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1、GPS伪距定位原理,主要内容,（一）GPS测距码及其特性（二）伪随机码的测距原理（三）卫星伪距导航基本原理（四）导航定位精度的评估方法,一 GPS测距码及其特性,1.1 伪随机噪声码1.2 GPS测距码,1.1 伪随机噪声码,随机噪声码-对于某一时刻，码元是0或1完全是随机的。（编码无规律、非周期性、自相关性好、无法复制）伪随机噪声码-Pseudo Random Noise（PRN）（编码规则确定、周期性、自相关性好、可复制）,码,随机噪声码,伪随机噪声码,两组码元相互对齐,时间延迟,码-表达不同信息的二进制组合（0和1）。,1.2 GPS测距码(I),C/A码（Coarse/Acquisit
2、ion code）周期-1 ms 码长-1023 bit 码元宽-0.97752(293.05 m)特点：码长短、易捕获；（50 bit/s 20.5s）码元宽度较大、测距精度较低；（对齐误差1/100 2.93m、粗码）结构公开、民用；（调制在L1、L2载波上）不同卫星发射不同C/A码序列。（属于Gold码、低互相关性，快速区分不同卫星的信号）,精度为码元宽的1%,1.2 GPS测距码(II),P码（Precision code）周期-266 days 码长-2.35x1014 bit 码元宽-0.097752(29.30 m)266/37=7 days 2.35x1014 bit 32 S
3、Vs-P码37周不会有重复，这样就可以为不同的卫星指定P码不同周的部分。每颗卫星所使用的P码不同部分，码长和周期相同，结构不同。e.g.PRN 01、PRN 02 特点：先捕获C/A码，再根据导航电文信息捕获P码；（50 bit/s 1.4x106 days）码元宽度为C/A码的1/10；（对齐误差1/100 0.29m、精码）AS(Anti-Spoofing)、P码 W码 P(Y)码（01/31/1994、调制在L1、L2载波上、接收机技术 Z-tracking）,二 伪随机码的测距原理,2.1 测距基本原理2.2 测距码测定伪距特点2.3 伪距观测方程,2.1 测定伪距原理(I),卫星,卫
4、星钟,测距码,接收机,接收机钟,复制码,卫地距,伪距,【时间延迟的测定】,接收机产生结构相同的测距码,不断变动延迟时间,相关系数,复制码,搜索卫星信号,锁定卫星信号,时间延迟器,2.1 测定伪距原理(II),对比时刻 对应的某一结构的测距码 接收的来自卫星的测距码 经时延器延迟后的复制码 两组信号的相关系数：,理论值,实际值,（两组信号完全对齐）,（所有码总体上对得最好）,原 因,卫星钟和接收机钟存在误差，引起两组信号的码宽 度与理论值并不完全相同；卫星信号在长距离传播过程中可能产生畸变。,最大相关性分析,信号传播时间,2.2 测距码测定伪距特点(I),1）易于提取微弱的卫星信号 卫星信号 2
5、0 W 卫地距 2x1014 km 干扰信号 kW 离用户距离 数km 数百km 2）可提高测距精度 积分间隔 中所有码总体上对得最好,测距码的独特结构,所有码分别测距取平均,2.2 测距码测定伪距特点(II),3）便于码分多址技术对卫星信号的识别 码分多址 CDMA-Code Division Multiple Access 4）便于对系统进行控制和管理,公开或加密码结构,标准定位服务 SPS,精密定位服务 PPS,C/A码,P(Y)码,2.3 伪距观测方程(I),在真空中且无误差的情况下，距离观测值等于卫地几何距离，表示如下：-观测伪距（observed）-卫地几何距离（geometric
6、）-信号发射时刻（GPST）-信号接收时刻（GPST）若考虑卫星钟和接收机钟的误差，则距离观测值就要表示成：,-卫星钟面时,-接收机钟面时,2.3 伪距观测方程(II),若将所有的误差项考虑在内，则距离观测值可如下表示：,未知参数：,接收机位置-,接收机钟差-,伪距观测方程,三 卫星伪距导航基本原理,3.1 伪距观测方程线性化3.2 伪距单点定位实现,非线性,3.1 伪距观测方程线性化(I),3.1 伪距观测方程线性化(II),可以将 在测站近似坐标 处泰勒级数展开至一阶项：,线性化,3.1 伪距观测方程线性化(III),3.2 伪距单点定位(I),单点定位-根据卫星星历及单台GNSS接收机的
7、观测值确定该接收机在地球坐标系中的绝对坐标的方法，又称为绝对定位。,3.2 伪距单点定位(II),关于接收机位置近似值（计算过程需迭代）信号传播过程中的地球旋转改正（计算卫地距 时应考虑地球旋转改正）SA政策（Selective Availability 广播星历、卫星钟 5/1/2000 turn off）,2.2 伪距单点定位(III),几个需要注意的问题,4.1 伪距导航定位的精度评价4.2 卫星几何分布对定位精度影响,四 导航定位精度的评估方法,假设伪距观测值同精度且相互独立，则由最小二乘原则，可以得到：精度评定：-伪距观测值中误差-定位解的中误差,4.1 伪距导航定位的精度评价(I),对称,精度衰减因子DOP（Dilution of Precision）（协因数阵主对角线元素的函数）精度评定：,4.1 伪距导航定位的精度评价(II),位置精度因子,几种常用精度因子 位置精度因子 平面精度因子 高程精度因子 接收机钟差精度因子 几何精度因子,4.1 伪距导航定位的精度评价(III),VDOP,PDOP,HDOP,GDOP,TDOP,DOP与所观测卫星的空间几何分布有关,4.2 卫星几何分布对定位精度影响(I),对于4颗观测卫星，由测站与卫星所构成的六面体体积越大，GDOP值越小。,4.2 卫星几何分布对定位精度影响(II),
