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GPS卫星定位原理
点击数: 发布时间:2012-01-08 编辑:

GPS测量定位涉及很复杂的数学计算,而这些计算都由专门的软件来处理,所以面对非测绘专业的读者,以下只列出简单的原理公式。

5. 1 GPS卫星定位基本原理

利用三个以上卫星的已知空间位置,用空间距离交会法,求得地面待定点(接收机)的位置,这就是GPS卫星定位的基本原理但考虑到各种误差的影响,为了达到定位精度要求,至少需要同步观测4颗以上的卫星。

卫星是高速运行的动态已知点,卫星的实时位置是由导航电文解算的,只要实时测量出测站(接受机天线中心)至卫星间的距离,就可以进行测站点的定位。公式如下:

11.jpg

式中(xJ,yJ,zJ)为三个卫星某时刻的位置(j=1,2,3);

(xP,yP,zP) 为测站点P点坐标;

1,ρ2,ρ3) 为卫星到接收机天线的距离。

依据测距原理,其定位方法可分为:伪距法定位、载波相位定位和差分定位等。根据待定点运动状态可分为静态定位和动态定位。

单机定位又叫绝对定位,若至少两台以上接收机同时观测,确定两点间相对位置,又叫相对定位。

5.2 伪距测量定位原理

1)伪距测量

伪距测量通常用C/A码或P码进行,在图2-24中,卫星到接收机的距离是通过测定信号从卫星到接收机的延迟时间乘以光速C来求得,延迟时间是通过码相关技术来求得。

a2.jpg

GPS卫星发射的测距码是按一定的规律排列的,在同一周期内每个码对应着某一特定的时间,识别每个码的形状特征,即用每个码的某一标志可推算时延值τ,由于τ及各种误差的影响,实际测得的距离ρ′与卫星到接收机天线的几何距离ρ有一定差值Δρ,所以ρ′称为伪距:

ρ=ρ′+Δρ。

考虑到卫星钟差C•δtk,接收机钟差C•δtj,电离层延迟δp1,大气对流层延迟δp2,则

g2.jpg g3.jpg

2)伪距测量绝对定位(图2-25)

一台静止的接收机用伪距测量方法同步观测四颗以上GPS卫星,分别得到伪距观测量ρj′(j=1,2,3,4……) 因此2-7式可写成:

g4.jpg

式中j为卫星号,j=1,2,3,4……

2-9式即为伪距定位的观测方程组。将上式线性化,并按最小二乘平差解此方程组,即可求得定位点坐标(xP,yP,zP)。

5.3 载波相位测量定位原理

1)载波相位测量

载波相位观测通过测定GPS接收机本振参考信号与卫星载波信号的相位差,间接测定卫星到接收机天线间几何距离。由于载波波长比C/A码的码长短,λL1=19cm,λL2=24cm,所以可达到很高的精度。

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