卫星伪随机定位原理(决赛)分解
伪随机码测距原理
伪随机码测距原理引言：伪随机码测距是一种基于时间差测距原理的定位技术，其原理是通过发送和接收信号之间的时间差来计算距离。
伪随机码是一种特殊的序列，具有良好的自相关性和互相关性，可用于测距和定位应用。
本文将详细介绍伪随机码测距的原理及其应用。
一、伪随机码的生成伪随机码是一种特殊的码序列，其具有伪随机性质。
在伪随机码测距中，通常使用的是伪随机噪声码。
伪随机噪声码是一种能够在一定带宽范围内均匀分布的码序列。
它的生成可以通过非线性反馈移位寄存器（NLFSR）来实现。
NLFSR是一种具有非线性反馈的移位寄存器，通过对寄存器中的位进行异或运算，可以生成伪随机噪声码序列。
二、伪随机码测距原理伪随机码测距原理是基于时间差测距的一种方法。
该方法是通过发送和接收信号之间的时间差来计算距离。
在伪随机码测距中，发送端使用伪随机码作为扩频码，将信号扩展到较大的带宽。
接收端接收到扩频信号后，通过与发送端相同的伪随机码进行相关运算，得到相关输出。
相关输出的峰值出现的时间差即为信号的往返时间。
由于信号的传播速度是已知的，因此可以通过时间差来计算距离。
三、伪随机码测距的应用伪随机码测距广泛应用于室内定位、雷达测距、无线通信等领域。
在室内定位中，伪随机码测距可以通过接收到的信号的时间差来计算移动设备与基站之间的距离，从而实现室内定位。
在雷达测距中，伪随机码测距可以通过计算雷达发射信号和接收信号之间的时间差来测量目标物体的距离。
在无线通信中，伪随机码测距可以用于多径信道估计和距离测量，提高通信系统的性能和可靠性。
四、伪随机码测距的优势和局限性伪随机码测距具有以下优势：1. 可以实现高精度的距离测量，精度可达几米甚至更高。
2. 可以在复杂的多径环境下工作，具有较好的抗干扰性能。
3. 可以实现全天候、全天时的定位和测距。
4. 硬件实现简单，成本较低。
然而，伪随机码测距也存在一些局限性：1. 需要发送端和接收端同步，否则无法进行距离测量。
GPS伪距定位原理解析
GPS伪距定位原理解析GPS（Global Positioning System）全球卫星定位系统是一种基于卫星导航的定位和导航技术。
其核心是通过接收来自卫星的信号并计算信号的传播时间来确定接收器的位置。
而GPS伪距定位原理是GPS定位中最常用的一种方法。
一、信号传播时间计算GPS伪距定位原理的第一步是计算卫星信号传播的时间，也称为“伪距”。
接收器接收到来自至少4颗卫星的信号，并通过测量信号传播的时间来确定其与每颗卫星的距离。
伪距计算的基本原理是根据信号发送和接收之间的时间差来计算距离。
具体的计算方法是通过接收机和卫星的时钟进行时间同步，接收机记录下信号接收的时刻（T_r）以及卫星信号发送的时刻（T_s），然后计算两者之间的时间差Δt=T_r-T_s。
然而，接收机的时钟和卫星的时钟并不精确，存在一个时间偏差Δt_s，因此需要考虑纠正。
二、伪距的计算接下来，通过伪距的计算，可以找出接收机与卫星之间的距离。
由于速度为c的电磁波在传播过程中传播速度几乎不变，因此可以通过伪距的计算得到距离。
伪距（Pseudo-range）的定义是卫星到接收机之间的几何距离加上其他误差（如大气误差、多径效应等）。
伪距计算公式为：Pseudo-range = Speed of light * (T_r - T_s) + c*Δt_s三、卫星位置确定接下来的任务是确定卫星的位置。
GPS接收器通过多个卫星的信号来确定自身的位置。
但是，仅通过一个卫星的信号无法准确测量位置，至少需要4颗卫星的信号才能计算出准确的位置。
卫星的位置是由GPS导航系统的控制段计算得出的，导航系统中的主要组成部分是GPS的地面控制段。
此部分由一组地面站和控制中心组成，这些地面站通过GPS信号来监控卫星的位置和状态，并计算出它们的轨道参数。
通过接收到的卫星的信号，接收器可以从每颗卫星中获取关于卫星的信息，包括卫星的识别号、传播时间以及卫星的位置。
四、位置计算一旦卫星的位置确定，并且伪距计算完成，接收机就可以开始计算自身的位置了。
卫星定位导航技术的工作原理
卫星定位导航技术的工作原理1. 引言1.1 概述卫星定位导航技术是一种基于全球卫星系统的定位和导航技术，通过利用卫星信号和数学算法来确定地球上任意位置的准确坐标。
该技术已经广泛应用于航空航天、地面交通导航、海洋和海上安全等领域，并在现代社会中扮演着重要角色。
1.2 文章结构本文将围绕卫星定位导航技术的工作原理展开讨论。
首先简要介绍GPS系统的基本情况，包括其组成部分以及运行原理。
然后详细探讨GPS信号传播与接收原理，解释卫星信号是如何从发射到接收端的过程中传播和被接收的。
接下来，我们将深入剖析定位算法和误差校正方法，揭示GPS系统如何通过数据处理来精确计算出位置坐标并纠正可能存在的误差。
1.3 目的本文的目的旨在全面而清晰地介绍卫星定位导航技术的工作原理。
通过对各个方面进行详细阐述，读者可以全面了解这一技术的基本原理和应用方法。
此外，本文还将探讨卫星定位导航技术在不同领域的应用和意义，并对其未来发展趋势进行展望，以期给读者带来全面而深入的阅读体验。
2. 卫星定位导航技术的工作原理2.1 GPS系统简介全球定位系统（GPS）是最常用且广泛应用的卫星定位导航系统之一。
它由一组卫星、地面控制站和接收设备组成。
GPS系统利用多个卫星在地球轨道上不断发送精确时间和位置信息，通过接收这些信息来确定接收器的位置。
2.2 GPS信号传播与接收原理GPS系统工作的关键是通过卫星发射的信号进行测量并计算出位置信息。
当卫星发射信号时，它会包含有关其自身位置和时间戳的数据。
这些信号以无线电波形式传输到地面，然后被接收器设备接收。
接收器通常需要同时接收多个卫星的信号才能计算准确的位置信息。
每个卫星发送的信号都包含了一个持续变化的伪随机码（PRN码）。
通过测量不同卫星信号到达接收器设备的时间差异，可以确定该设备与每个卫星之间的距离。
由于每颗卫星都处于特定轨道上并具有已知的位置数据，将这些距离值与已知卫星坐标进行比较，并使用三角测量法可以计算出接收器设备的准确位置。
6-1伪距差分定位原理(精)
GPS测量定位技术
伪距差分定位原理
1
本次课主要内容
一、差分GPS产生的诱因
基准 站
流动 站 （用 户）
14
数据通讯 链
四、局域差分
参考站（Reference Station）
全球定位系统实时 动态（RTK）测量 技术规范
在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别在 一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星，其它接收 机在这些测站的一定范围内流动作业，这些固定测站称 为参考站，也称基准站。 参考站点位选择
）
伪距改正数为
'j 0j 0j 0
j 0 伪距改正数的变化率为 d 0j t
11
2.伪距差分原理
参考站的数据链将d 0j 和 0j 发送给用户接 收机，用户接收机利用伪距 i j 再加上数据链接 收到的伪距改正数，便可以求出改正后的伪距。
ij (t ) i' j (t ) ij (t ) di' j (t t0 )
18
2.多基准站局域差分
结构
基准站（多个）、数据通讯链和用户。
工作原理 各基准站独立进行观测，分别计算差分改正 数并向外发播。 特点 优点：差分精度高、可靠性高，差分范围增大 缺点：差分范围仍然有限，模型不完善
19
五、广域差分
结构 基准站（多个）、数据通讯链和用户 差分改正数的计算方法 与普通差分不相同 普通差分考虑的是误差的综合影响 广域差分对各项误差加以分离，建立 各自的改正模型 用户根据自身的位置，对观测值进行改正
GPS接收机工作原理
1伪随机码测距原理
利用接收机产生复制码（本地码）与 卫星发播的伪随机码进行相关运算，通 过测量相关函数最大值的位置来测定卫 星信号传播延迟，从而求得卫星到接收 机的距离观测值。
卫星产生伪随时码，发出时信号 s(t)
接收机收到信号延迟 , •••s (t )
接收机本地码发生器产生本地码 s(t t)
3 GPS接收机原理框图
完整的导航接收机接收处理通道
接收天线、 接收射频、 信号处理、 应用处理（导航处理和授时处理） 用户界面。
导航信号接收处理的主要关键技 术包括下面的几项：
多频接收天线； 多频射频接收通道； 伪码的捕获与跟踪技术； 比特同步、子帧同步技术； 伪距、Δ伪距和载波相位估计； 用户位置、速度和时间（PVT）的计算，
伪随机码跟踪环路图
载波跟踪环路图
相关通道电路原理图
延迟锁定环的工作原理
跟踪环原理图
搜索方法
传统的串行搜索方法是在一个频率格内进行所 有码元的串行时域相关，搜索所有的码相位。 如果没有捕获到信号，则进入下一个多普勒频 率格继续搜索
串行捕获方法实现简单，但其捕获时间过长， 对微弱信号环境、干扰环境、较高动态环境的 适应性较差等,实用性较差。
多通道接收机：具有多个通道，可以同时捕 获多颗卫星进行测量。
数字中频信号 BD-2 1/B2 GPS L1/L2C
捕获
跟踪跟踪1环 2 跟踪环
12
测量值导出 内部时钟生成 接收机控制管理
比特同步 子帧同步 PVT解算
3.4 导航电文的解扩
卫星信号的扩频： s(t) p(t) D(t) 信号解扩 ： s(t) p(t) p(t) D(t) p(t)
gnss伪距单点定位的基本原理
GNSS（全球导航卫星系统）是一种利用卫星信号进行定位和导航的技术。
GNSS伪距单点定位是GNSS定位的一种基本原理，其原理包括接收卫星信号、计算伪距、求解定位坐标等步骤。
一、卫星信号的接收接收器需要接收来自卫星的信号。
在空旷的地方，接收器可以同时接收4颗或更多的卫星信号，每颗卫星都向接收器发送信号。
这些信号中包含有关卫星位置和发射时间的信息。
二、伪距的计算接收器通过测量来自卫星的信号的时间延迟，计算出伪距值。
伪距是指卫星发射信号到达接收器的时间延迟乘以光速。
伪距值是接收器和卫星之间的距离，但由于接收器的钟差和其他误差，伪距值并不是真实的距离值。
三、定位坐标的求解接收器通过测量来自多颗卫星的伪距值，可以得到多个方程，通过解这些方程可以求解出定位坐标。
一般至少需要4颗卫星信号才能进行定位，称为四星定位。
总结：1. GNSS伪距单点定位是通过接收卫星信号、计算伪距值和求解定位坐标来实现定位的过程。
2. 伪距是接收器和卫星之间的距离，通过测量来自卫星的信号的时间延迟来计算。
3. 定位坐标是通过多个卫星的伪距值求解出来的。
GNSS伪距单点定位是GNSS定位技术的重要基础，其原理简单清晰，但在实际应用中需要考虑钟差、大气延迟、多路径效应等因素，进行精确定位需要更复杂的方法和算法。
随着技术的不断进步，GNSS定位技术也在不断完善和发展，为人们的生活和工作带来了便利。
四、钟差和大气延迟的影响在GNSS伪距单点定位中，我们需要考虑到一些误差来源，主要包括接收器的钟差和大气延迟。
1. 钟差：接收器的钟差是指接收器内部时钟与卫星的精确时间之间的偏差。
由于接收器的时钟可能会出现微小的偏差，因此在计算伪距时需要对钟差进行补偿，以确保定位的准确性。
2. 大气延迟：卫星信号传播至地面时会经过大气层，大气层中的湿度和温度变化会引起卫星信号的传播速度变化，从而产生大气延迟。
通过大气延迟的补偿，可以得到更准确的伪距值，提高定位的精度。
gnss伪距定位原理
GNSS（全球导航卫星系统）伪距定位的基本原理GNSS（全球导航卫星系统）伪距定位是使用接收器接收多个卫星发射的信号，并利用信号的传输时间和接收器位置之间的关系来确定接收器的位置。
以下是GNSS伪距定位的基本原理：1.发射卫星信号：GNSS系统，如GPS（全球定位系统），通过卫星发射射频信号。
这些信号包含有关卫星的标识信息和精确的时间戳。
2.概述接收器接收信号：GNSS接收器位于地面或移动设备上，接收卫星发射的信号。
接收器会接收到多个卫星的信号，至少需要接收到四颗卫星的信号以进行三维定位。
3.伪距测量：接收器测量接收到卫星信号的传输时间（即信号从卫星发射到接收器接收到的时间）。
这个传输时间乘以光速即可得到信号在空中传播的距离，称为伪距。
4.推算接收器位置：通过伪距测量，可以计算接收器与每颗卫星之间的距离。
知道至少四颗卫星的位置信息和接收器与卫星的距离，可以使用三角测量等方法来计算接收器的位置。
5.误差校正：GNSS定位存在一些误差源，包括钟差、大气延迟、多径效应等。
为了提高定位精度，需要进行这些误差的校正。
校正方法包括差分定位、传输的星历数据、载波相位测量等。
6.计算接收器位置：根据多颗卫星的距离测量和误差校正，通过解算方法（如最小二乘法）计算接收器的三维位置坐标。
需要注意的是，GNSS伪距定位的原理是基于信号传播时间和接收器位置的关系。
随着接收到的卫星数量增加，定位的精度会提高。
此外，不同的GNSS系统有不同的特点和精度。
例如，GPS系统具有较高的精度和全球覆盖范围，而其他GNSS系统（如GLONASS、Galileo等）具有自己的特点和优势。
伪距定位原理
伪距定位原理伪距定位是一种基于卫星导航系统的定位技术，通过测量接收机与卫星之间的信号传播时间，计算出接收机与卫星之间的距离，从而实现定位的方法。
它是全球定位系统（GPS）等卫星导航系统的核心原理之一。
伪距定位的原理是基于信号传播时间的测量。
卫星导航系统中的卫星发射信号，接收机接收到信号后，通过测量信号传播的时间差来计算距离。
具体的步骤包括以下几个方面：卫星导航系统中的卫星发射的信号是带有时间标记的，接收机接收到信号后可以获取到信号的发射时间。
接收机内部的时钟也会记录下接收信号的时间。
然后，接收机会根据信号传播的时间差来计算距离。
由于信号在空间中的传播速度是已知的，可以使用速度乘以时间的方法来计算距离。
即距离 = 速度× 时间差。
接下来，为了精确计算距离，需要考虑到信号传播过程中可能存在的误差。
其中最主要的误差是信号传播速度的不确定性。
由于信号在大气层中传播会受到大气折射的影响，导致信号传播速度发生变化。
为了补偿这个误差，接收机会使用传播速度的平均值来计算距离。
通过同时测量多颗卫星的信号传播时间差，可以计算出接收机与卫星之间的距离，并利用三角定位原理来确定接收机的位置。
通过测量多颗卫星的伪距，可以得到多个方程，通过解这些方程可以确定接收机的位置坐标。
伪距定位原理的关键在于准确测量信号传播的时间差。
为了提高定位的精度，还需要考虑到其他误差的影响，如卫星运动的误差、接收机钟差的误差、多路径效应等。
针对这些误差，可以采取差分定位、精密星历预报、多路径抑制等技术手段来进行校正和补偿，提高定位的准确度和可靠性。
总结一下，伪距定位原理是一种基于信号传播时间的定位方法，通过测量信号传播的时间差来计算距离，并利用多颗卫星的伪距来确定接收机的位置。
它是卫星导航系统的核心原理之一，广泛应用于航空、航海、车辆导航等领域。
通过不断的技术改进和创新，伪距定位技术的定位精度和可靠性将进一步提高，为人们的定位需求提供更好的解决方案。
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i
X
i
X Y Y Z Z B
2 i 2 i 2
公式12
设测站的初始坐标向量及其改正数向量分别为 T X 0 X 0 Y0 Z 0 B0
dX dX dY dZ dB
Z r
T
同时考虑测站至卫星的方向余弦
Sj
2018/10/26
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5
三、卫星伪距导航的基本原理
要利用伪距测量实现导航这样一个目标，最重要的是 确定运动载体的即时位臵，这样才能判断出载体现在在哪 里，再结合载体瞬时速度、运动姿态等状态参数，引导运 动载体向何处去。 ( xi , yi , zi ), vi ,Ti
( x0 , y0 , z0 ), v0 ,T0
2018/10/26
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3
二、伪随机码的测距原理
卫星产 生的码 t1 在t1时刻由卫星产生的 码相位，在Δt后到达 t2 接收机产生 的复制码
RCVR
从卫星传到 接收机的码
RCVR
t1
1 T R(t ) U (t t )U (t t )dt T 0
RCVR
将接收机产生的 复制码移动Δt
2018/10/26
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1
本节课主要知识点
1.GNSS伪随机码的特征
重点 重点 难点
2.伪随机码的测距原理
3.卫星伪距导航的基本原理 4.伪距导航的观测方程 5.导航定位精度的评估方法 6.本水利职业技术学院
2
一、GNSS伪随机码的特征
几个概念
码 随机噪声码
tR VtR b
将公式4、5代入公式3，有：
c t R t S c b Vt c a Vt
R S
公式6
c b a cVt S cVtR
2018/10/26
卫星信号真正 的传播时间
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i
i
公式10
因而在真正的伪距测量计算时，使用
i
X
i
X Y Y Z Z cVtR cVt S Vion i Vtrop
2 i 2 i 2
i
i
i 1,2,3,4…
公式11
2018/10/26
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11
四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算
R(t ) max 1
τ=Δt
t1 Δt 伪距测量原理图 t2
4
2018/10/26
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二、伪随机码的测距原理
理论公式
c t c
公式1
这个距离并不等于卫星到地面测站的真实距离，因 而称为“伪距”。 假设条件 1、不存在卫星钟、接收机钟误差且与标准GPS时间一致 2、不存在电离层、对流层误差 3、卫星信号在大气中传播速度等于光速c 4、复制码与测距码完全相关（相关系数R=1）
自相关性 ＋ 规律性(可复制) 伪随机噪声码
一种表达信息的二进制数及其组合。
码元幅值完全无规律的码序列。 无规律 利用PRN码来确定载体实时位臵、
特征 瞬时速度、精确时间、姿态等定位信息， 故而称为伪随机定位。 有良好自相关性的有规律码序列。
Pseudo random noise code , PRN
1 i X i X 0 li X 0 i0 1 i Yi Y0 mi i 0 Y 0 1 i Zi Z 0 ni i 0 Z 0 i 1 B 0
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7
四、伪距导航的观测方程
在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题： 1.卫星钟和接收机钟的钟误差
伪距观测值 信号到达接 收机的时刻 信号离开卫星 的真正时刻 信号到达接收 机的真正时刻 信号发出 的时刻
c tR t
S
公式3 公式4 公式5
t S Vt S a
( xn , yn , zn ), vn , Tn
航路点
起始点
目的点
2018/10/26
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6
四、伪距导航的观测方程
•用于定义伪距的公式
c t c
钟误差 改正
2 i 2
公式1
这个公式是简约、美丽的，却不能给我们提供直接的帮助。
•用于伪距计算的公式
i
将公式7代入公式6
Vion Vtrop cVt cVt A
S R
公式8
卫星到接收机 的真正距离
2018/10/26
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9
四、伪距导航的观测方程
在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题： 3.星历误差、多路径效应、测量噪声 设 卫星瞬时位臵为（Xi,Yi,Zi） 接收机位臵为（X,Y,Z）
i
公式10
伪距测量的观测方程
2018/10/26 黄河水利职业技术学院 10
四、伪距导航的观测方程
i
X
i
X Y Y Z Z cVtR cVt S Vion i Vtrop i mul i i
2 i 2 i 2
电离层 改正
对流层改 正
X
i
X Y Y Z Z cVtR cVt S Vion i Vtrop
2 i
i
i
i 1,2,3,4…
公式11
这个公式虽然复杂，但每一个量都是可量测或可确定的， 可以直接用于伪距测量！
2018/10/26
卫地几何距离 i
X i X Y i Y Z i Z
2 2
2
公式9
多路径 误差
测量 噪声
结合公式9，可将公式8改写为
i
2 2 2
i
星历误差对 测距的影响
X i X Y i Y Z i Z cVtR cVtS Vion i Vtrop i mul i i
8
四、伪距导航的观测方程
在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题： 2.电离层、对流层延迟改正数
电离层延迟改正 对流层延迟改正 公式7
V Vion cc V V c aaa ion trop bb ion trop b trop