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GNSS复习总结第一章绪论（一）GPS的组成部分（1）空间部分——GPS卫星星座（2）地面控制部分——地面监控系统（3）用户部分——GPS信号接收机、用户、数据处理相关内容（二）各部分功能（1）GPS卫星的基本功能①.接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令②.卫星上设有微处理机，进行部分必要的数据处理工作③.通过星载的高精度原子钟（铯钟和铷钟）提供精密的时间标准④.向用户发送定位信息⑤.在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。（2）主控站主要任务①编算卫星星历、卫星钟差和大气修正参数，并传入注入站；②提供全球定位系统的时间标准③调整偏离轨道的卫星④启用备用卫星以代替失效的卫星（3）监控站的作用①接收卫星信号②监测卫星的工作状态（4）注入站的作用将控制站编算的卫星星历和卫星钟的改正数等注入相应的卫星存储系统（5）接收信号机的作用接收GPS卫星发射的无线电信号，以获取必要的定位信息及观测量，并经数据处理而完成工作。（6）GPS的组成部分天线、信号处理、控制显示、记录装置、电源（7）卫星定位技术的特点①定位精度高②全天候测量③高效率测量④多功能、用途广⑤易操作（8）GNSS技术的应用①大地测量②工程测量③变形监测④海洋测量⑤摄影测量⑥地形与地籍测量⑦农业、渔业和林业⑧大气研究⑨资源、环境检测和野外调查⑩移动通信11其他科学第二章坐标系统和时间系统(一)坐标系统的种类①空固坐标系：与地球自转无关、在空间固定的坐标系统②地固坐标系：与地球体相固连的坐标系统(二)天球坐标系（1）天球：天文学中为便于研究天体的位置和运动而引进的假想圆球面。（2）天极：地球自转的中心轴线简称地轴，将其延伸就是天轴，天轴与天球的交点称为天极。（3）天球赤道：通过地球质心M与天轴垂直的平面称为天球赤道面，天球赤道面与天球相交的大圆就称为天球赤道（4）天球子午圈：包含天轴并通过地球上任一点的平面称为天球子午面，天球子午面与天球相交的大圆称为天球子午圈。（5）时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆称为时圈。（6）黄道：地球绕太阳公转的轨道平面称为黄道面，它与天球相交的大圆称为黄道。它就是当地球绕太阳公转时，观测者所看到的太阳在天球上运动的轨迹。（7）黄赤交角：天球赤道面与黄道面的交角ε约为23.5°，称为黄赤交角。（8）春分点：当太阳在黄道上从南半球向北半球运行时，天球赤道与黄道的交点γ称为春分点。（9）在天文学和卫星大地测量学中，建立参考系的重要基准点和基准面是春分点和天球赤道面。（10）天球空间直角坐标系：原点、X、Y、Z。（11）天球球面坐标系：原点、赤经、赤纬、向径长度（12）岁差：地球在绕太阳运行时，地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动，春分点在黄道上随之缓慢移动。（13）章动：如果将观测时的北天极称为瞬时北天极，与之相应的天球赤道和春分点称为瞬时天球赤道和瞬时春分点，在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕平北天极顺时针转动，其轨迹大致为椭圆形，这种现象称为章动，周期约为18.6年。（14）协议天球坐标系：由于岁差和章动的影响，天球坐标系的坐标轴方向在不断地旋转变化，为此我们只能选择某一标准时刻的瞬时地球自转轴和地心至瞬时春分点的方向，经该时刻的岁差和章动改正后，作为z轴和x轴的方向。(三)地球坐标系（1）空间直角坐标系：原点、X、Y、Z（2）大地坐标系：原点、B、L、H（3）极移：地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，因而极点在地球表面上的位置是随时间而变化的。（4）协议地球坐标系：以协议地极为基准点的地球坐标系。（5）参心坐标系：原点一般位于地球质心附近（四）时间系统（1）恒星时：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间。（2）太阳时：以太阳的周日视运动所确定的时间。（3）原子时：采用位于海平面上的铯CS133原子基态的两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770个周期的时间间隔为一原子时秒。（4）GPS时间系统简称为GPST，由主控站的原子钟控制。其属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时具有不同的原点。（5）协调世界时：一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷的时间系统。第三章卫星运动基础及GPS卫星历（一）影响GPS卫星轨道的因素地球重力场的引力、太阳、月亮和其他天体的引力、太阳光压、大气阻力、地球潮汐力（二）各种作用力按其影响分为两类：（1）中心力——假设地球为匀质球体的引力（2）非中心力——摄动力，包括地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、光辐射压力、地球潮汐（三）轨道六参数长半轴as、偏心率es、真近点角fs轨道平面倾角i、升交点赤径Ω、近地点角距ω计算真近点角的两个辅助参数：平近点角Ms、偏近点角Es（四）GPS卫星星历（1）卫星的星历:是描述有关卫星轨道的信息。（2）GPS卫星星历的提供方式，一般有两种：①预报星历（广播星历）：相对于某一参考历元的开普勒轨道参数必要的轨道摄动改正项参数②后处理星历（精密星历）：是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户的，用户接收机接收到这些信号，经过解码便可获得所需要的卫星星历第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号（一）几个概念（1）弥散性介质：（2）群波：（3）折射率：（二）测距码（1）随机噪声码：码是用以表达某种信息的二进制数的集合,是一组二进制的数码序列。这一序列，又可以表达成以0和1为幅度的时间函数。假设，一组码序列u（t），对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，但其出现的概率均为1/2。这种码元幅度的取值完全无规律的码序列，通常称为随机码序列，也叫做随机噪声码序列。（2）伪随机噪声码：虽然随机码具有良好的自相关特性，但由于它是一种非周期性的序列，不服从任何编码规则，所以实际上无法复制和利用。因此，为了实际的应用，GPS采用了一种伪随机噪声码，简称伪随机码或伪码。（3）自相关系数：（4）C/A码1性质：C/A码是一种用于识别卫星、测量距离和向民间用户传送导航电文的伪噪声码。2特点：码长很短，易于捕获，码元宽度较大，精度较低（5）P码1性质：P码是由两个载波发送给GPS用户的另一个伪噪声码2特点：保密性高，是GPS卫星的军用码码长很长，难以捕获码元宽度为C/A码的1/10，可用于较精密的定位（5）C/A码与P码的作用：1为用户传送导航电文。2用作测量GPS信号接收天线和GPS卫星之间距离的测距信号，以实现导航定位的实时解算。3用于识别来自不同GPS卫星而同时到达GPS信号接收天线的GPS信号。（三）导航电文定义：是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（D码）。（1）性质：导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。（2）内容：书P64（四）两种载波（1）性质：L1载波：f1＝154×f0＝1575.42MHZ波长λ1=19.03cmL2载波：f2＝120×f0＝1227.60MHZ波长λ2＝24.42cm（2）特点:在L1上，调制有C/A码、P码、数据码，而在L2载波上只有P码和数据码。(五）信号的调制与解调（1）信号解调的方法：复制码与卫星信号相乘、平方解调法（2）优缺点：（六）GPS政策（1）SA1含义：是一种导致非特许用户不能够获得高精度实时导航定位的秘密方法。2影响：GPS广播星历引入人为随时间变化的误差，从而降低了GPS卫星在轨位置精度，以致绝对定位的二维位置精度只能达到±100m，高程精度±150m。GPS信号的载波引入了人为的δ信号，而导致GPS信号接收机捕获和跟踪GPS信号困难，甚至引起载波跟踪环路的失锁，从而不能获取连续可靠的导航定位。（2）AS1含义：P码加密措施，也叫“反电子欺骗技术”。2影响：P码译密成Y码后，非特许用户更难破译，从而难以使用P码作导航定位。（3）SA、AS采取措施1局域差分测量网（LADGPS）2广域差分测量网（WADGPS）3全球差分测量网（WWDGPS）（七）GPS卫星位置计算思路（1）计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标（2）将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋转-k角，求出卫星在地固系下的坐标第五章GPS卫星定位基本原理（一）定位方法的分类（1）按照参考点的不同位置分：绝对定位（单点定位）、相对定位（2）按用户接收机在作业中所处状态分：静态定位、动态定位（3）按照测距原理分：伪距法定位、载波相位测量定位（二）伪距测量（1）基本原理：测距码、复制码、时间延迟、自相关系数、伪距（2）定义：由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离A与卫星到接收机的几何距离B有一定的差值，因此，一般称量测出的距离为伪距。（3）伪距与几何距离的关系:P99(三）载波相位测量(1)重建载波：在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波。（2）载波相位测量的原理：相位差的小数部分、累计的整周数（3）整周未知数的确定（解算）方法：1伪距法2经典方法：整数解、实数解3多普勒法（4）修复周跳的方法：屏幕扫描法、用高次差或多项式拟合法、曲线拟合、在卫星间求差法、用双频观测值修复周跳、根据平差后的残差发现和修复整周跳变（四）载波相位观测量的线性组合（1）求差法：1在接收机间求差2在卫星间求差3在历元间求差（2）常用的线性组合：1宽巷2窄巷3无电离层折射（3）几何精度因子：是衡量定位精度的很重要的一个系数，它代表GPS测距误差造成的接收机与空间卫星间的距离矢量放大因子。实际表征参与定位解的从接收机至空间卫星的单位矢量所勾勒的形体体积与GDOP成反比，故又称为几何精度因子。（五）差分GPS定位原理（1）差分的概念：观测值之间求差，消除公共误差，以提高定位精度。（2）RTK技术：P127第六章GPS卫星导航（重）（一）动态定位方法单点动态定位、实时差分动态定位、后处理差分动态定位（二）GPS测速的原理（三）GPS测时、*测姿的思路第七章GPS测量的误差来源及其影响（一）误差来源GPS卫星星历误差卫星钟误差与卫星有关的误差地球自转影响相对论效应影响误差来源电离层影响信号传播误差对流层影响多路径效应影响观测误差和接收设备误差（二）电离层折射误差：GPS信号通过电离层时，传播路径会发生弯曲，传播速度也会产生变化，此时用信号的传播时间乘以光速得到的距离不等于卫星至接收机间的几何距离，这种偏差即为电离层折射误差。电离层是弥散性介质。群波的传播速度与单一波不同。伪距测量时，测距码是以群速传播的；而载波相位测量时可按单一波计算。因此，伪距测量与载波相位测量的电离层折射改正数大小相等，方向相反。天顶方向延迟可达50m，高度角为20°可达150m。（三）电离层折射的改正：双频改正模型、电离层改正模型、不同观测值求差（四）对流层折射误差：电磁波信号通过对流层时信号传播路径也会发生弯曲，从而产生的误差称为对流层折射误差。（五）对流层折射改正模型（1）霍普菲尔德（Hopfield）模型（2）萨斯塔莫宁公式（3）勃兰克模型（六）减弱对流层折射改正残差影响的主要措施（1）气象参数在测站直接测定（2）引入附加代估参数（3）利用同步观测量求差（4）利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响。（七）多路径误差（1）多路径误差：在GPS测量中被测站附近的反射物质所反射的卫星信号（反射波）如果直接进入接收天线的话，将和直接来自卫星的信号（直射波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。（2）由多路径效应：于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为“多路径效应”。（3）减弱和消除方法1恰当选择站址避免临近有大面积平静的水面不宜在山坡上圆圈不宜有高层建筑物2对接收机要求在天线下设异径板或抑径圈接受天线对极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用3适当延长观测时间(八）卫星星历误差（1）卫星星历误差：由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差