GPS卫星定位原理及其应用
电磁波的传播与GPS卫星的信号
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GPS定位的基本观测量
GPS定位的基本观测量 是观测站（用户接收机天线）到GPS卫星（信号发 射天线）的距离（或称为信号传播路径）。 是通过测定卫星信号在该路径上的传播时间（时间 延迟），或测定卫星载波信号相位在该路径上变化的周 数（相位延迟）来导出的。

接收到的 卫星相位
接收仪复制 出的相位
T
D = c TN
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测距码伪距测定


测距伪随机码 每一卫星播发一个伪随机测 距 码 信 号，该 信 号 大 约 每 1 毫 秒播发一次 接 收 仪 同 时 复 制 出 一 个 同 样 结 构的 信 号 并 与 接 收 到 的 卫 星 信 号 进行 比 较 由 信 号 的 延 迟 时 间 (dT) 推 算出卫星至接收仪的距离 接 收 仪 时 钟 应 与 卫 星 钟 校 时
减弱对流层折射改正项残差影响的主要措施
1.尽可能充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料。
2.利用水汽辐射计，准确地测定电磁波传播路径上的水汽积 累量，以便精确的计算大气湿分量的改正项。
3.利用相对定位的差分法来减弱对流层大气折射的影响。
4.完善对流层大气折射改正模型。
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电离层改正模型
y Ae sin(t振幅
0
t 0
y Ae sin 0 y Ae sin(t1 0 )
Ae
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电磁波传播中常用公式的转换
2f
1 f T t 0 T 0 2 0 t y A sin 2 ( 0 ) T T 其中为波长
2
f 0 f 0 f
2
f1 1 f2
2
f f f
1 2
f 2 f1 2 1 f 2
2

2
f 4 0.2 8
2
f f
2
f1 1 f2
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v f

大气层对电磁波传播的影响
根据电磁波传播的不同影响，一般可将大气层分为： 1.对流层 系指从地面上约40Km范围内的大气底层。 对流层具有很强的对流作用，云、雾、雨、雪、风 等主要天气现象，均出现在其中，这些对电磁波的
传播具有很大的影响。
2.电离层 约为地面上70Km以上的范围。 由于太阳和其它天体的各种射线作用，使该层的大 气分子发生电离。从而具有密度较高的带电粒子，对电 磁波的传播具有很大的影响。
N f1 40.28 2 f1 N f 2 40.28 2 f2 注：N为信号传播路径上电子 的总量。
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减弱电离层影响的措施
1.利用两种不同的频率进行观测
f 0 f
1 2 1
f 4 0.2 8
1
N 2 f1 N 2 f2

载波相位观测
载 波 L1 的 波 长 为 19 cm ，L2 的 波 长为 24 cm 接 收 仪 将 接 收 到 的 卫 星 载 波 信 号的 相 位 与 其 自 身 产 生 的 参 考 载 波信 号 的 相 位 进 行 比 较 接 收 仪 开 机 后，相 位 整 周 数 未 知 (带 有 整 周 模 糊 度 ) 跟 踪 卫 星 时 间 较 长 时 距 离 的 变 化可 以 测 定 ( 整 周 数 保 持 不变)
S 7.46512 10 2
其中： S d 为干分量，主要与地面 大气压力和温度有关
S 为湿分量，主要与传播 路径上的大气状况湿度 密切相关
w
H T 为观测站的高程 P为大气压力（ m bar ）
Tk 为绝对温度（ k C 273.2)
e0 为水汽分压
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f
1
2 f2 2 2 f f 1 2 2 f2 2 2 f 2 f1
0 f
1
2.两观测站同步观测量求差
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GPS卫星的测距码信号
GPS卫星所发射的信号包括：
载波信号 P码（或Y码）
C/A码
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对流层的处理办法
采用模型进行改正。 将对流层大气对电磁波的影响可以分为干分量和湿 分量的联合影响
S S S
d d w
S 1.552 105
w
P [ 40136 148.72(Tk 273.16) H T ] Tk e0 (11000 H T ) 2 Tk
基准频率
10.23 MHz /10 L1 1575.42 MHz L2 1227.60 MHz C/A 码 1.023 MHz P (Y) 码 10.23 MHz P (Y)-Code 10.23 MHz
x 154 x 120
50 bit/s
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卫星信悉 ( 状态信悉和星历)
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载波相位测距
数据码（又称作D码）
其中：C/A码和P码统称为测距码。
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GPS卫星信号的产生与构成的要求
1.适应多用户系统的要求 2.满足实时定位的要求 3.满足高精度定位的要求
4.满足军事保密的要求
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GPS卫星的导航电文（数据码）
导航电文主要包括： 1.与卫星有关的星历
2.卫星的工作状态
3.时间系统 4.卫星钟运行状态 5.轨道摄动改正 6.大气摄动改正
7.导航信息的数据码
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GPS卫星信号的构成
•每 个 GPS 卫 星 播 发 一 组 信 号 •每 组 信 号 包 括 两 个 不 同 频 率 的 载 波 信 号 (L1 和 L2)、两 个 不 同 的 测 距 码 信 号 (C/A 码 调 制 在 L1 载 波 上，P 码 或 Y 码 同 时 调 制 在 L1 及 L2 载 波 上) 以 及 卫 星 的 轨 道 信 息
v t
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距离测定原理
Xll
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Vl
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距离测定原理
Xll
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距离测定原理
Xll
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距离测定原理
Xll
距离 = 传播时间 x 光速
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Vl
电磁波传播原理简述
电磁波是一种随时间 t变化的正弦（或余弦）波。其数学表 达式为：