卫星测距的原理
4GPS测距定位基本原理汇总
► 动态定位的特点与分类
▪ 用户广泛
► 陆地运动载体 ► 水上运动载体 ► 空中运动载体。
▪ 运动速度差异大。
► 低速：几米~几十米/秒 ► 中速：几十米~1000米/秒 ► 高速：大于1000米/秒
▪ 采样时间短
► 用于运载火箭或飞船定位时每次采样时间为0.3秒左右。
▪ 动态实时性强
► 例如为导弹导航，为火箭定轨。
▪ 根据CDMA 测量原理可知，信噪 比与相关处理的积分时间的平方 根成正比，从而采用Z 跟踪技术 所获取的P（Y）码伪距的精度有 所下降。
► 由于增加了处理环节和使用近似的 W码（准确的W 码是未知的）信息 ，也增加了测量噪声。
Z跟踪技术
Z跟踪技术精度
► 利用Z 跟踪技术所获取的P（Y）码伪距观测值中， P1 码伪距的精度与C/A 码基本相同，而P2 码伪距 观测值的精度较低。
i：卫星的索引号； r i：到第i颗卫星的距离；
xsvi , ysvi , zsvi ：第i颗卫星的位置；
(xue , yue , zue )：用户的位置，三个未知量。
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
'
GPS系统的实质（关键），是要得到用户 （载体）的高精度的瞬时位置。若根据前面在 概论中所描述的几何模型，定位过程就是：
► C/A码伪距（20米精度）、P码伪距（2米精度）
►当观测卫星数大于4时可采用最小二乘法计算 接收机的位置坐标的最或然值(最可靠值 )
▪ 对某一量进行多次观测，各次观测的结果总是互 不一致只有在观测次数无限增大时，其平均值即 趋近于该量的真值。
▪ 在实际工作中不可能进行无限次观测，因而根据 观测结果所得到的仅是相对真值，它就是该量的 最或然值。
第五章-GPS卫星定位基本原理1
信号频率
ion
c
40.28 f2
R NedR
电离层对载波影响
•载波是正弦波
•在电离层中以相速度传播
ng 1 40.28Nf 2
ion
c
40.28 f2
R NdR
电离层影响与太阳黑子活动有关
与卫星到接收机方向有关，天顶方向最大50m延迟 高度角20°时150m延迟
对流层影响
GPS定位方法及分类
• 依据测距的原理划分： 伪距法定位（测码） 载波相位测量定位（测相） 差分定位
• 依据（接收机）待定点运动状态划分 动态定位——认为接收机相对于地面是运动的 静态定位——认为接收机相对于地面静止不动
• 绝对定位与相对定位： 绝对定位——求测站点相对于地心的坐标；（静态） 相对定位——求测站点相对于某已知点的坐标增量；
§5.2 伪距测量
• GPS测距码 • 5.2.1 伪距:卫星发射的测距码信号到达
GPS接收机的传播时间乘以光速。 • 5.2.2 伪距定位观测方程
GPS测距码 码：表达信息的二进制数及其组合
模二相加运算规则
11 0;
1 0 1;
0 1 1;
00 0
脉冲：在短时间内突变，随后又迅速返回到其初始值的 物理量；
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
5.3.1 GPS载波相位测量原理
S SR) R
5.3.1 GPS载波相位测量原理
GPS载波相位测量的基本原理
S SR) R
理想情况
S
(tR )
接收机根据自身 的 钟 在tR时 刻 复 制信号的相位
卫星激光测距技术与应用
卫星激光测距技术与应用摘要：卫星激光测距(Satellite Laser Ranging)技术是现代空间大地测量最先进技术之一，它可以为人造卫星提供精密的距离观测和定轨，在其他领域中也得到广泛应用。
关键词:SLR；SLR发展；卫星精密定轨一、卫星激光测距定义卫星激光测距也称激光测卫，是目前空间大地测量技术中精度最高的一种。
卫星激光测距（satellite laser ranging，SLR）是利用安置在地面上的卫星激光测距系统所发射的激光脉冲，跟踪观测装有激光反射棱镜的人造地球卫星，以测定测站到卫星之间的距离的技术和方法。
是卫星单点定位中精度最高的一种，已达厘米级。
可精确测定地面测站的地心坐标、长达几千千米的基线长度、卫星的精确轨道参数、地球自转参数、地心引力常数、地球重力场球谐系数、潮汐参数以及板块运动和地壳升降速率等。
二、SLR特点及其发展历史空间大地测量和地学研究在很大程度上依赖于大量、精确的观测数据,这些数据包含广阔的空间和时域上的频谱信息。
卫星激光测距——SLR的工作原理是通过精确测定激光脉冲从地面观测点到装有反射器卫星的往返时间间隔,从而算出地面观测点至卫星的距离。
1960年,美国研制了第一台红宝石激光器,证实了激光具有远程测量的能力。
1962年,美国人Henry Plotkin提出在飞行器上安装激光反射器,并应用于大地测量。
1964年10月,美国在BE-B卫星上实现了人造卫星激光测距,当时的精度为米级。
从上世纪60年代至90年代近30年间, SLR的观测量和观测精度都提高了几个数量级。
90年代DORIS、GPS这些运用电磁方法的测量手段已能达到SLR的性能指标,同时由于新技术的出现也使SLR性能得以提高:通过雪崩单光子二极管(欧洲使用)和微通道光电倍增器(美国使用)和其它技术的使用, SLR的测量精度已达到厘米级。
由于空间技术的发展,大地测量、地球物理、海洋学等都应用了适合自己的技术，但SLR仍然在这些领域起着举足轻重的作用:与GPS相比,由于它可以直接在地面上进行调试和维护,所以由它提供的地球参考框架长周期精度更高;另外空间的激光目标可认为具有无限寿命周期,这也是其它观测手段无法比拟的;重力场研究中, SLR由于可以从LAGEOS观察数据中得到重力常数GM的值,所以在定轨中它能提供绝对尺度因子。
浅析RTK技术原理和应用特点
浅析RTK技术原理和应用特点1 引言RTK（Real Time Kinematic，实时动态）技术是在GPS基础上发展起来的，能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维坐标，并在一定的范围内达到厘米精度的一种新的GPS定位测量方式。
GPS测量技术中的载波相位实时动态测量RTK 技术因为它对工作环境要求低、定位精度高、数据安全可靠、减少误差积累、数据处理简捷、操作简便以及作业效率高等优势，在测绘领域得到越来越广泛的应用，GPS技术在土地利用更新调查中更是有着广阔的应用前景。
本文论述了RTK 技术的系统组成、基本原理，简要介绍了RTK技术的应用。
2 GPS-RTK的系统组成GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户接收部分（即GPS接收机）的三部分组成。
RTK系统是建立在GPS系统的基础上，其组成包括基站、流动站、数据通信链、RTK软件和通讯系统，通俗地说，就是用多台GPS接收机和天线组成的一个小区域网形测量系统。
其中，基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射设备、供GPS接收机和无线电通讯设备使用的电源及基站控制器等;流动站由GPS 天线、GPS 接收机、电源、无线电通讯接收设备及流动站显示控制等部件组成。
3 GPS-RTK的工作原理GPS （Global Positioning System）即为全球定位系统，其工作原理就是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可以得到接收机的具体位置。
RTK技术是建立在GPS系统的基础上，是以载波相位测量为基础的实时差分GPS测量技术，是在GPS测量技术中应用比较广泛的一种，是GPS测量技术的一个突破性发展，其工作原理也是基于GPS卫星的定位原理。
GPS卫星定位原理是采用无线电交会测距原理，通过卫星这个媒介，把地面设备发射的无线电信号传递给三颗以上的卫星，再由卫星反馈给地面接收设备，通过数据解算等方法交会出地面测站点的三维位置坐标;因为只要有GPS接收设备就能接收GPS卫星信号，所以我们也可以由接收机获得卫星的空间位置，当接收到三颗以上卫星的信号时，可以得到测站点到各个卫星的距离，并通过卫星星历解算出卫星的空间坐标，交会解算出测站点的三维坐标。
卫星导航系统工作原理
卫星导航系统工作原理卫星导航系统是一种利用人造卫星进行全球定位和导航的技术。
它能够提供精确的时间、位置和速度信息，为航海、航空、军事、交通等领域的应用提供了重要的支持。
在本文中，将详细介绍卫星导航系统的工作原理。
一、全球定位系统（GPS）是最常见和广泛使用的卫星导航系统。
它由一系列地球轨道卫星、地面控制站和用户设备组成。
在工作中，GPS主要包括以下几个步骤：1. 卫星发射：GPS系统中的卫星由美国国防部负责发射和维护。
这些卫星分布在特定的轨道上，以确保全球范围内的覆盖。
2. 卫星测距：用户设备通过接收来自至少4颗卫星的信号，并测量信号的传播时间来确定自身的位置。
这个过程需要同时接收卫星发出的导航信号，并记录每颗卫星的传播时间。
3. 定位计算：用户设备通过对接收到的卫星信号进行计算和处理，确定自身的位置。
利用测距原理，用户设备可以确定自身与各颗卫星之间的距离，然后通过三角定位来计算地理坐标。
4. 位置更新：一旦确定了用户设备的位置，GPS系统将持续不断地更新位置信息，以便用户及时获得最新的导航和定位数据。
二、伽利略导航系统是欧洲空间局研发的卫星导航系统。
与GPS系统类似，伽利略系统也由一系列地球轨道卫星、地面控制站和用户设备组成。
其工作原理也基本相同，不同之处在于伽利略系统采用了更高精度的技术，可以提供更准确的定位和导航服务。
伽利略导航系统的主要特点是系统开放性和独立性。
相比GPS系统需要依赖美国军方控制，伽利略系统的控制权完全掌握在欧洲自身手中，使得欧洲在定位和导航领域有了更大的自主权和可靠性。
三、北斗导航系统是中国自主开发的卫星导航系统。
与GPS和伽利略系统类似，北斗系统也基于一系列地球轨道卫星、地面控制站和用户设备构建，提供定位和导航服务。
北斗系统的工作原理与GPS类似，都是通过测距和定位计算来确定位置。
与GPS和伽利略系统相比，北斗系统有其独特的优势。
首先，北斗系统在全球范围内提供了更广泛的服务覆盖，包括陆地、海洋和航空领域。
卫星测距的原理(一)
卫星测距的原理(一)卫星测距卫星测距是一种利用卫星技术进行距离测量的方法。
通过测量卫星与地面上的特定点之间的时间差，可以精确计算出两点之间的距离。
以下是关于卫星测距的一些相关原理。
原理一：卫星轨道卫星测距依赖于卫星的轨道，而卫星的轨道受到地球引力的影响。
卫星通常处于圆形、椭圆形或近地点高度轨道上。
这些不同类型的轨道会对测距的精度产生影响。
•圆形轨道：卫星处于固定高度的圆形轨道上，便于测距的计算。
•椭圆形轨道：卫星沿着椭圆形轨道运行，测距需要考虑卫星位置的变化。
•近地点高度轨道：卫星的轨道离地面较近，需要考虑大气层的影响。
原理二：测距方法卫星测距主要有两种方法：单点测距和双点测距。
单点测距单点测距是指利用单个卫星与地面上一个接收器之间的信号传输时间来计算距离。
该方法的原理如下：1.卫星发射一个信号，信号经过大气层传播到达地面上的接收器。
2.接收器接收到信号后，开始计时，并记录接收到信号的时间。
3.接收器将接收到的时间信息传输给测距系统进行计算。
4.测距系统利用已知的速度光在大气中传播的速度，乘以信号传输时间，计算出距离。
双点测距双点测距是指利用两个接收器分别接收卫星信号，并测量信号到达每个接收器的时间差。
该方法的原理如下：1.首先，确定两个接收器之间的距离，可以通过测量其经纬度坐标或使用已知的地理信息。
2.两个接收器同时接收卫星信号，并记录到达时间。
3.接收器将接收到的时间信息传输给测距系统进行计算。
4.测距系统利用两个接收器之间的距离，以及到达时间的差异，计算出距离。
原理三：测距误差在卫星测距中，还会存在一些误差，影响测量的精度。
以下是一些常见的测距误差：•信号传播时间：信号在大气层中的传播速度可能受到天气条件和大气密度的影响，从而导致测距误差。
•时钟误差：卫星和接收器上的时钟可能存在差异，会引起时间测量误差。
•大气效应：大气层中的湿度、温度和其他环境因素，会对信号的传播速度造成影响。
•地球引力变化：地球的引力场可能会导致卫星轨道发生微小的变化，从而引起测距误差。
卫星测绘技术中的卫星定位与测距原理
卫星测绘技术中的卫星定位与测距原理引言：卫星测绘技术是一种利用卫星进行地理信息获取与处理的方法，具有高精度、广覆盖、无需实地勘测等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
卫星定位与测距是卫星测绘技术中的核心原理，本文将对该原理进行探讨。
一、卫星定位原理卫星定位是通过测量卫星与接收机之间的距离，以及卫星与地球表面的角度，来确定接收机所在的位置。
卫星定位主要基于全球定位系统（GPS）进行，下面将介绍GPS卫星定位的原理。
1. GPS系统概述GPS全称为Global Positioning System，是美国建立的一个卫星导航系统，由多颗卫星组成。
当地面接收机接收到至少四颗以上的GPS信号时，可以通过计算卫星到接收机的距离，从而确定接收机的位置。
2. 卫星测距原理卫星测距是卫星定位的关键一步，它通过测量接收机与卫星之间的信号传播时间来计算距离。
当卫星向接收机发射信号时，接收机会记录下信号接收时间，并与接收机的本地时间进行对比，从而计算出信号传播的时间差。
根据信号传播的速度和时间差，可以得到接收机与卫星之间的距离。
3. Dinatrance计算利用测距得到的不同卫星与接收机之间的距离，可以使用Dinatrance算法进行计算。
该算法基于三边测量原理，通过卫星与接收机的距离来计算接收机的位置。
当至少四颗卫星的距离确定后，利用Dinatrance算法可以获得接收机的经纬度坐标。
二、卫星测距原理卫星测距的过程主要是通过测量接收机与卫星之间的距离来实现。
下面将介绍三种常用的测距方法。
1. 伪距测量伪距测量是最常用的一种方法，它通过测量信号从卫星发射到接收机接收的时间来计算距离。
在接收机接收到卫星信号后，会记录下接收时间，并与卫星发射时刻进行对比，从而计算出信号的传播时间。
通过将传播时间与信号传播速度相乘，即可得到卫星与接收机之间的距离。
2. 相位测量相位测量是一种更为精确的测距方法，它通过测量信号的相位变化来计算距离。
GPS测量原理及应用
主讲 陈志高
第1部分 原理
1 2 3 4 5 6 7 8 9
2019/2/5
GPS测量的特点 GPS的历史和背景 GPS系统的组成 GPS卫星 GPS地面控制站 GPS用户设备 GPS系统现状 GPS定位原理 GPS测量
2
GPS定义
GPS的英文全称是：Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 测量用户的 PVT：
154 120 50比特/S
卫星信息电文(D码)
每颗卫星都发射一系列无线电信号(基准频率ƒ)
两种载波(L1和L2) 两种码信号(C/A码和P码) 一组导航电文(信息码，D码)
2019/2/5 21
GPS卫星信号的组成
卫星信号
载波信号(L1，L2) 测距码(P码,C/A码) 数据码(导航电文或D码)
2019/2/5
36
伪距差分
这是应用最广的一种差分。在基准站上，观 测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星 的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的 真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距 改正数，将其传输至用户接收机，提高定位 精度。 这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广 泛使用的“信标差分”
2019/2/5
6
2 GPS的历史和背景
GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统
(1)全球覆盖 (2)24小时可以定位，测速和授时 (3)用户设备成本低廉 (4)确保美国军事安全，服务于全球战略 (5)导航精度可达10-20m (6)取代现存各种导航系统 这种设备可以用来武装战车，舰船和飞机，提高其作战 能力，并可广泛用于地面部队，其作用已经在海湾战争中得 到充分展示。
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卫星测距的原理
卫星测距是一种通过卫星与地面目标之间的电磁波传输进行距离测量的技术原理。
其
基本原理如下：
1. 卫星发射器和地面目标之间建立通信链路。
卫星发射器通过发射特定频率的电磁
波形成无线信号，将信号传输到地面目标。
2. 地面接收器接收到卫星发射器发送的电磁波信号。
接收器通过接收到的信号进行
处理，并将其转换为电信号。
3. 接收器测量接收到信号的时间。
测量可以通过记录信号发射和接收之间的时间差
来完成。
4. 根据电磁波在真空中的传播速度，将时间差转换为距离。
卫星发射器和地面目标
之间的传播距离可以通过乘以电磁波在真空中的传播速度（通常近似为光速）来得到。
5. 通过多次测量并取平均值来提高距离测量的准确性。
多次测量可以减小测量误差，并提供更准确的结果。
卫星测距技术具有广泛的应用领域，包括地理测绘、导航、通信和军事等。
利用卫星
测距技术，可以实现对地球上目标的精确距离测量，并且可以提供高精度和高可靠性的测
距结果。