GPS定位原理(部分硕士论文)

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【简　介】:GPS定位原理(部分硕士论文)
GPS定位原理
    所有卫星导航系统的定位原理基本相同都是通过延时测距。延时测距就是通过测量四个已知位置上信号传播的时间延迟，确定四个已知位置至用户的距离，根据这四个量测距离结算出用户的三维位置和用户与已知位置的时间同步偏差。GPS定位方式大体分为两类：单独的GPS定位和差分GPS定位（DGPS）。单独GPS定位原理就采用的观测量而言，可分为伪距法和载波相位法。前者主要用于导航定位，后者用于精密的大地测量和可确定整周数模糊度情况下的动态测量。对于车辆导航大多数用户都采用伪距法，因此在本文重点介绍伪单独定位法。
    GPS卫星发射两种伪随机测距码：一是长的精密测距码P码，另一种是粗/截获（C/A）码，二者的区别在于编码周期不同与P码进行加密。
当卫星发射一伪随机码时,接收机内部也产生一个相同的伪随机码。当卫星信号经过传播距离的延迟 后到达接收机，与本地码进行相关处理；移动本地码，使相关函数达到最大值。这样本地码移动的时间延迟值就是卫星信号传播时间 ，乘上光速就得到所测距离。
全球定位系统多采用惰性高轨测距体制，以距离作为基本观测量。通过对四颗卫星同时进行伪距离测量即可截算出接收机的位置。全球定位系统采用统一的原子时系统，以t表示时间，所观测的第j颗卫星时钟的钟面时以 表示，接收机时钟的钟面时以 表示。由于卫星与接收机时钟与GPS原子时不同步，其时钟差为： ；
这里定义的时钟差与天文钟的定义反号，这样只是为了使用方便。
设某一信号事件自第j颗卫星发广播的时间为 ，接收机所接收的时刻为 。显然可算出自信号传播延迟： = - 。从而所要计算的卫星到接收机的距离： ，式中c为光速。但实际上我们只能得到该信号事件发广播时刻卫星时钟的钟面时 和接收时刻接收机的钟面时 。所得观测量为： 。从而 ； 。式中 是卫星钟时钟差，可由地面监控系统测定并通过卫星发播的导航电文提供给用户，可以认为它是已知值。于是上式可写为：
                （2.3）
是我们实际可以得到的观测量（已加入卫星钟差改正），它等于卫星至接收机的距离与接收机钟差改正之和，通常称为伪距离或伪距。
一般用户很难以足够的精度测定接收机的钟差，可以把它作为一个待定系数于接收机的位置一并解出。
（2.3）式可写为：   （2.4）
式中x、y、z表示接收机在所采用的地球坐标系中的三维坐标值。而 、 、 为第j颗卫星在同一坐标中的坐标。这样，（2.4）式中除去直接观测 和已知卫星时钟钟差 ，卫星位置（ 、 、 ）外，尚有四个待定系数，它们是接收机位置（x、y、z）和接收机钟差 。只需对四颗j,k,l,m卫星进行观测可得：
     （2.5）
解式（2.5）这个四元方程组即可解出接收机的位置和接收机钟差这四个参数。

li_wm

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ybangiao

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