GPS卫星定位原理及其应用 电磁波的传播与GPS卫星的信号

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1 GPS卫星定位原理及其应用 电磁波的传播与GPS卫星的信号
2018/12/8

2 GPS定位的基本观测量 GPS定位的基本观测量 是观测站（用户接收机天线）到GPS卫星（信号发射天线）的距离（或称为信号传播路径）。
是通过测定卫星信号在该路径上的传播时间（时间延迟），或测定卫星载波信号相位在该路径上变化的周数（相位延迟）来导出的。 2018/12/8

3 距离测定原理 Xll Vl Xl lll 2018/12/8

4 距离测定原理 Xll Vl Xl lll l ll lV V Vll Vlll X lX 2018/12/8

5 距离测定原理 Xll Vl Xl lll Vll 2018/12/8

6 距离测定原理 Xll Vl Xl lll l ll lV V Vll Vlll X lX 距离 = 传播时间 x 光速 2018/12/8

7 电磁波传播原理简述 电磁波是一种随时间 t变化的正弦（或余弦）波。其数学表达式为： 初相角 角频率 振幅 2018/12/8

8 电磁波传播中常用公式的转换 2018/12/8

9 大气层对电磁波传播的影响 根据电磁波传播的不同影响，一般可将大气层分为： 1.对流层 系指从地面上约40Km范围内的大气底层。
对流层具有很强的对流作用，云、雾、雨、雪、风 等主要天气现象，均出现在其中，这些对电磁波的 传播具有很大的影响。 2.电离层 约为地面上70Km以上的范围。 由于太阳和其它天体的各种射线作用，使该层的大气分子发生电离。从而具有密度较高的带电粒子，对电磁波的传播具有很大的影响。 2018/12/8

10 对流层的处理办法 采用模型进行改正。 将对流层大气对电磁波的影响可以分为干分量和湿分量的联合影响 2018/12/8

11 减弱对流层折射改正项残差影响的主要措施 1.尽可能充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料。
2.利用水汽辐射计，准确地测定电磁波传播路径上的水汽积累量，以便精确的计算大气湿分量的改正项。 3.利用相对定位的差分法来减弱对流层大气折射的影响。 4.完善对流层大气折射改正模型。 2018/12/8

12 电离层改正模型 2018/12/8

13 减弱电离层影响的措施 1.利用两种不同的频率进行观测 2.两观测站同步观测量求差 2018/12/8

14 GPS卫星的测距码信号 GPS卫星所发射的信号包括： 载波信号 P码（或Y码） C/A码 数据码（又称作D码）
其中：C/A码和P码统称为测距码。 2018/12/8

15 GPS卫星信号的产生与构成的要求 1.适应多用户系统的要求 2.满足实时定位的要求 3.满足高精度定位的要求 4.满足军事保密的要求
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16 GPS卫星的导航电文（数据码） 导航电文主要包括： 1.与卫星有关的星历 2.卫星的工作状态 3.时间系统 4.卫星钟运行状态
5.轨道摄动改正 6.大气摄动改正 7.导航信息的数据码 2018/12/8

17 GPS卫星信号的构成 每 个 GPS 卫 星 播 发 一 组 信 号
每 组 信 号 包 括 两 个 不 同 频 率 的 载 波 信 号 (L1 和 L2)、两 个 不 同 的 测 距 码 信 号 (C/A 码 调 制 在 L1 载 波 上，P 码 或 Y 码 同 时 调 制 在 L1 及 L2 载 波 上) 以 及 卫 星 的 轨 道 信 息 基 准 频 率 MHz x 154 x 120 L MHz L MHz C/A 码 MHz P (Y) 码 MHz P (Y)-Code MHz /10 50 bit/s 卫 星 信 悉 ( 状 态 信 悉 和 星 历 ) 2018/12/8

18 载波相位测距 载 波 相 位 观 测 载 波 L1 的 波 长 为 19 cm ，L2 的 波 长为 24 cm
接 收 仪 将 接 收 到 的 卫 星 载 波 信 号的 相 位 与 其 自 身 产 生 的 参 考 载 波信 号 的 相 位 进 行 比 较 接 收 仪 开 机 后，相 位 整 周 数 未 知 (带 有 整 周 模 糊 度 ) 跟 踪 卫 星 时 间 较 长 时 距 离 的 变 化可 以 测 定 ( 整 周 数 保 持 不 变 ) 接 收 到 的 卫 星 相 位 接 收 仪 复 制 出 的 相 位 T D = c TN 2018/12/8

19 测距码伪距测定 测 距 伪 随 机 码 每 一 卫 星 播 发 一 个 伪 随 机 测 距 码 信 号，该 信 号 大 约 每 1 毫 秒 播 发 一 次 接 收 仪 同 时 复 制 出 一 个 同 样 结 构的 信 号 并 与 接 收 到 的 卫 星 信 号 进行 比 较 由 信 号 的 延 迟 时 间 (dT) 推 算 出 卫 星 至 接 收 仪 的 距 离 接 收 仪 时 钟 应 与 卫 星 钟 校 时 接 收 到 的 卫 星 测 距 码 接 收 仪 复 制 出 的 测 距 码 dT D = V (dT) 2018/12/8