GPS原理與運用

01 緒論

各大衛(wèi)星系統(tǒng)的特點

軌道 衛(wèi)星顆數(shù) 定位精度
GPS 6個軌道仇轻，每個軌道面相對地球赤道面傾角約55°，各軌道平面升交點的赤經(jīng)相差60°奶甘。軌道平均高度20200km篷店，衛(wèi)星運行周期11小時58分鐘 6×4=24顆（3顆備用） 6m
GLONASS 3個軌道，軌道平面傾角64.8°臭家，高度19100km疲陕，運行周期11小時15分鐘 21+3（現(xiàn)在有30+顆衛(wèi)星在軌） 12m
Galileo 3個軌道，軌道面傾角56°钉赁，高度24126km 27+3 10m(無增強)→1m
北斗 3個軌道面（間隔120°） 5(靜止)+27(中軌道)+3(傾斜同步軌道) 10m
  • GPS的特點：地球上的任何地點鸭轮、任何時刻至少有4顆衛(wèi)星可供同時觀測，且衛(wèi)星信號的傳播和接受不受天氣影響橄霉，即GPS是一種全球性、全天候的連續(xù)實時定位系統(tǒng)；采用碼分多址姓蜂，大地坐標系(WGS-84)按厘，世界協(xié)調(diào)時
  • GLONASS的特點：采用頻分多址體制，衛(wèi)星之間靠不同頻率來區(qū)分钱慢，每組頻率的偽隨機碼相同逮京，因此可以防止整個系統(tǒng)同時被敵方干擾，具有更強的抗干擾能力束莫。坐標系采用原蘇聯(lián)地心坐標系(PZ-90)懒棉。時間系統(tǒng)與莫斯科標準時相關(guān)聯(lián)
  • Galileo的特點：在研制和組建的過程中，軍方未直接參與览绿，該系統(tǒng)是一個具有商業(yè)性質(zhì)的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)策严，非軍方用戶受到政治因素影響較小。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行了改進饿敲，以最大限度的保證系統(tǒng)的可靠性妻导，并即時向指定用戶提供系統(tǒng)的完備性信息。采用了更好的原子鐘怀各、部署了更多的監(jiān)測站、在接收機中采用了噪聲抑制技術(shù)，故用戶能獲得更高的導(dǎo)航精度睡雇、系統(tǒng)的服務(wù)面以及應(yīng)用領(lǐng)域也更寬廣因痛。與GPS之間既保持相互獨立、又互相兼容硕蛹、具有互操作性
  • 北斗的特點：是一個軍民兩用的系統(tǒng)醇疼，主要功能包括快速定位、簡短通信（120個漢字）和精密授時妓美。采用了中國2000大地坐標系(CGS2000)僵腺；系統(tǒng)時間稱為北斗時，屬于原子時壶栋，其源頭是中國的協(xié)調(diào)世界時辰如，由國產(chǎn)原子鐘進行計時；采用碼分多址技術(shù)贵试，在 L 波段和 S 波段發(fā)送導(dǎo)航信號琉兜；傳輸?shù)男盘柗譃椤癐”和“Q”兩類，前者編碼較短毙玻，可用于開放服務(wù)（民用）豌蟋，后者編碼更長、且具有更強的抗干擾性桑滩，可用于需要授權(quán)的服務(wù)（軍用）

GPS系統(tǒng)的組成

  • GPS系統(tǒng)主要由三大部分組成：空間星座部分梧疲、地面監(jiān)測部分、用戶設(shè)備部分
    • 空間星座部分：24顆衛(wèi)星提供星歷和時間信息；發(fā)射偽距和載波信號幌氮；提供其他輔助信息
      • GPS衛(wèi)星的功能：
        • 接受和儲存由地面監(jiān)控站發(fā)出的導(dǎo)航信息缭受，接受并執(zhí)行監(jiān)控站發(fā)出的控制指令；
        • 進行部分必要的數(shù)據(jù)處理工作该互；
        • 通過星載銫鐘和銣鐘提供精密的時間標準米者，并向用戶發(fā)送定位信息
    • 用戶部分：接受并觀測衛(wèi)星信號；記錄和處理數(shù)據(jù)宇智；提供導(dǎo)航定位信息
      • 用戶接收機 = GPS接收機硬件 + 數(shù)據(jù)處理軟件 + 微處理機和終端設(shè)備
      • 功能：
        • 硬件：獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測量蔓搞，并經(jīng)簡單處理而實現(xiàn)實時導(dǎo)航和定位
        • 軟件：對觀測數(shù)據(jù)進行精加工(后處理)，以便獲得精密定位結(jié)果
    • 地面控制部分：中心控制系統(tǒng)随橘；實現(xiàn)時間同步喂分；跟蹤衛(wèi)星進行定軌
      • 監(jiān)控站(5個)、主控站(1個)太防、注入站(3個)
      • 主控站的主要任務(wù)：
        • 根據(jù)監(jiān)測站所有觀測資料計算并編制參數(shù)
        • 提供全球定位系統(tǒng)的時間基準
        • 調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星
        • 必要時可以啟用備用衛(wèi)星妻顶，代替失效的工作衛(wèi)星

衛(wèi)星定位技術(shù)的特點：

  • 觀測站之間無需通視
  • 定位精度高
  • 觀測時間短
  • 提供三維坐標
  • 操作簡便
  • 全天候作業(yè)

02 GPS定位的坐標系統(tǒng)及時間系統(tǒng)

天球坐標系的定義

天球的基本概念

  • 天球：以地球質(zhì)心 M 為中心，半徑 r 為任意長度的假想球體
  • 天軸：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸為天軸
  • 天極：天軸與天球的交點 P_n 和 P_s 稱為天極
  • 天球赤道面：通過地球質(zhì)心 M 并與天軸垂直的平面（與地球赤道面重合）
  • 天球赤道：天球赤道面與天球相交的大圓（是一個半徑任意大的圓——因為天球是一個半徑為任意長度的假想球體）
  • 天球子午面：包含天軸并通過地球上任意點的平面
  • 天球子午圈：天球子午面與天球相交形成的大圓
  • 時圈：通過天軸的平面與天球相交的半個大圓
  • 黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓
  • 黃極：通過天球中心且垂直于黃道面的直線與天球的交點稱為黃極
  • 春分點：太陽在黃道上從天球南半球向北半球運行時蜒车，黃道與天球赤道的交點 \gamma
  • 春分點和天球赤道面是建立參考系的重要基準點和基準面

天球坐標系

  • 天球空間直角坐標系：原點位于地球質(zhì)心 M讳嘱，z 軸指向天球北極 P_n，x 軸指向春分點 \gamma酿愧，y 軸垂直于 xMz 平面沥潭，與 x 軸和 z 軸構(gòu)成右手坐標系統(tǒng)
  • 天球球面坐標系：球面中心與地球質(zhì)心 M 重合，赤經(jīng) \alpha 為過春分點的天球子午面與過天體 s 的天球子午面之間的夾角嬉挡，赤緯 \delta 為原點 M 至天體 s 的連線與天球赤道面之間的夾角钝鸽，向徑 r 為原點 M 至天體 s 的距離。

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歲差

  • 春分點在黃道上緩慢西移 —— 歲差
  • 成因：地球的形體接近于一個赤道隆起的橢球體庞钢，在日月引力和其他天體引力對地球隆起部分的作用下拔恰，地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變
  • 地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞黃北極緩慢旋轉(zhuǎn)（北天極上方觀察為順時針方向）→ 北天極以同樣的方式繞黃北極旋轉(zhuǎn)
  • 只考慮日月引力的情況下，北天極將繞黃北極做半徑為黃赤交角 \epsilon 基括，周期為25800年的圓周運動颜懊。這種理想狀態(tài)下做規(guī)則圓周運動的北天極被稱為瞬時平北天極（簡稱平北天極）

章動

  • 考慮到月球運行軌道和地月距離的變化，在日月引力等因素的影響下风皿，實際上觀測到的北天極（稱為瞬時北天極）是繞著瞬時平北天極在做橢圓運動河爹，這種情況稱為章動
  • 歲差、章動疊加后的軌跡類似正弦曲線桐款，周期為18.6年

協(xié)議天球坐標系 → 協(xié)議地球坐標系

  • 協(xié)議天球坐標系 / 協(xié)議慣性坐標系：取某一瞬時作為標準歷元 t_0咸这，以此時的瞬時自轉(zhuǎn)軸和地心至瞬時春分點的方向，經(jīng)過該瞬時的歲差和章動改正后魔眨，分別作為 z 軸和 x 軸建立坐標系媳维。

  • 地球坐標系：兩種表達形式——地球空間直角坐標系酿雪，大地坐標系

  • 極移：地球內(nèi)部質(zhì)量不均勻，導(dǎo)致自轉(zhuǎn)軸在地球體內(nèi)部運動侄刽，地極點在地球表面上的位置隨時間變化

  • 協(xié)議地球坐標系：以地極點的平均位置作為基準點（國際協(xié)議原點/CIO）建立的地球坐標系执虹。相應(yīng)的赤道面稱為平赤道面/協(xié)議赤道面

  • 協(xié)議地球坐標系和協(xié)議天球坐標系的關(guān)聯(lián)：

    • 原點都位于地球質(zhì)心
    • 瞬時天球坐標系的 z 軸與瞬時地球坐標系的 Z 軸指向相同
    • 瞬時天球坐標系的 x 軸與瞬時地球坐標系的 X 軸指向不同，且其夾角為春分點的格林尼治恒星時

  • 協(xié)議天球坐標系轉(zhuǎn)換為協(xié)議地球坐標系
    \begin{align*} \bold{協(xié)議天球坐標系}&\xrightarrow{歲差唠梨、章動旋轉(zhuǎn)}真天球坐標系(瞬時天球)\\ &\xrightarrow{旋轉(zhuǎn)真春分點時角}真地球坐標系(瞬時地球)\\ &\xrightarrow{極移旋轉(zhuǎn)}\bold{協(xié)議地球坐標系}\\ \end{align*}

坐標系

高斯投影和UTM投影 (比較)

  • 橢圓面上任一角度，投影到平面上后保持不變 (等角投影)
  • 中央子午線投影為縱坐標軸侥啤，且是投影的對稱軸
  • 高斯投影的中央子午線長度變形 m_0=1当叭，而UTM投影的長度變形 m_0=0.9996

WGS-84 坐標系

  • 原點：地球質(zhì)心 M
  • Z 軸：BIH1984.0 定義的協(xié)議地極CTP
  • X 軸：BIH1984.0 定義的零子午面與 CTP 相應(yīng)的赤道的交點

時間

  • 時間基準的要求：周期性、穩(wěn)定性盖灸、復(fù)現(xiàn)性

  • GPS采用的時間系統(tǒng)：恒星時蚁鳖、力學(xué)時、原子時

  • 世界時系統(tǒng)：以地球自轉(zhuǎn)為基準赁炎，根據(jù)空間參考點不同可分為：恒星時醉箕、平太陽時、世界時

  • 恒星時 / ST：以春分點為參考點徙垫，由春分點的周日視運動所確定的時間

  • 平太陽時 / MT：假設(shè)一參考點（平太陽點）在天球赤道上以真太陽平均速度做周年視運動讥裤，并以此建立的時間

  • 世界時 / UT：以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時（恒星時和平太陽時都具有地方性）

  • 原子時 / AT：以物質(zhì)內(nèi)部原子運動的特征為基礎(chǔ)的原子時系統(tǒng)，國際上平均各地原子鐘姻报，采用國際原子時 / IAT

  • 力學(xué)時 / DT：建立天體力學(xué)運動方程時采用的獨立時間變量 T己英，可分為太陽系質(zhì)心力學(xué)時和地球質(zhì)心力學(xué)時

  • 協(xié)調(diào)世界時 / UTC：以原子時秒長為基礎(chǔ)，在時刻上盡量接近于世界時的折中的時間系統(tǒng)

  • GPS時間系統(tǒng) / GPST：一種原子時吴旋，秒長與原子時相同损肛，但是與IAT有不同的起點，即：
    IAT-GPST=19(s)

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時間性的重要意義

  • GPS衛(wèi)星位置不斷變化：誤差1cm=時間精度2.6*10^(-6)s
  • 信號傳播的時間需要精確測量：誤差1cm=時間精度3*10^(-11)s
  • 地球上點的天球坐標不斷變化：誤差1cm=時間精度2*10^(-5)s

03衛(wèi)星運動及GPS衛(wèi)星信號

  • 衛(wèi)星受到的作用力分為兩類：

    • 地球質(zhì)心引力
    • 攝動力：非中心引力（具體見后）
      • 太陽荣瑟、月亮及其他天體引力
      • 大氣阻力治拿、太陽光壓力、地球潮汐作用力

開普勒定律

  • 開普勒第一定律：衛(wèi)星運動的軌道是一個橢圓笆焰，其一焦點與地球的質(zhì)心重合

    • 衛(wèi)星繞地球質(zhì)心運動的軌道方程：
      r=\frac{a_s(1-e_s^2)}{1+e_s cosf_s}
      其中 r 為衛(wèi)星的地心距離劫谅，a_s 為軌道橢圓的長半軸，e_s 為軌道橢圓的離心率仙辟，f_s 為真近點角

  • 開普勒第三定律：衛(wèi)星運行周期的平方同波，同軌道橢圓長半徑的立方之比為一常量——地球引力常數(shù)的倒數(shù)：
    \frac{T_s^2}{a_s^3}=\frac{4\pi^2}{GM}

衛(wèi)星軌道參數(shù)

  • 開普勒軌道參數(shù)，用于描述衛(wèi)星的無攝運動
  • a_s：橢圓軌道的長半軸叠国，軌道橢圓形狀參數(shù)
  • e_s：軌道橢圓的偏心率未檩，軌道橢圓形狀參數(shù)
  • \Omega：升交點的赤經(jīng)，軌道平面定向參數(shù)
  • i：軌道面傾角粟焊，軌道平面定向參數(shù)
  • \omega_s：近地點角距冤狡，軌道橢圓定向參數(shù)
  • f_s：衛(wèi)星的真近點角（軌道平面上衛(wèi)星與近地點之間的地心角距）孙蒙，是一個以時間為參數(shù)的函數(shù)，確定了衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置

[站外圖片上傳中...(image-62546f-1607394660198)]

衛(wèi)星攝動力

攝動力種類

  • 地球體的非球性及其質(zhì)量分布不均勻而引起的作用力悲雳，即地球的非中心引力
  • 太陽的引力挎峦、月球的引力
  • 太陽光的直接與間接輻射壓力
  • 大氣阻力（影響小）
  • 地球潮汐的作用力（包括海洋和固體潮汐）
  • 磁力及其他作用力

攝動力對衛(wèi)星運動的影響

  • 引起軌道平面在空間旋轉(zhuǎn)合瓢，使升交點赤經(jīng) \Omega 產(chǎn)生周期性變化
  • 引起近地點在軌道平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)坦胶，導(dǎo)致近地點角距 \omega 的變化
  • 引起平近點角 M 的變化

日月引力對衛(wèi)星運動的影響

  • 導(dǎo)致衛(wèi)星在3h弧段上，在徑向晴楔、法向和切向上產(chǎn)生50~150m的位置誤差
  • 導(dǎo)致衛(wèi)星在4h弧段上對軌道參數(shù)造成攝動量影響

GPS衛(wèi)星星歷

什么是衛(wèi)星星歷

  • 衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運動軌道的信息顿苇，即是一組對應(yīng)于某一時刻的衛(wèi)星軌道根數(shù)及變率
  • 根據(jù)衛(wèi)星星歷可以計算出任一時刻的衛(wèi)星位置及其速度
  • GPS衛(wèi)星星歷分為預(yù)報星歷（廣播星歷）和后處理星歷（精密星歷）

什么是預(yù)報星歷

  • 預(yù)報星歷是由衛(wèi)星發(fā)射含有軌道信息的導(dǎo)航電文給用戶，用戶利用接收機直接接受并解碼即可得到的星歷
  • 預(yù)報星歷包含根據(jù)監(jiān)測站約一周的觀測資料推算所得的相對某一參考歷元的軌道參數(shù)和攝動改正項參數(shù)税弃，即參考星歷
  • 通過軌道參數(shù)的攝動項對參考星歷加以改正纪岁，可以外推出任意觀測歷元的衛(wèi)星星歷
  • 預(yù)報星歷每小時更新一次，參考歷元如果選在兩次更新的中央時刻则果，那么外推時間間隔最大不會超過0.5小時幔翰，能夠更好的保證精度（一般約20～40m）
  • 預(yù)報星歷包含外推誤差，不能滿足精密定位的需求

什么是后處理星歷

  • 后處理星歷是根據(jù)地面跟蹤站所獲得的精密觀測資料計算得到的星歷
  • 是一種不包含外推誤差的實測星歷西壮，精度可達米級
  • 用戶無法實時通過接受衛(wèi)星信號而獲得遗增，只能事后通過通訊媒體從服務(wù)商處獲得
  • 是一種有償服務(wù)

偽隨機碼

  • 具有類似隨機碼的良好的自相關(guān)特性，且具有某種確定的編碼規(guī)則茸时，便于人工復(fù)制（可復(fù)制）
  • GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號中包含了C/A碼和P碼兩種偽隨機噪聲碼

碼的概念

  • 碼：是一種表達信息的二進制數(shù)及其組合贡定，是一組二進制的數(shù)碼序列

  • 碼元：某一特定時間長度內(nèi)的碼的組合

  • 編碼：將各種信息按某種預(yù)定的規(guī)則，表示為二進制數(shù)的組合

  • 數(shù)碼率：每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)

  • 自相關(guān)函數(shù)：兩個碼序列中可都，相同的碼元個數(shù)為 Su缓待，相異的碼元個數(shù)為 Du，自相關(guān)函數(shù)即：
    R(t)=\frac{Su-Du}{Su+Du}

  • 碼序列完全對齊時渠牲，R(t)=1

  • 信號調(diào)制：使一種波形的某些特性按另一種波形或信號變化的過程或處理方法

  • 信號解調(diào)：從攜帶信息的已調(diào)信號中恢復(fù)消息的過程

C/A碼

  • 由兩個10級反饋移位寄存器組合產(chǎn)生
  • 特點：
    • 碼長較短旋炒，易于捕獲。而通過捕獲C/A碼所得到的信息签杈，可以很方便的捕獲P碼瘫镇，所以通常稱C/A碼為捕獲碼
    • 碼元寬度較大，精度較低答姥。因此稱為粗捕獲碼

P碼

  • 由兩個12級反饋移位寄存器組合產(chǎn)生
  • 特點：
    • 碼長長铣除，無法通過與搜索C/A碼相同的辦法來捕獲P碼
    • 碼元寬度為C/A碼的1/10，因此精密度更高（為C/A碼的1/10）鹦付，可以用于較精密的導(dǎo)航定位尚粘，稱為精碼
    • 美國政府對P碼保密，不供民用

GPS導(dǎo)航電文

  • 是用戶用來定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)敲长。
  • 內(nèi)容主要包括：衛(wèi)星星歷郎嫁、時鐘改正秉继、電離層延遲改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)信息泽铛、由C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息
  • 導(dǎo)航電文的信息以二進制碼的形式按規(guī)定格式組成尚辑，并按幀播發(fā)給用戶。因此又稱為數(shù)據(jù)碼(D碼)

導(dǎo)航電文的格式

  • 基本單位是“幀”盔腔，一幀導(dǎo)航電文長1500bit杠茬，包含5個子幀。
  • 每個子幀分別含有10個字弛随，每個字含30bit電文澈蝙。
  • 電文播發(fā)速率為50bit/s，即每播發(fā)一幀電文需要30s時間
  • 子幀4撵幽、5含有25頁，以和25顆GPS衛(wèi)星的星歷對應(yīng)礁击。子幀1盐杂、2、3與子幀4哆窿、5的每一頁構(gòu)成一幀電文链烈。故每25幀導(dǎo)航電文組成一個主幀
  • 在每一幀電文中，1挚躯、2强衡、3子幀的內(nèi)容每30s重復(fù)一次，每小時更新一次码荔；子幀4漩勤、5的內(nèi)容在給衛(wèi)星注入新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)后更新

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導(dǎo)航電文的內(nèi)容

  • 遙測碼：位于各子幀的開頭，用于表明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)
  • 轉(zhuǎn)換碼：位于每個子幀的第二個字碼缩搅，提供用戶從捕獲的C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的Z計數(shù)
  • 第一數(shù)據(jù)塊：包括第1子幀的第3~10字碼越败，內(nèi)容為標識碼、時延差改正硼瓣、星期序號究飞、衛(wèi)星的健康狀況、數(shù)據(jù)齡期及衛(wèi)星時鐘改正系數(shù)
  • 第二數(shù)據(jù)塊：包括2堂鲤、3兩個子幀亿傅，內(nèi)容為GPS衛(wèi)星星歷（開普勒軌道系數(shù)、軌道攝動9參數(shù)瘟栖、時間參數(shù)）
  • 第三數(shù)據(jù)塊：包括4葵擎、5兩個子幀，內(nèi)容為所有GPS衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)

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偽距測量

  • 碼相關(guān)法偽距測量：通過調(diào)整自相關(guān)函數(shù) R(t) 的值慢宗，來測定測距碼由衛(wèi)星到達測站的傳播時間實現(xiàn)

  • 自相關(guān)函數(shù) R(t) 的值是關(guān)于測距碼信號傳播時間 \Delta t 與 接收機復(fù)制碼的時間延遲 \tau 之差的函數(shù)：

    • \Delta t-\tau=0坪蚁，R(t)=1
    • \Delta t-\tau>t_u奔穿，R(t)=1/T，其中 t_u 代表一個碼元

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載波相位測量

  • 使用專門的高頻信號——載波調(diào)制C/A敏晤、P贱田、D碼發(fā)送：

    • L_1 載波：調(diào)制C/A碼、P碼嘴脾、導(dǎo)航電文男摧；基準頻率的154倍
    • L_2 載波：調(diào)制P碼、導(dǎo)航電文译打；基準頻率的120倍
    • 基準頻率 f_0=10.23MHz耗拓，C/A碼頻率是基準頻率的1/10，P碼頻率與基準頻率相等

  • 接收機 M 內(nèi)部的振蕩器可以產(chǎn)生一個頻率和初相完全與衛(wèi)星 S 發(fā)出的信號相同的基準信號奏司，從而計算相位差

  • 在起始歷元 t_0 進行首次載波相位測量時乔询，所得的像元差包括整周部分 N_0 和不足一個整周部分 F^0(\phi)，即
    \phi ^0(M)-\phi^0(S)=N_0+F^0(\phi)

  • 由于載波是一個單純的正弦波韵洋，無法辨識是第幾周的相位竿刁，故存在整周未知數(shù) N_0 (整周模糊度) 無法直接測定

  • 在首次測量后，接收機連續(xù)追蹤測量衛(wèi)星信號時搪缨，會記錄此時的整周數(shù)變化值 In(\phi) 和對應(yīng)的不足一整周數(shù) F^i (\phi)食拜，此時：
    \phi=N_0+\tilde\phi=N_0+In^i(\phi)+F^i(\phi)

  • 在衛(wèi)星信號中斷時，會丟失 In(\phi) 中的一部分整周數(shù)副编，稱為整周跳變/周跳负甸。注意，F(\phi) 是瞬時值痹届，不受周跳影響

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SA政策

  • 標準定位業(yè)務(wù)SPS呻待，精密定位業(yè)務(wù)PPS
  • 即 Selective Availability / 選擇可用性，限制使用GPS衛(wèi)星信號队腐，使未經(jīng)美國政府特許的GPS用戶的實時定位精度降低到一個允許的水平带污，以保護美國自身利益
  • SA技術(shù)：
    • 對信號基準頻率的 \delta 技術(shù)：在工作衛(wèi)星信號基準頻率中加入一個人工高頻抖動信號，使GPS衛(wèi)星頻率產(chǎn)生快速變化（稱為鐘頻抖動）
    • 對導(dǎo)航電文 \epsilon 技術(shù)
    • 對P碼加密技術(shù)
  • SA對定位的影響
    • 降低單點精度香到，廣播星歷精度由 20m 降低到 100m鱼冀，且誤差是不規(guī)則變化的隨機量
    • 降低長距離相對定位的精度
    • 增加了高精度相對定位數(shù)據(jù)處理及整周未知數(shù)確定的難度

04 GPS定位原理

  • 絕對定位使用偽隨機碼，相對定位使用載波相位法

GPS測時

  • 單站單機測時法
  • 共視法：可以消除衛(wèi)星鐘差的影響并明顯減弱衛(wèi)星軌道誤差和大氣折射誤差的影響悠就，故所得相對鐘差的精度較高

GPS絕對定位

  • 以地球質(zhì)心為參考點千绪，確定接收機天線在 WGS-84 坐標系中的絕對位置。
  • 定位過程僅需一臺接收機梗脾，又稱為單點定位
  • 絕對定位的基本原理：以衛(wèi)星和接收機天線之間的距離觀測量為基準荸型，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標系，來確定用戶接收天線所處的位置
  • 絕對定位的實質(zhì)：空間距離后方交會
  • 定位時炸茧，在一個測站上需要實時求解4個未知參數(shù)（3個點位坐標量+1個鐘差參數(shù)）瑞妇，因此至少需要4個同步偽距觀測量稿静，即必須同步觀測4顆以上衛(wèi)星
  • 動態(tài)絕對定位：接受設(shè)備安置在運動的載體上
  • 靜態(tài)絕對定位：當接收機天線處于靜止狀態(tài)時，確定觀測站絕對位置坐標的方法
  • 在GPS靜態(tài)絕對定位中辕狰，定位精度取決于：
    • 單位權(quán)中誤差 \delta_0：由碼相關(guān)偽距測量的精度改备、衛(wèi)星星歷精度、大氣折射影響等因素確定
    • 未知參數(shù)的協(xié)因素矩陣 Q_{T_i}：由觀測衛(wèi)星的空間幾何分布確定

衛(wèi)星幾何分布精度因子

  • 衛(wèi)星幾何分布精度因子/DOP：用于衡量在GPS導(dǎo)航及定位測量中蔓倍，觀測衛(wèi)星的空間幾何分布對定位精度的影響
  • 三維位置精度因子/PDOP
  • 鐘差精度因子/TDOP
  • 垂直分量精度因子/VDOP
  • 水平分量精度因子/HDOP
  • GPS絕對定位誤差與精度因子的大小成正比悬钳，在觀測精度確定的情況下，應(yīng)盡量選用精度因子小的一組衛(wèi)星偶翅。這一過程稱為選星

GPS 相對定位

  • 靜態(tài)相對定位：將兩臺接收機分別安置在基線的兩個端點默勾，其位置靜止不動，并同步觀測相同的4顆以上的GPS衛(wèi)星聚谁，以確定基線兩個端點在協(xié)議地球坐標系中的相對位置母剥。
  • 靜態(tài)相對定位精度高（廣播星歷下10^(-7) ～ 10^(-6)，高于使用碼相關(guān)偽距測量的絕對定位）形导，但是定位觀測的時間也很長（同步跟蹤4顆衛(wèi)星的情況下通常要觀測1～1.5小時）
  • 動態(tài)相對定位：亦可稱作差分GPS定位媳搪，即使用兩臺接收機，一臺在基準站上固定不動骤宣，一臺安置在運動的載體上，同步觀測相同的衛(wèi)星序愚，并在觀測值之間求差憔披，以消除具有相關(guān)性的誤差，提高定位精度

單差觀測

  • 不同觀測站爸吮，同步觀測相同衛(wèi)星所得觀測量之差
  • 優(yōu)點：
    • 消除了衛(wèi)星鐘誤差的影響
    • 大大削弱了衛(wèi)星星歷誤差的影響
    • 大大削弱了對流層折射和電離層折射誤差的影響（在短距離內(nèi)幾乎可以完全消除）

雙差觀測

  • 不同觀測站芬膝，同步觀測同一組衛(wèi)星，所得單差觀測量之差
  • 可以消除接收機鐘差影響

三差觀測

  • 在不同歷元形娇，同步觀測一組衛(wèi)星所得雙差觀測量之差
  • 不含有整周未知數(shù)

差分GPS

  • 根據(jù)信息的發(fā)送方式可以分為偽距差分锰霜、相位差分、位置差分
  • 根據(jù)基站個數(shù)(書中其后的表述為“根據(jù)用戶站所接受的改正信息形式”)可以分為單基準差分桐早、多基準的局部區(qū)域差分癣缅、廣域差分
  • 什么是差分：由用戶接收基準站發(fā)送的改正數(shù)，并對其測量結(jié)果進行改正以獲得精密定位的結(jié)果

偽距差分

  • 利用基準站已知坐標求出測站至衛(wèi)星的距離哄酝，并將其與含有誤差的測量距離進行比較友存，利用一個濾波器將此差值濾波并求出其偏差，再將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶陶衅，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距屡立，進而利用改正后的偽距求出自身的坐標
  • 差分定位是利用兩站的公共誤差的抵消來提高定位精度，隨著兩站距離的增加搀军，誤差公共性逐漸減弱膨俐，同時精度逐漸降低

位置差分

  • 利用安置在已知點上的GPS接收機勇皇，對4顆或4顆以上的衛(wèi)星觀測，求出基準站的坐標焚刺，并利用基準站以數(shù)據(jù)鏈方式發(fā)送到用戶站的坐標改正數(shù)進行改正
  • 消除了基準站和用戶站的共同誤差（衛(wèi)星星歷誤差敛摘、大氣折射誤差、衛(wèi)星鐘差檩坚、SA政策影響）
  • 優(yōu)點：傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)較少着撩，計算方法簡單，任何一種GPS接收機都可以改裝成這種差分系統(tǒng)
  • 缺點：
    • 基準站和用戶站必須同步觀測同一組衛(wèi)星匾委，否則會導(dǎo)致定位誤差不匹配拖叙，影響定位精度
    • 效果不如偽距差分

載波相位差分

  • 基本原理：在基準站上安置一臺GPS接收機，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測赂乐，并通過無線電設(shè)備實時地將觀測數(shù)據(jù)及測站坐標信息傳送給用戶薯鳍；用戶站一方面通過接收GPS衛(wèi)星信號，另一方面通過無線電接收設(shè)備接收基站傳送的信息挨措，根據(jù)相對定位原理進行數(shù)據(jù)處理挖滤，實時地以厘米級精度給出用戶站三維坐標
  • 優(yōu)點：精度很高，其噪聲誤差遠遠小于測距碼測量下的噪聲誤差
  • 缺點：求解整周未知數(shù)需要進行1～2h的靜止觀測浅役，應(yīng)用范圍有限

廣域差分GPS

單基準站差分GPS（SRDGPS）

  • 定義：是根據(jù)一個基準站所提供的差分改正信息對用戶站進行改正的差分GPS系統(tǒng)
  • 該系統(tǒng)由基準站斩松、無線電數(shù)據(jù)通信鏈及用戶站三部分組成
  • 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)和算法簡單
  • 缺點：由于要求用戶站誤差和基準站誤差有較強的相關(guān)性，定位精度將隨著用戶站與基準站之間距離的增加而迅速降低觉既；由于僅根據(jù)單個基準站所提供的改正信息來進行定位改正惧盹，定位的精度和可靠性都較差（解決方法：設(shè)置監(jiān)控站改正信息進行檢核）

區(qū)域差分GPS系統(tǒng)（LADGPS）

  • 定義：在一個較大的區(qū)域布設(shè)多個基準站以構(gòu)成基準站網(wǎng)（其中包含一個或多個監(jiān)控站），位于該區(qū)域中的用戶能根據(jù)多個基準站提供的改正信息經(jīng)平差計算后求得用戶站定位改正數(shù)瞪讼，這一系統(tǒng)稱為區(qū)域差分GPS系統(tǒng)
  • 優(yōu)點：較單基準站差分GPS系統(tǒng)的可靠性和精度均有所提高
  • 缺點：
    • 改正模型設(shè)定有誤（認為所有的誤差對定位的影響特征是相同的钧椰，而把各種誤差綜合在一起進行改正）
    • 由于改正模型有誤，只有在用戶離基準站不太遠時才能獲得較好的精度
    • 為保證精度符欠，基準站必須保持一定的密度(小于30km)和均勻度嫡霞。大面積區(qū)域難以覆蓋，且部分區(qū)域可能無法永久性設(shè)站

廣域差分GPS系統(tǒng)（WADGPS）

  • 將觀測誤差根據(jù)來源劃分為星歷誤差希柿、衛(wèi)星鐘差诊沪、大氣折射誤差來進行改正，從而提高精度和可靠性
  • 系統(tǒng)構(gòu)成：主站曾撤、監(jiān)測站娄徊、數(shù)據(jù)通信鏈、用戶設(shè)備
  • 優(yōu)點：
    • 定位精度與用戶站和基準站之間的距離無關(guān)
    • 在大區(qū)域內(nèi)建網(wǎng)所需監(jiān)測站數(shù)量少盾戴，成本低
    • 具有較均勻的精度分布
    • 可以覆蓋到區(qū)域差分GPS不易覆蓋的區(qū)域
  • 缺點：系統(tǒng)使用的硬件設(shè)備及通信工具昂貴寄锐，軟件技術(shù)復(fù)雜，運行和維持費用遠高于區(qū)域差分GPS

整周未知數(shù)的確定方法

  • 靜態(tài)求解方法
    • 平差待定參數(shù)法
    • 三差法
    • 交換天線法
  • 動態(tài)求解方法
    • 最小二乘搜索法
    • 模糊度函數(shù)法
    • 綜合法

05 GPS測量的誤差來源

GPS測量誤差的分類

項目 誤差來源 對距離測量的影響/m
衛(wèi)星部分 星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差橄仆、相對論效應(yīng) 1.5~15
信號傳播 電離層剩膘、對流層、多路徑效應(yīng) 1.5~15
信號接收 接收機鐘誤差盆顾、位置誤差怠褐、天線相位中心變化 1.5~5
其他影響 地球潮汐、負荷潮 1.0
  • 上述誤差還可以分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類：
    • 偶然誤差：衛(wèi)星信號的多路徑效應(yīng)及觀測誤差
    • 系統(tǒng)誤差：衛(wèi)星的軌道誤差您宪、衛(wèi)星鐘差奈懒、接收機鐘差、大氣折射誤差
    • 系統(tǒng)誤差遠大于偶然誤差宪巨，是GPS測量的主要誤差源
  • 系統(tǒng)誤差有規(guī)律可循磷杏，可以采取措施加以消除或減弱：
    • 建立系統(tǒng)誤差模型，對觀測量進行修正
    • 引入相應(yīng)的未知參數(shù)捏卓，同其他未知參數(shù)一并求解
    • 將不同觀測站對相同衛(wèi)星進行的同步觀測值求差
  • GPS星歷誤差：衛(wèi)星星歷所提供的空間位置與實際位置的偏差
    • 對相對定位的影響遠小于對單點定位的影響
  • 衛(wèi)星鐘誤差：鐘差极祸、頻偏、頻飄以及鐘的隨機誤差
  • 相對論效應(yīng)：相對運動所帶來的時間誤差怠晴，即是由于衛(wèi)星鐘和接收機鐘所處的狀態(tài)（運動速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象
  • 電離層影響：信號通過電離層時路徑彎曲遥金、傳播速度變化，使得信號的傳播時間乘上真空中光速而得到的距離不等于實際幾何距離
    • 可以使用雙頻接收機或者同步觀測來減弱影響
  • 對流層影響：路徑發(fā)生彎曲蒜田，測量距離產(chǎn)生偏差
  • 多路徑效應(yīng)：接收機天線在直接接受衛(wèi)星信號的同時稿械，還可能接收到天線周圍物體或地面反射的衛(wèi)星信號，兩種信號的疊加導(dǎo)致天線相位中心位置的遷移冲粤，使觀測量產(chǎn)生誤差
    • 應(yīng)選擇合適的站址：遠離大面積平靜水面美莫、測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中色解，應(yīng)離開高層建筑物
    • 應(yīng)在天線中設(shè)置抑徑板
    • 天線應(yīng)對極化特性不同的反射信號有較強的抑制作用
  • 接收機鐘差：在衛(wèi)星間求一次差即可消除
  • 天線相位中心變化：天線相位中心隨著信號輸入的強度和方向不同會有所變化，觀測時相位中心的瞬時位置與理論上的相位中心將有所不同餐茵，導(dǎo)致一定的偏差

06 GPS 測量技術(shù)與外業(yè)施測

GPS 控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的依據(jù)

  • GPS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計主要是依據(jù)GPS測量規(guī)范(規(guī)程)及測量任務(wù)書
  • GPS測量規(guī)范(規(guī)程)：是國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局或行業(yè)部門所指定的技術(shù)標準：
    • 2001年·國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局·國家標準·《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》·國標/GB
    • 1992年·國家測繪局·測繪行業(yè)標準·《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》·《規(guī)范》
    • 1998年·建設(shè)部·行業(yè)標準·《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》·《規(guī)程》
    • 各部委或地區(qū)根據(jù)本部門GPS工作的實際情況制定的其他GPS測量規(guī)程和細則
  • 測量任務(wù)書：測量單位上級主管部門或合同甲方下達的技術(shù)要求文件（指令性）科阎；規(guī)定了測量任務(wù)的范圍、目的忿族、精度和密度要求锣笨，也規(guī)定了提交成果資料的項目和時間、完成任務(wù)的經(jīng)濟指標
  • 在GPS方案設(shè)計時道批，首先依據(jù)測量任務(wù)書提出的GPS網(wǎng)的精度错英、點位密度和經(jīng)濟指標，然后結(jié)合國家標準或其他行業(yè)規(guī)程現(xiàn)場隆豹，具體確定點位以及點間的連接方式椭岩、各點設(shè)站觀測的次數(shù)、時段長短等布網(wǎng)施測方案

GPS控制網(wǎng)的精度、密度設(shè)計

GPS精度標準及分級

  • 按測量精度分為AA判哥、A献雅、B、C塌计、D挺身、E六個級別
級別 固定誤差/(a/mm) 比例誤差系數(shù) 用途
AA ≤3 ≤0.01 全球性的地球動力學(xué)研究、地殼形變測量锌仅、精密定軌
A ≤5 ≤0.1 區(qū)域性的地球動力學(xué)研究和地殼形變測量
B ≤8 ≤1 局部變形監(jiān)測章钾、各種精密工程測量
C ≤10 ≤5 大、中城市及工程測量的基本控制網(wǎng)
D ≤10 ≤10 中热芹、小城市贱傀、城鎮(zhèn)及測圖、地籍剿吻、土地信息窍箍、<br />房產(chǎn)、物探丽旅、勘測椰棘、建筑工地施工測量
E ≤10 ≤20 同D級
  • AA級、A級也是建立地心參考框架的基礎(chǔ)
  • AA級榄笙、A級邪狞、B級也是建立國家空間大地測量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)
  • 實際工作中，精度標準的確定要根據(jù)用戶的實際需要以及人力茅撞、物力帆卓、財力情況合理設(shè)計，也可以參照行業(yè)規(guī)程和作業(yè)經(jīng)驗適當掌握米丘。在具體布設(shè)中剑令，可以分級布設(shè)，也可以越級布設(shè)拄查，或布設(shè)同級全面網(wǎng)

GPS點位的密度標準

  • 各級GPS相鄰點間平均距離應(yīng)符合下表：

    級別 AA A B C D E
    平均距離 1000 300 70 10~15 5~10 0.2~5

  • 相鄰點最小距離可為平均距離的1/3 ~ 1/2吁津，最大距離可為平均距離的2 ~ 3倍

GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計

星形網(wǎng)

[圖片上傳失敗...(image-d75cbc-1607394660198)]

  • 幾何圖形簡單，直接觀測邊間不 構(gòu)成任何圖形
  • 作業(yè)中只需要兩臺GPS接收機
  • 是一種快速定位作業(yè)方式堕扶，常用于快速靜態(tài)定位和準動態(tài)定位
  • 抗粗差能力極差
  • 用于精度較低的工程測量碍脏、地質(zhì)測量、邊界測量地籍測量和地形測圖等領(lǐng)域
  • 在實際布網(wǎng)時需注意：
    • 每點應(yīng)有一個以上通視方向稍算，以便利用常規(guī)測量加密
    • 應(yīng)該用原有城市坐標系統(tǒng)典尾，并充分利用符合GPS網(wǎng)點要求的舊測繪點
    • GPS網(wǎng)必須構(gòu)成若干非同步閉合環(huán)或附合路線

點連式

[圖片上傳失敗...(image-c86f9d-1607394660198)]

  • 相鄰?fù)綀D形之間之間僅由一個公共點連接
  • 構(gòu)成的圖形幾何強度很弱盼砍，沒有或極少有非同步圖形閉合條件刑然，一般作業(yè)中不單獨采用

邊連式

[圖片上傳失敗...(image-77cb6-1607394660198)]

  • 同步圖形之間由一條公共基線連接
  • 網(wǎng)的幾何強度較高，有較多的復(fù)測邊和非同步圖形閉合條件

網(wǎng)連式

  • 相鄰?fù)綀D形之間有兩個以上的公共點相連接
  • 需要4臺以上的接收機
  • 幾何強度和可靠性指標相當高断楷，但花費的經(jīng)費和時間也較多，一般僅用于較高精度的控制測量

邊點混合連接式

  • 將點連式與邊連式有機結(jié)合勃教，組成GPS網(wǎng)以保證網(wǎng)的幾何強度
  • 既提高了網(wǎng)的可靠指標淤击，又能減少外業(yè)工作量、降低成本

三角鎖/多邊形連接

[圖片上傳失敗...(image-3d38eb-1607394660198)]

  • 用點連式或邊連式組成連續(xù)發(fā)展的三角鎖同步圖形
  • 適用于狹長地區(qū)的GPS布網(wǎng)故源，如鐵路污抬、公路、管線工程勘測等

導(dǎo)線網(wǎng)形連接（環(huán)形網(wǎng)）

  • 將同步圖形設(shè)為直伸狀绳军，形如導(dǎo)線結(jié)構(gòu)
  • 各獨立邊封閉印机，形成非同步圖形以檢核GPS點的可靠性
  • 適用于精度較高的GPS布網(wǎng)

GPS控制網(wǎng)的設(shè)計原則

  • 在GPS網(wǎng)中不應(yīng)該存在自由基線（自由基線不構(gòu)成閉合圖形，不具備發(fā)現(xiàn)粗差的能力）
  • GPS網(wǎng)應(yīng)按“每個觀測至少獨立設(shè)站觀測兩次”的原則進行布網(wǎng)
  • GPS網(wǎng)中门驾，某一閉合條件下基線類型不宜過多（可能會導(dǎo)致各邊粗差在求閉合差時相互抵消射赛，不利于發(fā)現(xiàn)粗差，因此網(wǎng)中各點最好有三條以上基線分支）
  • 為了實現(xiàn)GPS與原有地面網(wǎng)之間的坐標轉(zhuǎn)換奶是，GPS網(wǎng)應(yīng)與地面網(wǎng)有2個以上重合點
  • 為了便于施測楣责，減少多路徑影響，GPS點應(yīng)選在交通便利聂沙，視野開闊的地方秆麸，同時應(yīng)考慮到點與點之間的通視問題，以便使用經(jīng)典方法進行擴展

GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計

  • 在網(wǎng)的精確性及汉、可靠性和經(jīng)濟性等方面沮趣，尋求GPS控制網(wǎng)設(shè)計的最佳方案

GPS控制網(wǎng)基準的優(yōu)化設(shè)計

  • 位置基準設(shè)計：（以下類型的點可作為位置基準點）
    • 國家坐標系或地方坐標系下的已知點（轉(zhuǎn)化到WGS84下）
    • 已知的Doppler點或SLR(衛(wèi)星激光測距)點
    • 網(wǎng)中一點的多次GPS偽距觀測坐標
  • 尺度基準設(shè)計
    • 提供外部尺度基準：邊長小于50km的網(wǎng)可用較高精度的測距儀測量2～3條基線邊作為整網(wǎng)尺度基準；大型長基線網(wǎng)可以采用SLR站的相對定位觀測值和VLBI(甚長基線干涉測量)基線作為GPS網(wǎng)的尺度基準
    • 提供外部尺度基準：網(wǎng)中選一條長基線進行盡可能的長時間坷随、多次觀測房铭，然后取平均值作為基準

GPS網(wǎng)的精度設(shè)計

  • 可按以下步驟：
    1. 根據(jù)布網(wǎng)目的和要求，在圖上選點温眉，然后到野外踏勘選點缸匪，確保所選點滿足本次任務(wù)要求和野外觀測條件，進而從圖上獲得待測點位的概略坐標
    2. 根據(jù)使用的接收機臺數(shù) m类溢，取 m-1 條獨立基線凌蔬，作為網(wǎng)的觀測圖形，并選定網(wǎng)中可能追加施測的基線
    3. 根據(jù)精度要求豌骏，采用解析-模擬方法龟梦，依據(jù)精度設(shè)計模型隐锭，計算網(wǎng)可達到的精度數(shù)值
    4. 逐步增減網(wǎng)中獨立觀測基線個數(shù)窃躲，直至精度數(shù)值達到指標

08 GPS衛(wèi)星信號接收機

GPS衛(wèi)星信號接收機的分類

  • 按接收機工作原理分
    • 碼相關(guān)型：采用碼相關(guān)技術(shù)獲得偽距觀測量，需要知道偽隨機噪聲碼的結(jié)構(gòu)钦睡，又分為C/A碼接收機和P碼接收機
    • 平方型：利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號獲取載波信號蒂窒，并通過接收機內(nèi)產(chǎn)生的載波信號與接收到的載波信號間的相位差測定偽距。不需要知道測距碼的結(jié)構(gòu)，因此又被稱為無碼接收機
    • 混合型：以上兩種的結(jié)合體洒琢，目前使用的均為此類
  • 按接收機的用途分
    • 導(dǎo)航型：用于確定運動載體的實時位置與速度秧秉，主要目的是導(dǎo)航。是一種動態(tài)定位衰抑，因此只能使用碼相關(guān)(載波相位會中斷)象迎，一般采用C/A碼單點實時定位，精度較低呛踊；但結(jié)構(gòu)簡單砾淌，操作方便，價格便宜谭网。又可細分為低動態(tài)型汪厨、中動態(tài)型和高動態(tài)型
    • 測量型：用于大地測量和工程測量，一般采用載波相位測量進行相對定位愉择，精度在厘米級甚至更高
      • 實時差分動態(tài)定位/RTD：以偽距觀測量為基礎(chǔ)劫乱，可實時提供流動觀測站米級精度的坐標，用于精密導(dǎo)航和海上定位
      • 實時相位差分動態(tài)定位/RTK：以載波相位觀測量為基礎(chǔ)锥涕，可實時提供流動觀測站厘米級精度的坐標衷戈，用于精密導(dǎo)航、工程測量站楚、三維動態(tài)放樣脱惰、一步法成圖
    • 授時型：主要用于天文臺或地面監(jiān)測站進行時間頻標的同步測定
  • 按接收的載波頻率分
    • 單頻接收機：只能接收 L_1 的載波信號，從而測定載波相位觀測值進行定位窿春，一般只用于短基線(<15km)的精密定位
    • 雙頻接收機：可以同時接收 L_1拉一、L_2 的載波信號。利用雙頻信號對電離層延遲的不同旧乞，可以消除電離層對信號延遲的影響蔚润，提高定位精度
  • 按通道數(shù)分
    • 能夠分離同時接收到的不同的多顆衛(wèi)星的信號的器件稱為天線信號通道
    • 多通道接收機：具有多個信號通道，每個信號通道只連續(xù)跟蹤一顆衛(wèi)星信號
    • 序貫通道接收機：只有一個通道尺栖，在相應(yīng)的軟件控制下按時序順次對衛(wèi)星信號進行跟蹤測量嫡纠。一個循環(huán)周期較長(幾秒)，不連續(xù)跟蹤延赌，且會丟失信息除盏，不能獲得完整的導(dǎo)航電文
    • 多路復(fù)用通道接收機：只設(shè)一兩個通道，在軟件控制下按順序測量衛(wèi)星信號挫以，只是一個循環(huán)的周期相比序貫通道短得多(20ms)者蠕，因此可以保持連續(xù)跟蹤，并同時獲得多顆衛(wèi)星完整的導(dǎo)航電文掐松，但信噪比低于多通道接收機

GPS接收機的組成

  • 天線單元
    • 要求：
      • 天線與前置放大器密封為一體踱侣，以保障正常工作粪小，減少信號損失
      • 能夠接收來自天線上半球的衛(wèi)星信號，不產(chǎn)生死角
      • 有防護和屏蔽多路徑效應(yīng)的措施
      • 保持天線相位中心高度穩(wěn)定抡句，并與其幾何中心盡量一致
  • 機主機單元
    • 信號通道單元
    • 存儲單元
    • 計算和顯示控制單元
  • 電源
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