*1黄河水利职业技术学院 本节课主要知识点本节课主要知识点 1.GNSS1.GNSS伪随机码的特征伪随机码的特征 2.2.伪随机码的测距原理伪随机码的测距原理 3.3.卫星伪距导航的基本原理卫星伪距导航的基本原理 4.4.伪距导航的观测方程伪距导航的观测方程 5.5.导航定位精度的评估方法导航定位精度的评估方法 6.6.本次课小结本次课小结 重点重点 重点重点 难点难点 Date2黄河水利职业技术学院 一、一、GNSSGNSS伪随机码的特征伪随机码的特征 码码一种表达信息的二进制数及其组合。一种表达信息的二进制数及其组合。 随机噪声码随机噪声码码元幅值完全无规律的码序列。 码元幅值完全无规律的码序列。 伪随机噪声码伪随机噪声码有良好自相关性的有规律码序列。有良好自相关性的有规律码序列。 自相关性自相关性 规律性规律性( (可复制可复制) ) Pseudo random noise code , PRNPseudo random noise code , PRN 无规律无规律 几个概念几个概念 利用利用PRNPRN码来确定载体实时位置、码来确定载体实时位置、 瞬时速度、精确时间、姿态等定位信息瞬时速度、精确时间、姿态等定位信息 ，故而称为，故而称为伪随机定位伪随机定位。 特征特征 自相关性自相关性 规律性规律性( (可复制可复制) ) Date3黄河水利职业技术学院 二、伪随机码的测距原理二、伪随机码的测距原理 RCVR RCVR RCVR t t1 1 t t2 2 t t2 2 tt t t1 1 在在t1t1时刻由卫星产生的时刻由卫星产生的 码相位，在码相位，在tt后到达后到达 卫星产卫星产 生的码生的码 从卫星传到从卫星传到 接收机的码接收机的码 接收机产生接收机产生 的复制码的复制码 将接收机产生的将接收机产生的 复制码移动复制码移动tt t t1 1 伪距测量原理图伪距测量原理图 = =tt Date4黄河水利职业技术学院 二、伪随机码的测距原理二、伪随机码的测距原理 假设条件假设条件 1 1、不存在卫星钟、接收机钟误差且与标准、不存在卫星钟、接收机钟误差且与标准GPSGPS时间一致时间一致 2 2、不存在电离层、对流层误差、不存在电离层、对流层误差 3 3、卫星信号在大气中传播速度等于光速、卫星信号在大气中传播速度等于光速c c 4 4、复制码与测距码完全相关（相关系数、复制码与测距码完全相关（相关系数R=1R=1） 公式公式1 1 这个距离并不等于卫星到地面测站的真实距离，因这个距离并不等于卫星到地面测站的真实距离，因 而称为而称为“伪距伪距”。 理论公式理论公式 Date5黄河水利职业技术学院 三、卫星伪距导航的基本原理三、卫星伪距导航的基本原理 要利用伪距测量实现导航这样一个目标，最重要的是要利用伪距测量实现导航这样一个目标，最重要的是 确定运动载体的即时位置，这样才能判断出载体现在在哪确定运动载体的即时位置，这样才能判断出载体现在在哪 里，再结合载体瞬时速度、运动姿态等状态参数，引导运里，再结合载体瞬时速度、运动姿态等状态参数，引导运 动载体向何处去。动载体向何处去。 起始点起始点目的点目的点 航路点航路点 Date6黄河水利职业技术学院 四、伪距导航的观测方程四、伪距导航的观测方程 这个公式是简约、美丽的，却不能给我们提供直接的帮助这个公式是简约、美丽的，却不能给我们提供直接的帮助 。 用于定义伪距的公式用于定义伪距的公式 用于伪距计算的公式用于伪距计算的公式 这个公式虽然复杂，但每一个量都是可量测或可确定的，这个公式虽然复杂，但每一个量都是可量测或可确定的， 可以直接用于伪距测量！可以直接用于伪距测量！ 公式公式1 1 公式公式1111 公式公式1 1 电离层电离层 改正改正 对流层改对流层改 正正 钟误差钟误差 改正改正 Date7黄河水利职业技术学院 四、伪距导航的观测方程四、伪距导航的观测方程 1.1.卫星钟和接收机钟的钟误差卫星钟和接收机钟的钟误差 在由公式在由公式1 1向公式向公式1111推导的过程中，主要解决这样一些问题推导的过程中，主要解决这样一些问题 ： 公式公式3 3 公式公式4 4 公式公式5 5 公式公式6 6 信号到达接信号到达接 收机的时刻收机的时刻 伪距观测值伪距观测值 信号发出信号发出 的时刻的时刻 卫星信号真正卫星信号真正 的传播时间的传播时间 信号离开卫星信号离开卫星 的真正时刻的真正时刻 信号到达接收信号到达接收 机的真正时刻机的真正时刻 将公式将公式4 4、5 5代入公式代入公式3 3，有：，有： Date8黄河水利职业技术学院 四、伪距导航的观测方程四、伪距导航的观测方程 在由公式在由公式1 1向公式向公式1111推导的过程中，主要解决这样一些问题推导的过程中，主要解决这样一些问题 ： 2.2.电离层、对流层延迟改正数电离层、对流层延迟改正数 公式公式7 7 公式公式8 8 电离层延迟改正电离层延迟改正 对流层延迟改正对流层延迟改正 卫星到接收机卫星到接收机 的真正距离的真正距离 将公式将公式7 7代入公式代入公式6 6 Date9黄河水利职业技术学院 四、伪距导航的观测方程四、伪距导航的观测方程 在由公式在由公式1 1向公式向公式1111推导的过程中，主要解决这样一些问题推导的过程中，主要解决这样一些问题 ： 3.3.星历误差、多路径效应、测量噪声星历误差、多路径效应、测量噪声 公式公式9 9 公式公式1010 伪距测量的观测方程伪距测量的观测方程 多路径多路径 误差误差 测量测量 噪声噪声 星历误差对星历误差对 测距的影响测距的影响 设设 卫星瞬时位置为（卫星瞬时位置为（X X i i ,Y,Y i i ,Z,Z i i ） 接收机位置为（接收机位置为（X,Y,ZX,Y,Z） 结合公式结合公式9 9，可将公式，可将公式8 8改写为改写为 卫地几何距离卫地几何距离 Date10黄河水利职业技术学院 四、伪距导航的观测方程四、伪距导航的观测方程 公式公式1111 因而在真正的伪距测量计算时，使用因而在真正的伪距测量计算时，使用 公式公式1010 Date11黄河水利职业技术学院 四、伪距导航的观测方程四、伪距导航的观测方程伪距法定位的计算伪距法定位的计算 将公式将公式1111进行必要的简化进行必要的简化 公式公式1212 设测站的初始坐标向量及其改正数向量分别为设测站的初始坐标向量及其改正数向量分别为 同时考虑测站至卫星的方向余弦同时考虑测站至卫星的方向余弦 Date12黄河水利职业技术学院 四、伪距导航的观测方程四、伪距导航的观测方程伪距法定位的计算伪距法定位的计算 设设 则观测则观测4 4颗卫星颗卫星时，公式时，公式1212可以线性化为可以线性化为 或者是或者是 式中式中 坐标改正数的向量解坐标改正数的向量解 公式公式1313 公式公式1414 没有多余观测量、未知数解算唯一没有多余观测量、未知数解算唯一 Date13黄河水利职业技术学院 四、伪距导航的观测方程四、伪距导航的观测方程伪距法定位的计算伪距法定位的计算 观测观测大于大于4 4颗颗卫星时，通过最小二乘法求解卫星时，通过最小二乘法求解 将公式将公式1313写成误差方程式的形式写成误差方程式的形式 其中其中 根据最小二乘原理有根据最小二乘原理有 公式公式1515 公式公式1515适合于计算机迭代计算，迭代计算适合于计算机迭代计算，迭代计算2 2到到3 3次便可获次便可获 得满意的结果。得满意的结果。 Date14黄河水利职业技术学院 五、导航定位精度的评估方法五、导航定位精度的评估方法 GNSS GNSS定位的精度除了取决于等效距离误差定位的精度除了取决于等效距离误差 0 0 以外，还取以外，还取 决于空间后方交会的几何图形强度。决于空间后方交会的几何图形强度。 可改写为：可改写为： 显然，显然，GNSSGNSS星座与测站构成的几何图形不同，权系数星座与测站构成的几何图形不同，权系数 的值也不同。的值也不同。 Date15黄河水利职业技术学院 五、导航定位精度的评估方法五、导航定位精度的评估方法 精度因子精度因子DOP (DOP (DOPDOP: : Dilution of PrecisionDilution of Precision ) ) 精度因子是一个基于卫星、接收机几何图形的函数，精度因子是一个基于卫星、接收机几何图形的函数， 反映了接收机定位解的数学质量。反映了接收机定位解的数学质量。 接收机钟差精度因子接收机钟差精度因子(Time DOP)(Time DOP) 三维空间位置精度因子三维空间位置精度因子(Position DOP)(Position DOP) 几何精度因子几何精度因子(Geometrical DOP)(Geometrical DOP) 空间位置精度空间位置精度 钟差精度钟差精度 几何精度几何精度 PDOPPDOP TDOPTDOP GDOPGDOP Date16黄河水利职业技术学院 五、导航定位精度的评估方法五、导航定位精度的评估方法 卫星分布与测码伪距单点定位精度的关系卫星分布与测码伪距单点定位精度的关系 所测卫星在空间分布越开阔，六面体的体积就越大， GDOP值就越小，图形越坚强，定位精度越高。 V Va a V Vb b GDOP=2GDOP=2 GDOP=6GDOP=6 V Va a V V b b Date17黄河水利职业技术学院 本次课小结本次课小结 伪距测量是什么？伪距测量是什么？ 如何进行伪距测量？如何进行伪距测量？ 伪距测量如何运用？伪距测量如何运用？ 公式公式1111 公式公式1 1 Date18黄河水利职业技术学院 六、作业六、作业 1 1、总结伪距导航的观测方程的推导过程；、总结伪距导航的观测方程的推导过程； 2 2、选择一个伪距导航的真实案例进行导航、选择一个伪距导航的真实案例进行导航 过程分析。过程分析。 要求：要求： 独立思考独立思考 注重方法选择注重方法选择 形成属于自己形成属于自己 的分析问题的的分析问题的 思路思路 Date19黄河水利职业技术学院 敬请批评指正，谢谢敬请批评指正，谢谢 ！ Date20黄河水利职业技术学院