GPS测量原理及应用

GPS卫星信号

GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波

包含:载波、测距码、数据码,时钟频率为10.23MHZ

GPS使用L波段的两种载频,为了测量或者消除掉由于电离层效应而引起的延迟误差

L1载波fl1=19.032cm

L2载波fl2=24.42cm

伪随机噪声码(伪随机码或伪噪声码)PRN

具有一定周期的取值0和1的离散符号串,具有高斯噪声所有的良好自相关特征,而且具有某种确定的编码规则。

粗码C/A码

用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码

精码P(y)码

卫星的精测码,码率10.23MHZ,由两个伪随机码乘积得到。

主要的GPS接收机型号

徕卡 GPS1200

天宝5700/5800双频接收机

南方测绘 灵锐S82双频RTK

GPS接收机类型

按用途分:

1导航型接收机(车载型 航海型 航空型 星载型)

2测地型接收机(用于精密大地测量 采用载波相位观测 精度高)

3授时型接收机(用于天文台及无线电通中时间同步)

按接收机载波频率分:

1单频接收机(只接收L1载波信号 不能有效消除电离层延迟影响 只适合短基线小于15km的精密定位)

2双频接收机(同时接收L1、L2载波信号 可消除电离层对电磁波信号延迟影响)

GPS卫星定位基本原理

伪距测量

伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置,采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。

GPS卫星依据自己的时钟发出某一结构的测距码,该测距码经过t时间传播后到达接收机,接收机在自己的时钟控制下产生一组结构完全相同的测距码-复制码,并通过时延器使其延迟时间t’将两组测距码进行相关处理,直到自相关系数为1

载波相位法(精度高)

载波相位测量的观测是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差

周跳:在跟踪卫星过程中,由于某种原因,卫星失锁,计数器无法继续计数,信号重新被跟踪后,整周计数不正确,但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的现象。

GPS绝对定位(单点定位)

静态绝对定位:接收机天线处于静止状态下,确定观测站坐标的方法称为绝对定位法。

静态相对定位

相对定位是用两台接收机分别安置在基线的两端,同步观测相同的GPS卫星,以确定基线端点的相对位置或基线向量。

将观测值直接相减的过程叫做求一次差,所获得的结果被当做虚拟观测值,叫载波相位观测值的一次差或单差。

对载波相位观测值的一次差分观测值继续求差,所得的结果仍可以被当做虚拟观测值,叫做载波相位观测值的二次差或双差。

差分GPS定位技术:是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测,根据基准站已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数,并由基准站实时地将这一改正数发送,用户接收机在进行GPS观测同时,也接收到基准站的改正数,并对其定位结果进行改正,提高精度°

GPS定位误差:1多台接收机公有误差2传播延迟误差3接收机固有误差

差分GPS可分为1基准站差分2多个基准站差分3局部区域差分4广域差分

GPS卫星导航

1单点动态定位2伪距差分动态定位3动态载波相位差分测量

GPS测量的误差来源及其应用

偶然误差(信号的多路径效应)

系统误差(星历误差、卫星误差、接收机时钟误差、大气折射的误差)

与信号有关误差

1电离层折射(1双频观测2利用电离层改正模型加以修正3利用同步观测值求差)

2对流层折射(1采用对流层模型加以改正2引入描述对流层影响的附加待估参数3利用同步观测量求差4利用水气辐射计直接测定信号传播的影响)

3多路径误差(测站周围的反射物所反射的卫星信号进去接收机天线,和直接来自卫星的信号产生干涉,从而产生多路径效应)

(1选择合适站址2对接收机天线要求)

与卫星有关的误差

(1卫星星历误差2卫星钟的钟误差3相对论效应)

卫星星历数据来源1广播星历2实测星历

与接收机有关的误差

1接收机钟误差2接收机的位置误差3天线相位中心位置误差4GPS天线相位中心的误差

其他误差(1地球自转的影响2地球潮汐改正)

第八章GPS测量的设计与实施

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