GPS卫星定位原理及其应用 定位的观测量、观测方程及误差分析

Presentation on theme: "GPS卫星定位原理及其应用 定位的观测量、观测方程及误差分析"— Presentation transcript:

1 GPS卫星定位原理及其应用 定位的观测量、观测方程及误差分析
2019/5/19

2 第五章 GPS定位的观测量、观测方程及误差分析
1.定位方法分类 绝对定位 相对定位 静态定位 动态定位 2.观测量的基本概念 根据码相位观测得出的伪距 根据载波相位观测得出的伪距 由积分多普勒计算得出的伪距差 由干涉法得出的时间延迟 2019/5/19

3 二、测码伪距观测方程 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
接收机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(Δt)推算出卫星至接收机的距离 接收机时钟应与卫星钟校时 2019/5/19

4 测码伪距观测示意图 Δt ρ = c (Δt) 2019/5/19 接 收 到 的 卫 星 测 距 码 接 收 仪 复 制 出 的

5 测码伪距计算 2019/5/19

6 测码伪距观测方程模型 由于卫星与观测站之间的距离，是卫星信号发射历元与该信号接收历元的函数，卫星钟差可以从导航电文中获得，同时考虑到电离层和对流层折射对伪距的影响，伪距观测方程可以写为以下常用形式： 2019/5/19

7 三、载波相位观测 载 波 L1 的 波 长 为 19 cm ，L2 的 波 长为 24 cm
接 收 机 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 机 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 机 复 制 出 的 相 位 T ρ = c TN 2019/5/19

8 载波信号的相位与传播时间 当以理想GPS时为准时，相位差可写为： 2019/5/19

9 卫星信号的传播时间 2019/5/19

10 测相伪距观测方程 卫星发射信号的相位与接收机的参考信号相位之间的相位差为： 2019/5/19

11 整周模糊度 接收机振荡器所产生的参考载波信号与接收到的卫星载波信号之间的相位差，只能测定不足一周的小数部分 时间 (0) 时间 (i)
整周数 整周数 相位差测量 整周变化数 相位差测量 2019/5/19

12 接收机相位差的确定 一般是未知的，通常称为整周未知数或整周待定值 2019/5/19

13 载波相位及其伪距观测方程 载波相位观测值方程： 测相伪距观测方程： 2019/5/19

14 简化后的载波相位及其观测值 载波相位观测值方程： 测相伪距观测方程： 2019/5/19

15 四、观测方程线性化 1.测码伪距观测方程线性化 表示卫星 在协议地球坐标系中的瞬时空间直角坐标向量
表示卫星 在协议地球坐标系中的瞬时空间直角坐标向量 表示观测站 在协议地球坐标系中空间直角坐标向量 2019/5/19

16 观测站至卫星的瞬时距离为： Y Z X 2019/5/19

17 假设下列变量： 卫星 于历元t 的坐标近似值向量 观测站 的坐标近似值向量 为卫星坐标的改正数向量 为观测站坐标的改正数向量
观测站 的坐标近似值向量 为卫星坐标的改正数向量 为观测站坐标的改正数向量 测站到卫星的方向余弦： 2019/5/19

18 观测站到卫星的瞬时距离线性化形式 测码伪距观测方程可表示为 2019/5/19

19 测码伪距观测方程的线性化形式为： 由于在GPS定位数据处理中，卫星坐标可以从导航电文计算得到，所以可以将卫星坐标视为已知值。
2019/5/19

20 2.测相伪距观测方程的线性化 将观测站至卫星瞬时距离线性化方程代入载波相位观测方程 将观测站至卫星瞬时距离线性化方程代入测相伪距观测方程
2019/5/19

21 由于在GPS定位数据处理中，卫星坐标可以从导航电文计算得到，所以可以将卫星坐标视为已知值。
载波相位观测方程的线性化为 2019/5/19

22 测相伪距观测方程的线性化为 2019/5/19

23 五、观测量的误差来源及其影响 1.误差的分类 与GPS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
根据误差的性质，上述误差可分为 系统误差 偶然误差 2019/5/19

24 系统误差的内容 引入相应的未知参数，在数据处理中同其它未知参数一并解算 观测误差 卫星的轨道误差 卫星钟差 接收机钟差 大气折射误差
采取的措施 引入相应的未知参数，在数据处理中同其它未知参数一并解算 建立系统误差模型，对观测量加以修正。 采用差分数据处理 简单地忽略某些系统误差的影响 偶然误差 多路径效应 观测误差 2019/5/19

25 2.与卫星有关的误差 （1）卫星钟差 参考时刻 卫星钟的钟速（或频率偏差） 卫星钟的钟速变率（或老化率） 卫星钟钟差 （2）卫星轨道偏差
处理轨道误差的方法 忽略轨道误差 采用轨道改进法处理观测数据 同步观测值求差 2019/5/19

26 4.与接收设备有关的误差 5.其它误差来源 3.卫星信号的传播误差 观测误差 地球自转的影响 电离层折射的影响 对流层折射的影响
多路径效应的影响 4.与接收设备有关的误差 观测误差 接收机钟差 载波相位观测的整周未知数 天线相位中心偏差 5.其它误差来源 地球自转的影响 相对论效应 2019/5/19