姓名：楊漢雄
學(xué)號：19011210569
【嵌牛導(dǎo)讀】GPS定位包括確定一個點(diǎn)的三維坐標(biāo)與實(shí)現(xiàn)同步這四個未知參數(shù)。當(dāng)前主流的GPS定位算法有有兩種：（1）偽距測量：測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時間土陪。（2）載波相位測量：測量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差。
【嵌牛正文】
????????GPS定位包括確定一個點(diǎn)的三維坐標(biāo)與實(shí)現(xiàn)同步這四個未知參數(shù)。未知數(shù)：緯度唯卖，經(jīng)度黍瞧，高程和時間尚困，三顆已知位置的衛(wèi)星各以自己為中心掏膏，以其到地面點(diǎn)的距離為半徑形成三個圓球劳翰，三個球面相交成一個地面點(diǎn)，3個距離段可以確定緯度壤追，經(jīng)度磕道，和高程——點(diǎn)的空間位置被確定。根據(jù)幾何與物理基本原理行冰，利用空間分布的衛(wèi)星以及衛(wèi)星與地面點(diǎn)間距離交會出地面點(diǎn)位置。時間參數(shù)可由GPS衛(wèi)星的測距碼與接收機(jī)本地的測距碼的時鐘差求出伶丐。
????????????當(dāng)前主流的GPS定位算法有有兩種：
????????（1）偽距測量：測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時間悼做。
????????（2）載波相位測量：測量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差。
1.偽距測量
????????偽距: 通過測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時間哗魂，從而求算出的接收機(jī)到衛(wèi)星的偽距離肛走。即：
????????其中△t為傳播時間，c為光速录别。
? ? ? ?由于衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘的誤差以及信號在傳播過程中經(jīng)過電離層和對流層的延遲朽色，以上求出的距離與衛(wèi)星與接收機(jī)的幾何距離存在偏差邻吞。它是偽距定位法的觀測量。
????????偽距ρ′與實(shí)際距離ρ的關(guān)系可用下式表示：
????????式中ρ為衛(wèi)星j到接收機(jī)k的幾何距離葫男；δt為接收機(jī)與衛(wèi)星鐘差抱冷；λ為測距碼波長；T為測距碼周期梢褐；n為整周數(shù)旺遮；τ′為使測距碼相關(guān)輸入最大的移位時間，τ′的計算公式如下：
????????將ρ解出后帶入同一直角坐標(biāo)下的歐式坐標(biāo)距離方程組：
????????在同時捕獲三個以上衛(wèi)星的情況下就能解出接收機(jī)k的空間坐標(biāo)盈咳，其中X,Y,Z為未知的接收機(jī)坐標(biāo)耿眉；Xj，Yj鱼响，Zj為捕獲的衛(wèi)星的空間坐標(biāo)鸣剪，ρj為衛(wèi)星j到接收機(jī)k的幾何距離。將（1）,（2）,（4）式聯(lián)立丈积，（2）式中的nλ可由接收機(jī)中的相關(guān)器得到西傀，這樣就可以在捕獲衛(wèi)星大于等于四的情況下，僅通過觀測傳播時間差△t桶癣，求解出接收機(jī)坐標(biāo)X,Y,Z拥褂，及接收機(jī)與衛(wèi)星鐘差δt，這樣就能夠大大降低GPS接收機(jī)的成本牙寞，并實(shí)現(xiàn)GPS定時的功能饺鹃。
2.載波相位測量
????????載波相位觀測量是測定GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號與接收機(jī)振蕩器產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差。載波相位觀測量理論上是GPS信號在接收時刻的瞬時載波相位值间雀。但實(shí)際上是無法直接測量出任何信號的瞬時載波相位值悔详，測量接收到的是具有多普勒頻移的載波信號與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差。
????????GPS信號被接收機(jī)接收后惹挟，首先進(jìn)行偽隨機(jī)碼的延時鎖定茄螃，即實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤。一旦跟蹤成功连锯，接收機(jī)的本地偽隨機(jī)碼就與衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼嚴(yán)格對齊归苍，給出偽距觀測量。之后利用鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)相位的鎖定运怖，鎖相后接收機(jī)本地信號相位與GPS載波信號相位相同拼弃，此時接收機(jī)本地信號相位與初始相位的差即為載波相位觀測量。
? ??????設(shè)衛(wèi)星上某一時刻的載波相位為φ0摇展，經(jīng)過距離L后到達(dá)接收機(jī)時相位為φ1吻氧，那么載波所經(jīng)歷過的載波相位變化為（φ1-φ0），其中，包括整周數(shù)和不足一周的小數(shù)部分盯孙。其測距公式為：
????????式中：l為衛(wèi)星到接收機(jī)的距離鲁森；λ為已知載波的波長；n0為（φ1-φ0）中整周期數(shù)部分振惰；△φ為載波相位（φ1-φ0）中不足一周的小數(shù)部分歌溉；△φ可以精確測量。如果從上述公式中能確定n0报账，那么測距誤差是很小研底。將其分別代入衛(wèi)星時鐘、接收機(jī)時鐘和其它誤差進(jìn)行展開變換透罢，可以得到載波相位測量的線性化方程：
????????式中：Vk為觀測隨機(jī)誤差榜晦；l，m羽圃，n為與衛(wèi)星 j的位置和接收機(jī) k的估算位置有關(guān)的常量乾胶；δx，δy朽寞，δz分別為接收機(jī) k估算位置的修正量识窿；δt為接收機(jī)鐘差，未知量脑融；n為接收機(jī) k接收第 j顆衛(wèi)星的整周模糊數(shù)喻频；Vk為誤差觀測方程中的常數(shù)項。通過上面的線性方程可以進(jìn)行接收機(jī)的位置計算肘迎。
????????（1）在GPS載波相位測量單點(diǎn)定位的情況下甥温，同樣觀測4顆GPS衛(wèi)星，卻要解求8個未知數(shù)妓布，因此姻蚓，不能夠僅僅依靠觀測4顆GPS衛(wèi)星的載波相位，來解算出用戶位置匣沼；
? ? ? ?（2）每增加觀測一顆GPS衛(wèi)星的載波相位狰挡，又要增加一個新的未知數(shù)（波數(shù)N），因此释涛，也不能夠用增加觀測GPS衛(wèi)星數(shù)的方法加叁，來解算出用戶位置；
????????（3）在GPS衛(wèi)星的一次通過中枢贿，如果GPS信號接收機(jī)能夠始終保持不中斷多普勒計數(shù)殉农，亦即，不發(fā)生周跳局荚，而能夠保持波數(shù)Nj固定不變化，則用多時元的GPS載波相位測量值，能夠解算出用戶位置耀态。
????????在GPS動態(tài)載波相位測量時轮傍，一般進(jìn)行“初始化測量”，亦即首装，在動態(tài)用戶航行之前创夜，需要進(jìn)行20min左右的靜態(tài)測量，而精確地解算出波數(shù)Nj仙逻。當(dāng)動態(tài)用戶航行后驰吓，將該解算出的波數(shù)視為已知值，而可按觀測4顆GPS衛(wèi)星的方法系奉，解算出動態(tài)用戶在每一個時元的實(shí)時位置檬贰。
3.GPS衛(wèi)星定位新技術(shù)
????????RTK載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法缺亮，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)翁涤，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。這是一種新的衛(wèi)星定位測量方法萌踱，以前的靜態(tài)葵礼、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度并鸵，而RTK是能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量方法鸳粉，它采用了載波相位動態(tài)實(shí)時差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑园担，它的出現(xiàn)為工程放樣届谈、地形測圖，各種控制測量帶來了新的測量原理和方法粉铐，極大地提高了作業(yè)效率疼约。
????????RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站子系統(tǒng)、管理控制中心子系統(tǒng)蝙泼、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)程剥、用戶數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)組成汤踏。
????????在RTK作業(yè)模式下织鲸，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)溪胶，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)搂擦，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果哗脖，歷時不足一秒鐘瀑踢。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)扳还，也可處于運(yùn)動狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)橱夭，也可在動態(tài)條件下直接開機(jī)氨距，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后棘劣，即可進(jìn)行每個歷元的實(shí)時處理俏让，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果茬暇。
