘学院GPS原理及其应用课程组GPS原理及其应用(八)GPS原理及其应用第四章距离测量与GPS定位§4.1利用测距码测定卫地距GPS原理及其应用§4.1利用测距码测定卫地距GPS原理及其应用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GPS原理及其应用测距方法•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GPS原理及其应用测距码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GPS原理及其应用信号传播时间测距码测距原理①•距离测定的基本思路•信号（测距码）传播时间的测定dtTutTuTRT)()(1相关系数：ctc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GPS原理及其应用测距码测距原理②•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GPS原理及其应用Z跟踪技术•AS–P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码码码码码元内在一个PPYW0100100（1）W码010010P码Y码+=0100101（-1）W码101101P码Y码+=距离测量与GPS定位利用测距码测定卫地距Z跟踪技术GPS原理及其应用伪距测量的特点•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原理及其应用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SR()tR()tS接收机根据自身的钟在时刻复制信号的相位tR接收机根据自身的钟在时刻所接收到卫星在时刻所发送信号的相位tRtStRtSGPS原理及其应用对流层折射延迟改正电离层折射延迟改正接收机钟的改正数卫星钟的改正数信号离开卫星的时刻（由卫星钟测定）信号到达接收机的时刻（由接收机钟测定）RSRSsRRStttropiontropionabttabtatbSRtRbtSaSRVcVcVVVVcVcVccVVcttcVtVtttc~)()()]()[()(~)(~故：站星真实距离：则：；设：伪距：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GPS原理及其应用222222000000000000()()()()()()()()()()()()()SRiiiiiiiiiontropttiiiiiiiiiiiiiiixXyYzZixXyYzZVVcVcVxXyYzZxXyYzdXdYdZdXdY令真实的站星距离：，为卫星则站星距离的观测值：将用泰勒级数展开，保留一阶项，有0022200000000000000()()()()()()()()()()()SiRiiiiiiiiiiiiiiiiiionitropitiiiitiZdZxXyYzZXXdXYYdYZZdZxXyYzZlmnLcVVVVldXmdYndZcVL其中：；；；令：；；则误差方程为：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GPS原理及其应用§4.2载波相位测量GPS原理及其应用载波相位测量距离测量与GPS定位载波相位测量itjtitijttR(c)2002,黄劲松GPS原理及其应用载波相位测量的关键技术－重建载波①•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GPS原理及其应用载波相位测量的关键技术－重建载波②•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）卫星信号的生成接收机重建载波(c)2002,黄劲松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GPS原理及其应用载波相位测量的关键技术－重建载波③•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GPS原理及其应用载波相位测量的关键技术－重建载波④•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）)()(12/,12,1,2/,12LLACLLYLYLACLLRRRR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GPS原理及其应用载波相位测量的关键技术－重建载波⑤•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GPS原理及其应用载波测距itjtitijttR(c)2002,黄劲松距离测量与GPS定位载波相位测量载波测距GPS原理及其应用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SRSR)SR()tR()tS接收机根据自身的钟在时刻复制信号的相位tR接收机根据自身的钟在时刻所接收到卫星在时刻所发送信号的相位tRtStRtS理想情况实际情况GPS原理及其应用载波相位观测值•观测值•整周计数•整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值)()(~)()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示为：以后的观测：首次观测：Int0NN0Fr0N0Int()iFrit0ti距离测量与GPS定位载波相位测量载波相位观测值GPS原理及其应用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GPS原理及其应用tropiioniiiittiiiiiVVLLcVcVNdZndYmdXlvSR)()(其中：0载波相位测量的观测方程tropiionttiiiitropiionttiiiVVcVcVNVVcVcVNSRSR)()()(原始形式：线性化后：tropiionttiiiiiiitropiionttiiiiiiiiVVcVcVNdZZzdYYydXXxVVcVcVNdZzZdYyYdXxXSRSR)()()()()()()()()()(00000000000000误差方程为：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