tu：钟脉冲的时间间隔 码值1 码状态 -1 . 码值0 码状态 +1 8
GPS测距码
• C/A码（Coarse/Acquisition Code） 10级
1周期含码元数N：1023； 码率：1.023MHz；
码元宽度tu：0.98us(293.05m)；精度：2.9m
周期：Tu=Ntu=1ms；
.
2
S2 S1
ρ2 ρ1
GPS定位基本原理
S3
运用空间距离前方交会的方
法求出卫星的位置。
运用空间距离后方交会的方 ρ3 法求测站点的位置。
观测值：距离
P
1 2 ( X X 1 ) 2 ( Y Y 1 ) 2 ( Z Z 1 ) 2
2 2 ( X X 2 ) 2 ( Y Y 2 ) 2 ( Z Z 2 ) 2
• 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；
.
4
§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
.
5
GPS测距码 码：表达信息的二进制数及其组合
t j t j(GPS)t j
ti
ti (GPS)ti
tj a 0 a 1 ( t t0 ) a 2 ( t t0 )2
信号传播时间
tij ti tj ti( G) P tj( G S ) P ti S tj
伪距
ijc tijc(ti(G)P tjS (G)P )cS (tjti)
c(tjti) .
粗码/捕获码；
仅被调制在L1上
• P（Y）码（Precise Code）
1周期含码元数：6.19×1012；
码率：10.23MHz；
周期：7天；
码元宽度：0.098us(29.30m)； 精度:0.29m
精码；
被调制在L1和L2上
.
9
测距码（续）
.
10
5.2.1 码相关伪距测量原理
（1）卫星依据自己时钟（钟脉冲） 发出某一结构的测距码，经过△t时 的传播到达GPS接收机。
3 2 (X X 3 )2 ( Y Y 3 )2 . ( Z Z 3 )2
3
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
14
RINEX 2 格式的广播电文含义
PRN号
年月日时分秒
a0
AODE
Crs
Cuc
e
t0
Cic
i0
Crs
i
cflgl2
卫星精度 卫星健康
信息传输时间
a1 △n Cus Ω0 ω GPD Tgd
a2 M0
a
Cis
pflgl2
AODC
.
15
地球大气结构
.
16
大气折射效应
色散介质与非色散介质
– 色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射 效应也不同
– 非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折 射效应相同
– 对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层 是非色散介质
.
17
电离层对C/A码影响
C/A码
在电离层中以群速Vg 传播 （级数展开）
ng 140 .28 N f2
Vg
c
ng
c(140.28Nf2)
其速度与频率有关 tVgdtc4f0.22 8 RNedR
电离层改正的大小主 ion
要取决于电子总量和
信号频率
ionc4f0.22 8RNedR
.
18
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 140.28N f2
ionc4f0.22 8 RNdR
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
11
5.2.2 伪距定位观测方程
由卫星钟驱动下产生的GPS信号，离 开卫星发射天线，在地球引力场中穿越大 气层，进入接收机内部，与接收机自身产 生的参考信号相比较，得到GPS观测值。
观测方程要反映该过程
.
12
5.2.2 伪距定位观测方程
三种时间系统
.
13
5.2.2 伪距定位观测方程
卫星发出信号时间（以卫星钟面时间标准） 接收机接收的时间（以接收机钟面时间标准）
模二相加运算规则
1 1 0;
1 0 1;
0 1 1;
0 00
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；
脉冲信号：像脉搏跳动一样的信号，相对于直流，断续
的信号。
.
6
状态
各存储器单元
模二相加 输出
编号
1 2 3
④ ③ ②①
1 1 11 1 1 10 1 1 00
④③
0 0 0
第五章 GPS卫星定位基本原理
§5.1 概 述 §5.2 伪距测量 §5.3 载波相位测量 §5.4 整周跳变的修复 §5.5 GPS绝对定位与相对定位 §5.6 美国的GPS政策 §5.7 差分GPS定位原理
.
1
§5.1 概 述
• 测角交会 前方交会 后方交会
• 测边（距）交会法 两条边可确定P点坐标 无线电导航定位 卫星激光测距定位
• 伪距测量的特点：无模糊度，精度低。
.
21
（2）接收机在自己钟脉冲驱动下， 产生一组结构完全相同的复制码。
（3）通过时延器使之延迟时间τ，对 两码进相关比较。
（4）直至两码完全对齐，相关系数
R（t）=max=1，则该时间延迟τ即 为传播时间△t（τ=△t）。
（5）距离ρ=c·△t=c·τ。
复制码 １１１１０００１００１１０１０１１１
接收码
１１１１０.００１００１１０１０
码元
1 1 1
四 级 反 馈 移
4
1 0 00
1
1
位
5
0 0 01
0Байду номын сангаас
0
寄
6
0 0 10
0
0
存
7
0 1 00
1
0
器
8
1 0 01
1
1
的
9
0 0 11
0
0
状
10
0 1 10
1
0
态
11 1 1 0 1
1
0
1
序
12
0 10
1
1
列
13
0 1 01
1
0
14
1 0 11
1
1
15
0 1 11
.
1
0
7
四级反馈移位寄存器
.
19
对流层影响
从地面到高空40KM大 气层为对流层；
电磁波经过对流层会产 生延迟，和温度、湿度、 气压有关；
天顶方向可达2—3m， 高度角10o，可达13m。
.
20
5.2.2 伪距定位观测方程
• 考虑大气影响，伪距测量方程为
io n dr o cp ti ctj
1
[(Xj Xi)2(Yj Yi)2(Zj Zi)2]2cti ion d ro pctj