GPS測量原理及應(yīng)用

GPS衛(wèi)星信號

GPS衛(wèi)星信號是GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的調(diào)制波

包含:載波、測距碼仰美、數(shù)據(jù)碼迷殿,時鐘頻率為10.23MHZ

GPS使用L波段的兩種載頻,為了測量或者消除掉由于電離層效應(yīng)而引起的延遲誤差

L1載波fl1=19.032cm

L2載波fl2=24.42cm

偽隨機噪聲碼(偽隨機碼或偽噪聲碼)PRN

具有一定周期的取值0和1的離散符號串咖杂,具有高斯噪聲所有的良好自相關(guān)特征庆寺,而且具有某種確定的編碼規(guī)則。

粗碼C/A碼

用于粗測距和捕獲GPS衛(wèi)星信號的偽隨機碼

精碼P(y)碼

衛(wèi)星的精測碼诉字,碼率10.23MHZ懦尝,由兩個偽隨機碼乘積得到。

主要的GPS接收機型號

徠卡 GPS1200

天寶5700/5800雙頻接收機

南方測繪 靈銳S82雙頻RTK

GPS接收機類型

按用途分:

1導(dǎo)航型接收機(車載型 航海型 航空型 星載型)

2測地型接收機(用于精密大地測量 采用載波相位觀測 精度高)

3授時型接收機(用于天文臺及無線電通中時間同步)

按接收機載波頻率分:

1單頻接收機(只接收L1載波信號 不能有效消除電離層延遲影響 只適合短基線小于15km的精密定位)

2雙頻接收機(同時接收L1壤圃、L2載波信號 可消除電離層對電磁波信號延遲影響)

GPS衛(wèi)星定位基本原理

偽距測量

偽距法定位是由GPS接收機在某一時刻測出得到四顆以上GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置陵霉,采用距離交會的方法求定接收機天線所在點的三維坐標(biāo)。

GPS衛(wèi)星依據(jù)自己的時鐘發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測距碼伍绳,該測距碼經(jīng)過t時間傳播后到達接收機踊挠,接收機在自己的時鐘控制下產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的測距碼-復(fù)制碼,并通過時延器使其延遲時間t’將兩組測距碼進行相關(guān)處理止毕,直到自相關(guān)系數(shù)為1

載波相位法(精度高)

載波相位測量的觀測是GPS接收機所接收的衛(wèi)星載波信號與接收機本振參考信號的相位差

周跳:在跟蹤衛(wèi)星過程中模蜡,由于某種原因,衛(wèi)星失鎖扁凛,計數(shù)器無法繼續(xù)計數(shù)忍疾,信號重新被跟蹤后,整周計數(shù)不正確谨朝,但是不到一個整周的相位觀測值仍是正確的現(xiàn)象卤妒。

GPS絕對定位(單點定位)

靜態(tài)絕對定位:接收機天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下,確定觀測站坐標(biāo)的方法稱為絕對定位法字币。

靜態(tài)相對定位

相對定位是用兩臺接收機分別安置在基線的兩端则披,同步觀測相同的GPS衛(wèi)星,以確定基線端點的相對位置或基線向量洗出。

將觀測值直接相減的過程叫做求一次差士复,所獲得的結(jié)果被當(dāng)做虛擬觀測值,叫載波相位觀測值的一次差或單差翩活。

對載波相位觀測值的一次差分觀測值繼續(xù)求差阱洪,所得的結(jié)果仍可以被當(dāng)做虛擬觀測值,叫做載波相位觀測值的二次差或雙差菠镇。

差分GPS定位技術(shù):是將一臺GPS接收機安置在基準站上進行觀測冗荸,根據(jù)基準站已知精密坐標(biāo),計算出基準站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)利耍,并由基準站實時地將這一改正數(shù)發(fā)送蚌本,用戶接收機在進行GPS觀測同時隘梨,也接收到基準站的改正數(shù)程癌,并對其定位結(jié)果進行改正,提高精度°

GPS定位誤差:1多臺接收機公有誤差2傳播延遲誤差3接收機固有誤差

差分GPS可分為1基準站差分2多個基準站差分3局部區(qū)域差分4廣域差分

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航

1單點動態(tài)定位2偽距差分動態(tài)定位3動態(tài)載波相位差分測量

GPS測量的誤差來源及其應(yīng)用

偶然誤差(信號的多路徑效應(yīng))

系統(tǒng)誤差(星歷誤差出嘹、衛(wèi)星誤差席楚、接收機時鐘誤差、大氣折射的誤差)

與信號有關(guān)誤差

1電離層折射(1雙頻觀測2利用電離層改正模型加以修正3利用同步觀測值求差)

2對流層折射(1采用對流層模型加以改正2引入描述對流層影響的附加待估參數(shù)3利用同步觀測量求差4利用水氣輻射計直接測定信號傳播的影響)

3多路徑誤差(測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號進去接收機天線税稼,和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉烦秩,從而產(chǎn)生多路徑效應(yīng))

(1選擇合適站址2對接收機天線要求)

與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

(1衛(wèi)星星歷誤差2衛(wèi)星鐘的鐘誤差3相對論效應(yīng))

衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)來源1廣播星歷2實測星歷

與接收機有關(guān)的誤差

1接收機鐘誤差2接收機的位置誤差3天線相位中心位置誤差4GPS天線相位中心的誤差

其他誤差(1地球自轉(zhuǎn)的影響2地球潮汐改正)

第八章GPS測量的設(shè)計與實施

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