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最新2019-GPS卫星定位原理及其应用 电磁波的传播和GPS卫星的信号-PPT课件

发布时间:

GPS卫星定位原理及其应用
电磁波的传播与GPS卫星的信号

2019/5/30

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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。
??v??t

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距离测定原理
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Vl

Xll
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距离测定原理
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Vl

Xll
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距离测定原理
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Vl

Xll
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距离测定原理

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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:
y?A esi? nt? (?0)

? 0 初相角 ? 角频率 A e 振幅

?0

?t ??0

y?A esi? nt1? (?0)
y?Aesin?0
Ae

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电磁波传播中常用公式的转换

? ? 2?f

f? 1 T

?

?

t T

??0

? 0 ? 2?? 0

y ? A ? sin

2?

(t T

?

?

0)

v? ??f ? ? T

其中 ? 为波长

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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。

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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 ? ? Sd ? ? Sw

? Sd

? 1.552 ?10 ?5 P [40136 Tk

? 148 .72 (Tk

? 273 .16 ) ? H T ]

? Sw

? 7.46512

? 10 ?2

e0 Tk 2

(11000

? HT )

其中: ? Sd 为干分量,主要与地面 大气压力和温度有关

? Sw为湿分量,主要与传播 路径上的大气状况湿度

H T 为观测站的高程

P为大气压力( mbar )

密切相关

Tk为绝对温度( ? k ?? C ? 273 .2) e0 为水汽分压

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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

??f1

?

?40.28

N? f12

??f2

?

?40.28

N? f22

注:N?为信号传播路径上电的子总量。

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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 1 ? ? 0 ? ?? f 1

2

? f 2 ? ? 0 ? ??

f 2 ? ? 0 ? ??

? f 1 ???

f1 f2

????

??

? ? ? f 1 ? f 2 ? ??

? ? f 1
?

f22 ? f22

f12

? ? ?

??

f 1 ? ??

? ? ?

f22 f22 ?

f12

? ? ?

?0 ?

? f 1 ? ??

? ? ?

f22 f22 ?

f12

? ? ?

2.两观测站同步观测量求差

??

f 1 ? ? 40 . 28

N? f12

??

f 2 ? ? 40 . 28

N? f22

2

??

f 2 ? ??

? f 1 ???

f1 f2

????

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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 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

基准频率 10.23 MHz
x 154 x 120

/10

L1

C/A 码

1575.42 MHz 1.023 MHz

P (Y) 码 10.23 MHz

L2 1227.60 MHz

P (Y)-Code 10.23 MHz

50 bit/s

卫星信悉 ( 状态信悉和星历)

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载波相位测距
? 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)

接收到的 卫星相位
接收仪复制 出的相位
?T

D = c ?T????N

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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
D = V (dT)
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接收到的 卫星测距码
接收仪 复制出的 测距码
dT
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