7第七讲卫星导航定位系统工作原理资料

主讲：周建郑2授课内容一、GNSS定位实质二、GPS定位的几何原理三、码伪距单点定位四、载波相位单点定位3一、GNSS定位实质已知数据：卫星瞬时位置观测数据：卫星至接收机天线相位中心的距离待求值：地面点（接收机所处位置的）的三维位置4二、GPS定位的几何原理一个站星距离测站位于以卫星为球心，站星距离为半径的球面上5二、GPS定位的几何原理两个站星距离作两个球面两个球面相交为圆测站位于圆圈上6二、GPS定位的几何原理三个站星距离作三个球面三个球面两两相交于两点测站位于其中一点二、GPS定位的几何原理GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交会一个站星距离=球面两个站星距离=圆三个站星距离=两点三个站星距离+地球=一点8S0(Xu,Yu,Zu))('''siuittc)('siuibbctc),,(iiiZYXSVii'三、码伪距单点定位t’sit’uΔbiΔbu伪距=c((tu+Δbu)-(tsi+Δbsi))=c((tu-tsi)+Δbu-Δbsi))viontropD222)()()(uiuiuiZZYYXXtci9S0(Xu,Yu,Zu))('''siuittc)('siuibbctc),,(iiiZYXSVii'三、码伪距单点定位t’sit’uΔbiΔbu伪距=c((tu+Δbu)-(tsi+Δbsi))=c((tu-tsi)+Δbu-Δbsi))接收机标准GPS时卫星钟标准GPS时ΔtviontropD星历等效距离误差电离层折射改正对流层折射改正接收机噪声误差222)()()(uiuiuiZZYYXXtci10CbbcZZYYXXcsiuuiuiui)()()()(222'viontropD观测量卫星位置测站位置改正数接收机钟差思考题：为什么必须同时观测至少4颗卫星？11BZZYYXXρuiuiui'i222)()()(TBZYXX)(00000TdBdZdYdXdX)(1)'()(1)'()(1)'()(1)'(0000000000BZZZYYYXXXiiiiiiiiii2020200)()()(ZZYYXXρiiii其中1iiinmlSjrOXYZ12BZZYYXXρuiuiui'i222)()()(TBZYXX)(00000TdBdZdYdXdX)(cΔbu=B测站的初始坐标向量初始坐标改正数向量1)'()(1)'()(1)'()(1)'(0000000000BZZZYYYXXXiiiiiiiiii2020200)()()(ZZYYXXρiiii其中1iiinmlSjrOXYZ测站至卫星i方向余弦13公式线性化形式为dBdZdYdXnmlnmlnmlnml111122422322211140'30'20'10'4'3'2'1'AXL1111224223222111nmlnmlnmlnmlATLLLLL)(43210''iiiL坐标改正数的向量解LAdX11.观测4颗卫星情况142.观测卫星数为n时（n大于4）通过最小二乘平差求解误差方程式的形式uuuLdXAV1....11222111nnnnmlnmlnmlATnLLLL)...(21tnuvvvV)...(21152.观测卫星数为n时（n大于4）通过最小二乘平差求解误差方程式的形式uuuLdXAV)()(1uTuTAAAAdXuu16设在GPS标准时刻Ta卫星Sj发射的载波信号相为经传播延迟后，在GPS标准时刻Tb到达接收机。at四、载波相位单点定位17根据电磁波传播原理，Tb时接收到的和Ta时发射的相位不变，即，而在Tb时,接收机本振产生的载波相位为,可知，在Tb时，载波相位观测量为:jjbaTtbtjbatt公式3四、载波相位单点定位18,aaabbbTttTtt考虑到卫星钟差和接收机钟差，有:则有:对于卫星钟和接收机钟，其振荡器频率一般稳定良好，所以器信号的相位与频率的关系可表示为式中，f为信号频率，为微小时间间隔。以2π为单位。tjbbaaTtTt公式4tttft公式5四、载波相位单点定位19设fj为卫星发射的载波频率，fi为接收机本振产生的固定参考频率，且fi=fj=f，同时考虑到Tb=Ta+Δτ，则有：ba(5-14)513514)512jijijbajbbaafffffTTTfTftTft设为卫星发射的载波频率，为接收机本振产生的定参考频率，且＝＝，同时考虑到T＝＋，则有顾及（－）和（－两式，（－）式可改写为＝(5-15)bafftftba(5-14)513514)512jijijbajbbaafffffTTTfTftTft设为卫星发射的载波频率，为接收机本振产生的定参考频率，且＝＝，同时考虑到T＝＋，则有顾及（－）和（－两式，（－）式可改写为＝(5-15)bafftft综合公式5、6，可以将4式改写为：公式6公式7四、载波相位单点定位201212121516cC515f(5-17)c5ab传播延迟中考虑到电离层和对流层的影响和，则＝－－（－）式中，为电磁波传播速度，为卫星至接收机之间的几何距离。代入（－）式，有＝－－＋ftft考虑到（0k1211intfff--(5-18)ccc(5-18)kjjkjabk－）式，即顾及载波相位整周数NN后，有＝＋ftftN式即为接收机对卫星j的载波相位测量的观测方程。1212121516cC515f(5-17)c5ab传播延迟中考虑到电离层和对流层的影响和，则＝－－（－）式中，为电磁波传播速度，为卫星至接收机之间的几何距离。代入（－）式，有＝－－＋ftft考虑到（0k1211intfff--(5-18)ccc(5-18)kjjkjabk－）式，即顾及载波相位整周数NN后，有＝＋ftftN式即为接收机对卫星j的载波相位测量的观测方程。1212121516cC515f(5-17)c5ab传播延迟中考虑到电离层和对流层的影响和，则＝－－（－）式中，为电磁波传播速度，为卫星至接收机之间的几何距离。代入（－）式，有＝－－＋ftft考虑到（0k1211intfff--(5-18)ccc(5-18)kjjkjabk－）式，即顾及载波相位整周数NN后，有＝＋ftftN式即为接收机对卫星j的载波相位测量的观测方程。传播延迟Δτ中考虑到电离层和对流层的影响δρ1和δρ2，则有：其中，c为电磁波传播速度，ρ为卫星到接收机之间的几何距离。带入公式7后有：考虑到载波相位整周数,有：1212121516cC515f(5-17)c5ab传播延迟中考虑到电离层和对流层的影响和，则＝－－（－）式中，为电磁波传播速度，为卫星至接收机之间的几何距离。代入（－）式，有＝－－＋ftft考虑到（0k1211intfff--(5-18)ccc(5-18)kjjkjabk－）式，即顾及载波相位整周数NN后，有＝＋ftftN式即为接收机对卫星j的载波相位测量的观测方程。公式8公式9公式10四、载波相位单点定位