GNSS复习资料整理大全

GNSS第一章1、GPS系统组成三大部分：（1）空间部分:GPS卫星星座（21+3）（2）地面控制部分：地面监控系统（一个主控站MCS、三个注入站、五个监测站）（3）用户设备部分：GPS信号接收机2、GPS系统特点：定位精度高、测量时间短、观测站之间无需通视、提供三维坐标、操作简便、全天候作业、功能多，应用广第二章1、卫星定位中两种坐标系统：天球坐标系和地球坐标系2、天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体。3、黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约23.50º。4、春分点：指太阳由南向北运动时，黄道与天球赤道的交点。（当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点。）天球空间直角坐标系与天球球面坐标系5、天球坐标系由天球空间直角坐标系和天球球面坐标系组成。（1）天球空间直角坐标系的定义：原点位于地球的质心，z轴指向天球的北极Pn，x轴指向春分点，y轴与x、z轴构成右手坐标系。（2）天球球面坐标系的定义：原点位于地球的质心，赤经为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s的天球子午面之间的交角，赤纬为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r为原点至天体的距离。6、岁差：由于日月引力及其它天体引力，平北天极以北黄极为中心做一种顺时针圆周运动。（在日月和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保持不变，从而使春分点在黄道上产生缓慢西移，此现象在天文学上称为岁差。）7、章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转，轨迹大致为椭圆。这种现象称为章动。8、地球坐标系有两种表达方式，即空间直角坐标系和大地坐标系。地心空间直角坐标系的定义:原点与地球质心重合，z轴指向地球北极，x轴指向格林尼治平子午面与赤道的交点E，y轴垂直于xoz平面构成右手坐标系。地心大地坐标系的定义：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球短轴与地球自转轴重合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。9、极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移10、地球坐标系分类：采用CIO（国际协议原点）作为协议地极（conventionalTerrestrialPole——CTP），以协议地极为基准点的地球坐标系称为协议地球坐标系（ConventionalTerrestrialSystem——CTS），而与瞬时极相应的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。11、选择某一时刻t0作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过该瞬时岁差和章动改正后，作为z轴和x轴，由此构成的空固坐标系称为所取标准历元的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也称协议惯性坐标系（ConventionalInertialSystem—CIS）12、瞬时极（真）天球坐标系到瞬时（真）地球坐标系的转换模型13、世界时系统包括恒星时、平太阳时和世界时。恒星时(SiderealTime—ST)：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间称为恒星时。平太阳时（MT）：以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所确定的时间世界时（UniversalTime——UT）：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。UT+极移=UT1UT1+自转速度季节性变化=UT214、原子时（AIT）：原子时的原点为AT=UT2-0.0039s国际原子时（InternationalAtomicTime——IAT）15、力学时（DynamicTime—DT）：太阳系质心力学时（BarycentricDynamicTime——TDB）是相对于太阳系质心的运动方程所采用的时间参数。地球质心力学时（TerrestrialDynamicTime—TDT）是相对于地球质心的运动方程所采用的时间参数。TDT=IAT+32.184S若以ΔT表示地球质心力学时TDT与世界时UT1之间的时差，则可得：ΔT=TDT-UT1=IAT-UT1+32.184S16、协调世界时（CoordinateuniversalTime——UTC）：由于地球自转速度有长期变慢的趋势，近20年，世界时每年比原子时慢约1秒，且两者之差逐年积累。为避免发播的原子时与世界时之间产生过大偏差，从1972年采用了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时间系统，称为世界协调时或协调时。协调时与国际原子时的关系定义为：IAT=UTC+1S^nn为调整参数，由IERS发布民用时间为UTC17、GPS时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST与IAT在任一瞬间均有一常量偏差。IAT-GPST=19s时间系统及其关系图第三章1、卫星轨道：卫星在空间运行的轨迹称为轨道2、摄动力：摄动力或非中心力，包括地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、光辐射压力以及地球潮汐力等。3、在摄动力的作用下的卫星运动称为受摄运动，相应的卫星轨道称为受摄轨道。4、开普勒轨道参数：（描述卫星无摄运动）（1）a轨道的长半径es轨道椭圆偏心率这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。（2）升交点赤经：即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。轨道面倾角i：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。(3)s为近地点角距：即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角，表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。(4)fs为卫星的真近点角:即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。由上述6个参数所构成的坐标系统称为轨道坐标系，广泛用于描述卫星运动。在描述卫星无摄运动的6个开普勒轨道参数中，只有真近点角是时间的函数，其余均为常数。故卫星瞬间位置的计算，关键在于计算真近点角。第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号1、导航电文也称数据码（D码、卫星电文），是用户用来定位和导航的数据基础，由卫星星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟的运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码搜索P码的信息等组成。是GPS定位的数据基础，是以二进制码的形式，按帧发送的。2、卫星电文是以二进制码的形式，按帧发送的。每帧电文包含5个子帧，其中1，2，3子帧的内容每小时更新一次，而子帧4和子帧5的内容又各分为25页，每帧电文里的子帧4和5只取其中一页，25帧为一个子帧，发送的时间为12.5min。电文的内容（1）遥测码（TLW—TelemetryWord）遥测码位于各子帧开头，其中所含的同步信号为各子帧提供一个同步起点，便于用户从此起点译出电文（2）转换码（HOW—HandOverWord）转换码紧接着遥测码，提供如何由C/A捕获P码的信息，以便捕获跟踪P码第一数据块1中包含了卫星钟的改正数及其数据的龄期、星期的周数编号和卫星的工作状态。第二数据块2由子帧2和子帧3组成，包含了广播星历的参数，提供卫星的轨道信息。第三数据块3由子帧4和子帧5组成，包含了卫星的概略星历、卫星的工作状态等，用于选择适当的观测卫星，提高定位精度。3、码：用以表示各种不同信息的二进制数及其组合码元：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为(二进制）码元。4、随机噪声码：码元的出现无规律，不能复制5、自相关系数：设有一码序列U(t),经过j次平移后,变成U(t)序列,将两个码序列码元对齐,其中码元完全相同的个数为A个,码元不相同的为B个,则自相关系数R(t)为6、粗码C/A码，用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码，由两个10级反馈移位寄存器构成的G码产生7、伪随机噪声码：具有良好的自相关性并且按某种确定的编码规则编码，可人工复制的码序列。伪随机噪声码的产生（四级反馈移位寄存器）8、P码为卫星精测码，由两个伪随机码的乘积得到第五章GPS卫星定位基本原理1、GPS定位分类：（1）按用户接收机作业时所处的状态划分为静态定位和动态定位（2）按参考点的不同位置分为绝对定位（单点定位）和相对定位（3）2、测码伪距观测方程的常用形式如下：式中j为卫星数，j＝1，2，3…。忽略卫星之间钟差影响，并考虑电离层、对流层折射等影响，可得：3、载波相位观测方程4、整周未知数：在信号被接收机收到之前，卫星信号在空中传播的整相位数。5、周跳（cycleclips）是指在GPS全球定位系统技术的载波相位测量中，由于卫星信号的失锁而导致的整周计数的跳变或中断。6、静态绝对定位:也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。伪距观测方程的线性化:静态绝对定位时观测站是固定的，可以于不同历元同步观测不同卫星，取得充分多的伪距观测量，通过最小二乘平差，提高定位精度。由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知参数：纬度,经度,大地高程h,钟差t定位精度主要取决于（1）所测卫星在空间的几何分布（通常称为卫星分布的几何图形）（2）观测量精度。精度描述使用精度因子（精度衰减因子、精度系数、精度弥散）DOP-DilutionOfPrecision精度mx=DOP.00，DOP是权系数阵主对角线元素的函数,00伪距测量中误差平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)：相应的平面位置精度2122110)(qqHDOPHDOPmH高程精度因子VDOP(VerticalDOP):相应的高程精度为：21330)(qVDOPVDOPmV空间位置精度因子PDOP(PositionDOP)：相应的三维定位精度：213322110)(qqqPDOPPDOPmP接收机钟差精度因子TDOP(TimeDOP)，钟差精度：21440)(qTDOPTDOPmT几何精度因子GDOP(GeometricDOP)，描述空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子，相应的中误差：212221443322110)()()(TDOPPDOPqqqqGDOPGDOPmG卫星六面体的体积越大，所测卫星在空间的分布范围也越大，GDOP值越小；反之，卫星分布范围越小，GDOP值越大7、静态相对定位载波观测方程8、单差（Single-Difference——SD）:在不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。表示为)()()(12tttjjj9、双差（Double-Difference——DD）：在不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差之差。符号表示为)()()()()()()(1212tttttttjjkkjkk10、三差（Triple-Difference——TD）：于不同历元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之差。表达式为：)()()()()()()()()()()(111211122122212212tttttttttttjjkkjjkkkkk11、一般是采用双差法求解最终结果，而三差法则只是用于确定整周未知数或求得测站坐标的近似解。双差可以消去卫星钟的系统偏差、接收机时钟的误差、可以消去轨道(星历)误差的影响以及大气折射对观测值的影响单差可消除与卫星相关的载波相位及其钟误差，双差可消除与接收机相关的载波相位及其钟误差，三差可消除与卫星接收机有关的初始整周模糊度N。第七章GPS测量的误差来源及其影响（考察各类误差定义和消弱消除方法）1、GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差、与接收设备有关的误差。2、根据误差的性质分类：（1）系统误差：主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差