41利用测距码测定卫地距
《卫星导航定位教案》教案-教案
参考资料
《GPS测量原理及应用》第三版，徐绍铨、张华海编，武汉大学出版社，2008
《GPS测量原理及应用》，郑加柱，王永弟，石杏喜，孙小荣等编著，科学出版社，2014
教学后记
系统误差是GPS定位误差的主要部分。
上课日期
2014年9月16日
第5讲
章节
第4章GPS定位中的误差源
2.周跳的探测
3.整周模糊度的确定
4.本讲小结
时间分配
10分钟
35分钟
50分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
多媒体+板书+提问
课后作业
1.周跳的探测的常见方法有哪几种？。
2.整周模糊度确定的常见方法有哪几种？
3.确认整周模糊度正确的主要指标有哪几个？
参考资料
《GPS测量原理及应用》第三版，徐绍铨、张华海编，武汉大学出版社，2008
2.写出宽巷、窄巷和无电离层影响的线性组合观测值。
参考资料
《GPS测量原理及应用》第三版，徐绍铨、张华海编，武汉大学出版社，2008
《GPS测量原理及应用》，郑加柱，王永弟，石杏喜，孙小荣等编著，科学出版社，2014
教学后记
线性组合观测值是消除或减弱了某些公共影响或误差的观测值。
上课日期
2014年9月30日
难点及处理方法
同类型不同频率观测测的组合板书推导加深理解
授课方式
讲授
教学内容
1.上讲内容复习
2.单差、双差、三差观测值
3.其他一些常用的线性组合观测值
4.本讲小结
时间分配
15分钟
50分钟
30分钟
5分钟
5,距离测量与定位方法
• 不同频率的卫星信号（弱）进行相关。
GPS测量与数据处理
载波相位测量>重建载波
载波相位测量的关键技术－重建载波⑤
• Z跟踪技术
– 方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机 复制出的P码进行相关处理，将Y码重新分解为 W码和P码。 – 在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制 信号（强）进行相关。 – 特点
GPS测量与数据处理
载波相位测量>重建载波
载波相位测量的关键技术－重建载波①
将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，使调 制了测距码和导航电文的非连续的载波信号恢复 成连续的载波信号，这一工作成为载波重建。
载波调制了导航电文之后 变成了非连续的波
GPS测量与数据处理
载波相位测量>重建载波
载波相位测量的关键技术－重建载波②
i ( 0 )i
xi X 0 y Y0 z Z0 dX i dY i dZ ( 0 )i ( 0 )i ( 0 )i ( xi X 0 ) 2 ( yi Y0 ) 2 ( zi Z 0 ) 2 xi X 0 y Y0 z Z0 dX - i dY - i dZ Vion Vtrop c Vt S c VtR ( 0 )i ( 0 )i ( 0 )i
RL 2 RL1,C / A ( RL1,Y RL2,Y )
– 技术要点 – 特点
• 优点：无需了解Y码的结构，可获得导航电文，可获得全波波 长的L1和L2载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB） ，L2载波的信噪比比较差。
L 2 L1,C / A ( L1 L 2 )
GPS测量与数据处理
利用测距码测定卫地距>测距码测距原理
咨询师继续教育工程测量卫星定位测量考题
一、单选题 【本题型共15道题】1.对工程测量而言，GNSS 网基准一般通过（ ），并将其在整体平差计算加以固定的方式实现。
A ．假定网中3个点的坐标B ．假定网中4个点的坐标C ．假定网中3个点的坐标以及一个方位D ．联测国家等级控制点用户答案：[D]得分：0.002.GPS 静态网测量时，若采用N 台接收机进行同步观测，正常情况下每次可测得（）条独立基线。
A ．N-1B ．NC ．N+1D ．不一定用户答案：[D] 得分：0.003.当采用6台接收机进行GPS 静态控制网观测时，每一时段可得到（ ）条独立基线。
A ．3B ．4C ．5D．6用户答案：[D] 得分：0.004.在GNSS测量中，仅利用卫星观测值，相对定位方法（）。
A．可以解算出基线端点处的高精度绝对坐标。
B．仅可解算出接收机天线间的相对位置，也就是基线向量，但无法确定基线端点的绝对坐标。
C．解算结果属于WGS-84坐标系，即使解算过程中采用IGS提供的精密星历。
D．基线向量的计算精度最高可达分米级。
用户答案：[B] 得分：0.005.GPS静态控制网外业观测时，观测人员不需要（）。
A．按照观测方案规定的时间到达指定地点B．安置GNSS接收机设备C．天线高的量测及记录D．在外业观测手簿中记录每一个历元的伪距及载波相位观测值。
用户答案：[B] 得分：0.006.导航电文依规定格式组成，按帧向外播送。
每帧电文含有1500比特，播送速度（）。
A．20 bit/sB．30 bit/sC．50 bit/sD．1023 bit/s用户答案：[C] 得分：3.007.关于多路径效应，下述说法错误的是（）。
A．多路径效应是指在GPS测量中，被测站附近的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线，和直接来自卫星的信号（直射波）产生干涉，从而使观测值偏离真值的现象B．多路径效应与观测环境有关C．测站附近的大面积水域.大型建筑等不会产生多路径效应D．可以通过适当增加观测时间削弱多路径误差。
2-4卫地距测量.
R
二、利用测距码测定卫地距
设第i颗卫星观测瞬间在空间的位置为 X i，Y i，Z i ，那么真正的 几何距离i则是测站坐标 X ，Y，Z 和卫星坐标 X i，Y i，Z i 的函数：
i
X
2
i
X
Y
2 2
i
Y
Z
2 2
i
Z
2
故伪距的观测方程为：
i
• 相关概念的区别 – 整周模糊度（整周未知数） – 整周计数
整周模糊度
整周计 数
三、利用载波相位测定卫地距
观测方程：
i i Ni cVt cVt Vion i Vtrop i
R S i
i (i Ni ) cVt cVt Vion i Vtrop i
信号离开卫星的标准GPS时刻是 卫星钟给出的时刻是
a
t
S
a t S Vt
S
信号到达接收机的标准GPS时刻是 接收机钟给出的时刻是
b
tR
b tR Vt
R
c tR t S c b Vt c a Vt c b a cVt cVt
– 由于卫星信号的失锁而使载波相位观测值中的整周计数所发生的突变。
• 产生周跳的原因
– 信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪 – 仪器故障，导致差频信号无法产生 – 卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误
– 接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法正确跟踪卫星 信号 – 卫星瞬时故障，无法产生信号
– 接收机具有连续跟踪卫星信 号的能力
二、利用测距码测定卫地距
载波相位测量
载波相位测量作者：周晓林利用测距码进行伪距测量是全球定位系统的基本测距方法。
然而由于测距码的码元长度较大，对于一些高精度应用来讲其测距精度还显得过低无法满足需要。
如果观测精度均取至测距码波长的百分之一，则伪距测量对P码而言量测精度为30cm，对C/A码而言为3cm左右。
而如果把载波作为量测信号，由于载波的波长短所以就可达到很高的精度。
目前的大地型接收机的载波相位测量精度一般为1~2mm，有的精度更高。
但载波信号是一种周期性的正弦信号，而相位测量又只能测定其不足一个波长的部分，因而存在着整周数不确定性的问题，使解算过程变得比较复杂。
在GPS信号中由于已用相位调整的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因而接收到的载波的相位已不再连续，所以在进行载波相位测量以前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波，这一工作称为重建载波。
重建载波一般可采用两种方法，一种是码相关法，另一种是平方法。
采用前者，用户可同时提取测距信号和卫星电文，但用户必须知道测距码的结构；采用后者，用户无须掌握测踉码的结构，但只能获得载波信号而无法获得测距码和卫星电文。
一、载波相位测量原理载波相位测量的观测量是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。
以表示k接收机在接收机钟面时刻时所接收到的卫星载波信号的相位值，表示k接收机在钟面时刻时所产生的本地参考信号的相位值，观k接收机在接收机钟面时刻时观测卫星所取得的相位观测量可写为图7-3通常的相位或相位差测量只是测出一周以内的相位值。
实际测量中，如果对整周进行计数，则自某一初始取样时刻以后就可以取得连续的相位测量值。
如图7-3在初始时刻，测得小于一周的相位差为，其整周数为，此时包含整周数的相位观测值应为接收机继续跟踪卫星信号，不断测定小于一周的相位差，并利用整波计数器记录从到时间内的整周数变化量，只要卫星从到之间卫星信号没有中断，则初始时刻整周模糊度就为一常数，这样，任一时刻卫星到# 接收机的相位差为上武说明，从第一次开始，在以后的观测中，其观测量包括了相位差的小数部分和累计的整周数。
GPS测量技术习题库解析
知识点一 GPS定位系统判断题：（×）1、相对定位时，两点间的距离越小，星历误差的影响越大。
（√）2、采用相对定位可消除卫星钟差的影响。
（√）3、采用双频观测可消除电离层折射的误差影响。
（×）4、采用抑径板可避免多路径误差的影响。
（√）5、电离层折射的影响白天比晚上大。
（√）6、测站点应避开反射物，以免多路径误差影响。
（×）7、接收机没有望远镜，所以没有观测误差。
（√）8、精度衰减因子越大，位置误差越小。
（√）9、精度衰减因子是权系数阵主对角线元素的函数。
（√）10、97规程规定PDOP应小于 6。
（√）11、强电磁干扰会引起周跳。
（√）12、双差可消除接收机钟差影响。
（√）13、差分定位与相对定位的主要区别是有数据链。
（√）14、RTD 就是实时伪距差分。
（×）15、RTK 就是实时伪距差分。
（√）16、实时载波相位差分简称为RTK。
（×）17、RTD 的精度高于RTK。
（√）18、GPS网的精度是按基线长度中误差划分的。
（√）19、97规程中规定的 GPS网的精度等级有5 个，最高精度等级是二等。
选择题：1、实现GPS定位至少需要（ B ）颗卫星。
A 三颗B 四颗C 五颗D 六颗2、SA政策是指（ C ）。
A 精密定位服务B 标准定位服务C 选择可用性D 反电子欺骗3、SPS是指（ B ）。
A 精密定位服务B 标准定位服务C 选择可用性D 反电子欺骗4、ε技术干扰（ A ）。
A 星历数据B C/A 码C Ｐ码D 载波5、UTC表示（ C ）。
A 协议天球坐标系B 协议地球坐标系C 协调世界时D 国际原子时33.GPS卫星信号取无线电波中L波段的两种不同频率的电磁波作为载波，在载波2L上调制有（ A ）。
A、P码和数据码B、C/A码、P码和数据码C、C/A和数据码D、C/A码、P码34在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择哪种投影方式（A）A、横轴墨卡托投影B、高斯投影C、等角圆锥投影D、等距圆锥投影6、WGS-84坐标系属于（ C ）。
GPS测量与数据处理参考题目及答案
GPS测量与数据处理自学指导及参考习题第一部分内容提要：本部分主要教授全球定位系统的产生、发展及前景和GPS的应用。
与GPS的产生背景有关部分，重点介绍第一代卫星导航定位系统-—子午卫星系统的原理及其局限性。
与GPS应用有关的部分，重点介绍GPS在军事、交通运输、及测量等领域中的应用。
习题：1、举例说明GPS在测量领域中的应用。
答:（1）用GPS建立和维持全球性的参考框架;(2）建立各级国家平面控制网；（3）布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量;(4）在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用.（《GPS测量与数据处理》，P7）2、“Transit系统是一个连续、独立的卫星导航系统"这种说法正确吗,为什么?答：这种说法不正确。
子午卫星系统（Transit）中没有采用频分、码分、时分等多路接收技术。
接收机在某一时刻只能接收一个卫星信号,这就意味着子午卫星星座中所含的卫星数不能太多。
为防止在高纬度地区的视场中同时出现两颗子午卫星从而造成信号相互干扰的可能性,子午卫星星座中的卫星一般不超过6颗,从而使中低纬度地区两次卫星通过的平均间隔达1.5h左右。
由于各卫星轨道面进动的大小和方向不一,最终造成各轨道面之间的间隔疏密不一.相邻轨道面过密时会导致两颗卫星同时进入用户视场，造成信号相互干扰，此时控制中心不得不暂时关闭一颗卫星使其停止工作。
轨道面过疏时用户的等待时间有可能长达8~10h。
导航定位的不连续性使子午卫星系统无法称为一种独立的导航定位系统，而只能成为一种辅助系统.(《GPS测量与数据处理》,P3)3、名词解释：多普勒计数答:若接收机产生一个频率为的本振信号，并与接收到的频率为的卫星信号混频,然后将差频信号（）在时间段［，]间进行积分,则积分值,称为多普勒计数.第二部分内容提要:本部分主要部分授GPS各部分，包括空间部分、地面监控部分和用户部分的组成与功能。
在用户部分中，重点介绍与GPS接收机有关的基本概念，例如天线平均相位中心偏差,接收通道等。
第5章距离测量与定位方法5mxpPPT课件
信号那样），对载波进行相位测量，就能达到很高的精度。
目前测量型接收机的载波相位测量的精度为0.2 ~ 0.3 mm，
其测距精度比测码伪距的精度要高2 ~ 3个数量级。
1177
载波重建
1188
重建载波
• 重建载波 – 将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。
伪距测量与载波相位测量
载波调制了电文之后 变成了非连续的波
mi
yi (0
Y0 )i
；
nizi Z0 (0 源自iLi(0 )ii
c
V ti
S
(Vion )i
(Vtrop )i
则误差方程 为：Vi lidX midY nidZ c VtR Li
1133
Z跟踪技术
• AS
– P码+W码Y码
– W码的码元宽度比Y码大二 十倍
• Z跟踪技术
– 原理
互相关（交叉相关）法
• 方法
– 在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理， 获取两个频率间的伪距差和相位差
R L 2R L 1 ,C /A (R L 2 ,Y R L 1 ,Y) • 技术要点
– 不同频率的卫星信号（弱）进行相关。
• 特点
– 优点：无需了Y解码的结构，可获得导航电文，可获得 全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低 了27dB）。
伪距 ~ ： c(tRtS)
设： atSVtS； btRVtR 则： ~c(tRtS)c[(bVtR)(aVts)]c(ba)cVtS cVtR
站星真实 距 c(离 b： a)VionVtrop 故： ~Vion VtropcVtS cVtR
对流层折射延迟
卫星钟的改 正数
电离层折射延迟 改正
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• 优点：无需了Y解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波 长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB）
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位测量的关键技术－重建载波
载波相位测量的关键技术－重建载波⑤
• Z跟踪
– 方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机 复制出的P码进行相关处理。
则：~
c (tR
tS)
c [( b
VtR ) ( a
V t
s
)]
c
(
b
a
)
c
V t
S
c VtR
站星真实距离： c ( b a ) Vion Vtrop
故：~
Vion
Vtrop
c
V t
S
c VtR
对流层折射延 迟改正
卫星钟的改 正数
电离层折射延 迟改正
接收机钟的 改正数
GPS原理及其应用
• 整周计数 Int
• 整周未知数（整周模糊度）N0
Fr 0
载波相位观测值
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位测量的特点
载波相位测量的特点
• 优点
– 精度高，测距精度可达0.1mm量级
• 难点
– 整周未知数问题 – 整周跳变问题
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位测量的观测方程
Z跟踪技术
010010
P码
• AS
+
– P码+W码Y码
W码
0（1）
– W码的码元宽度比Y码大几十 = 倍
010010
Y码
• Z跟踪技术
– 原理
在一个W码码元内
010010 P码
Y码
P码 P码
+ W码
1（-1）
– 将相关间隔（积分间隔）限 =
101101
定在一个W码码元内
Y码
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 伪距测量的特点
– 必须了解测距码的结构
• 利用测距码进行测距的优点
–
采用的是CDMA（码分多址）
每颗GPS卫星都采用特定的 伪随机噪声码
技术
– 易于捕获微弱的卫星信号
– 可提高测距精度
– 便于对系统进行控制和管理 （如AS）
微弱信号的捕获
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > Z跟踪技术
– 在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制 信号（强）进行相关。
– 特点
• 优点：无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值， 可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量 较平方法好（信噪比降低了14dB）
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波测距
载波测距
tj
ti
(Vion )i
Vtrop
xi X 0
(0 )i
dX
yi Y0
(0 )i
dY
zi Z0
(0 )i
dZ
(0)i
N
cVtR
cV t
S
(Vion )i
Vtrop
误差方程为：
vi
li dX
midY
nidZ
Ni
cVtR
cV t
S
Li
其中：
Li (0 )i i (Vion )i Vtrop
测距码测距原理①
• 距离测定的基本思路
c t c
信号传 播时间
• 信号（测距码）传播时间的测定
相关系数：
R 1 u(T t) u(T )dt
T T
信号传播时间的测定
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码测距原理
测距码测距原理②
• 利用测距码测距的必要条件
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距方法
测距方法
• 双程测距
用于电磁波测 距仪
• 单程测距
用于GPS
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码
测距码
C/A码（测距时有模糊度）
P码
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码测距原理
ti
R t j ti
(c )2002, 黄劲松
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > GPS载波相位测量的基本原理
GPS载波相位测量的基本原理
S
S
SR)
(tR )
接收机根据自身 的 钟 在tR时 刻 复 制信号的相位
接收机根据自身 的 钟 在tR时 刻 所 接 收 到 卫 星 在tS 时刻所发送信号 的相位
载波相位测量的关键技术－重建载波④
• 互相关（交叉相关）
– 方法
• 在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个 频率间的伪距差和相位差
RL2 RL1,C / A (RL2,Y RL1,Y ) L2 L1,C / A (L2 L1)
– 技术要点
• 不同频率的卫星信号（弱）进行相关。
载波相位测量的观测方程
原始形式：
(i
Ni ) i
cVtR
cV t
S
(Vion )i
Vtrop
i
i
Ni
i
cVtR
cV t
S
(Vion )i
Vtrop
线性化后：
i
X 0 xi
(0 )i
dX
Y0 yi
(0 )i
dY
Z0 zi
(0 )i
dZ
(0)i
N
cVtR
cV t
S
(tS)
tR tS R
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > 测距码测距的观测方程
测距码测距的观测方程
信号到达接
信号离开
收机的时刻
卫星的时
（由接收机 钟测定）
刻（由卫 星钟测定）
伪距：~ c (tR t S )
设： a
tS
V t
S
；
b
tR
VtR
• 优点：可获得导航电文，可获得全 波长的载波，信号质量好（信噪比 高）
卫 星 信 号 的 生 成
接 收 机 重 建 载 波
(c )2002, 黄 劲 松
码相关法
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位测量的关键技术－重建载波
载波相位测量的关键技术－重建载波③
• 平方法
li
xi (
0
X )i
0
；mi
yi (0
Y0 )i
；ni
zi Z0 (0 )i
Li
(0 )i
i
c
V ti
S
(Vion )i
(Vtrop )i
则误差方程为：Vi lidX midY nidZ c VtR Li
GPS原理及其应用
§4.2 载波相位测量
载波相位测量
(tS)
R
tR tS R
理想情况
实际情况
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位观测值
载波相位观测值
ti
Fr i Int() i N 0
• 观测值
首次观测：
0 Fr( )0
t0
以后的观测：
i Int( )i Fr( )i
N
0
通常表示为：
~ N0 Int( ) Fr( )
GPS原理及其应用
(八)
武汉大学 测绘学院 GPS原理及其应用课程组
GPS原理及其应用
第四章 距离测量与GPS定位
§4.1 利用测距码测定卫地距
GPS原理及其应用
§4.1 利用测距码测定卫地距
GPS原理及其应用
GPS定位的基本原理 • 需解决的两个关键问题
– 如何确定卫星的位置 – 如何测量出站星距离
– 方法
• 将所接收到的调制信号（卫星信号） 自乘。
– 技术要点
• 卫星信号（弱）自乘。
– 特点
• 优点：无需了解码的结构 • 缺点：无法获得导航电文，所获载
波波长为原来波长的一半，信号质 量较差（信噪比低，降低了30dB）
平方法
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位测量的关键技术－重建载波
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 载波相位测量 > 载波相位测量的关键技术－重建载波
载波相位测量的关键技术－重建载波②
• 码相关法
– 方法
• 将所接收到的调制信号（卫星信号） 与接收机产生的复制码相乘。
– 技术要点
• 卫星信号（弱）与接收机信号（强） 相乘。
– 特点
• 限制：需要了解码的结构。
伪距测量的特点
• 优点
– 无模糊度
• 缺点
– 精度低
GPS原理及其应用
距离测量与GPS定位 > 利用测距码测定卫地距 > GPS测量的基本观测方程
GPS测量的基本观测方程
S
(tR )
接收机根据自身 的 钟 在tR时 刻 复 制信号的相位