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GPS卫星定位的星历、载波、相位测量、差分测量和定位误差详解

简介

GPS原理和技术

一、名词解释:

截止高度角:为了屏蔽多路径效应或遮挡物的影响设定了某个角度以下不予跟踪卫星。

PDOP:空间位置精度因子,反映锁定的卫星的空间几何位置,范围越大值越小,定位精度越高。

固定解:载波相位观测值得到了整周未知数整数解。

浮点解:载波相位观测值得到了整周未知数实数解。

三差解:对于较长的基线,浮点解也不能得到好的结果,只能用三差分相位解来消去整周未知数。

二、接收机类型:

1)按频率分:单频(L1) ,双频(L1+L2);

2)按用途分:导航型,测量型,授时型。

三、GPS 概述

卫星数 21+3,轨道数 6,运行周期 12 恒星时,高度角 15°以上平均同时观测到6颗。

卫星的六个轨道参数:轨道椭圆的长半轴,轨道椭圆的偏心率,卫星在轨道椭圆上与近地点的角度,升交点赤径,近地点角距,轨道角。

四、卫星星历:

1)参考星历:理想的演算星历;

2)广播星历:预告星历,加了摄动力时间差改正,1 个参考时刻6个轨道参数,9 个摄动力因子,一共16 个参数。

3)精密星历:后处理星历,用另外建立的跟踪站改正星历。

五、电磁波信号和载波

通过调相技术,把测距码和数据码调制在载波 L上,以上三种码合成为一种GPS信号。 

1)导航电文组成(D 码,数据码) :星历,时钟改正,电离层模型,卫星状态信息,捕获P 码信息。

2)基本频率:f0,所有波段频率的基础(10.23MHz)。

3)测距码

  • C/A 码:粗码,f0 的十分之一,用来捕获 P码。

  • P码:频率是粗码10倍,精度也是粗码定位的10倍,美国军用精测码。

  • Y码:P 码的加密。

4)载波:L1(154f0) ,L2(120f0) ,L5(新增的民用载波) 。用来相差消除电离层误差,并且作为GPS信号的传输载体,由于频率非常高,相应测量精度也很高。

5)伪随机码:取值0、1的周期码。作为信息载体调制在载波上。

六、美国的GPS政策

AS政策即反电子欺骗政策,它将 P码加密成Y码。

SA政策即可用性选择政策,通过控制卫星钟和报告不精确的卫星轨道信息来降低定位精度。

七、载波相位测量

由于载波的波长大大小于 C/A 码,把载波作为量测信号,对载波进行相位测量可以达到很高的精度。通过测量载波的相位而求得接收机到 GPS 卫星的距离。

周期总数=两个历元间的整周计数(由计数器求得,已知)+整周未知数(未知)+不足整周的相位(已知)

要求得周期总数必须知道整周未知数,确定方法:伪距法,三差法,作为未知数平差法(长基线实数解,短基线整数解)

八、周跳

由于某种原因使计数器无法连续计数引起的整周跳变。查找周跳方法有高次差法,星间求差,双频观测值。

产生的原因有:

1 卫星信号被某些障碍物暂时中断;

2 仪器线路的瞬间故障。

3 由于外界干扰或接收机所处的动态条件恶劣。

九、差分法

1)在接收机间求一次差: 1 可以消除卫星钟误差的影响; 2 可以大大削弱卫星星历误差的影响; 3 可以大大削弱对流层折射和电离层折射的的影响。

2)在卫星间再求二次差:消除接收机的钟差影响。

3)在接收机、卫星和历元间求三次差:消去整周未知数。

十、GPS误差

1)卫星部分: 

1 星历误差:把轨道作为未知数计算,建立跟踪网,站间求差;

2 钟误差:模型推算,站间求差;

3 相对论效应:根据轨道参数预设置。

2)信号传播

1 电离层:双频观测,模型改正,短基线站间求差;

2 对流层:引入参数求解,模型改正,直接测量,短基线站间求差;

3 多路径效应:远离大面积水域,设在吸收微波强的地方,离开高层建筑和山坡,设置抑径板,延长观测时间。

3)信号接收

1 钟误差: 把各时刻接收机钟差当做未知数解算,模型法,星间求差;

2 位置误差:强制对中装置观测墩;

3 天线相位中心位置误差(因信号强度和方向产生误差) :天线方向保持磁北,站间求差;

4 天线相位中心误差(几何误差) :水平方向室内测定(旋转天线法) ,垂直方向高差比较法。

4)其他误差:地球自转,潮汐等。


原文来自头条号:测绘圈 

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