定位技术7 观测量计算

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Jun 20, 2023

一、伪距观测量

💡

用户卫星之间真实距离无法直接测量，接收机测得的是伪距。接收机测得两个值用于用户定位

伪距

载波相位差

1.伪距观测方程

💡

用户时间和卫星时间与GPST不同步。

tu(t)=t+∂tu(t)

ts(t)=t+∂ts(t) (卫星钟差已知)

卫星时钟发射时刻设为t-τ则

ts(t-τ)=t-τ+∂ts(t-τ)

伪据ρ(t)=c(tu(t)-ts(t-τ))

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大气折射使得电磁波在大气层速度小于光速，所以信号传播过程是两部分，所以需要加上大气折射传播延时。

电离层延时I(t)

对流层延时T(t)

噪声ξρ(t)

I(t)T(t)视为已知量

如下为伪距观测方程

它是接收机利用伪距实现单点绝对定位的基本方程式。

因为卫星钟差，对流层延时，电离层延时已知所以

2.获得卫星钟差ts(t)方法

跟踪位同步帧同步后得到导航电文码，根据TOW字截断的z-计数，算出ts≈6(z-1)，精确到了6s

在稳定跟踪后，接收机记录子帧电文码比特数Nbit(1-300),最后一bit清零，通过计数，让ts精确到20ms量级。

每个导航电文码包括20个C/A码周期(1ms),伪码跟踪环对C/A码周期计数，Nca,又可以估计到1ms量级。

伪码跟踪环又会给出一个周期内C/A码码片相位，码片相位1-1023，一个码片约1us,又可以精确到1us量级。

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20ms以上精度导航电文码提供，以下C/A码提供。通过C/A码获得了伪距观测量，所以C/A码也称为测距码。

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如果两颗卫星子帧1的帧头时差19ms内，则可以认为，两个信号原本在同一时刻发出。

💡

获得ts后将其与接收时刻之间的差置为75ms,伪距是相对值。几毫米误差

二、载波相位观测量(更精确)

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分米级厘米级GPS精密定位中起着关键作用。

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接收机R与卫星S相位差如何获得?

接收机内部晶振产生一个载波信号复制品。

测载波相位差

载波相位差以周为单位，在距离上对应一个波长，所以载波相位乘以波长变成距离。

可得到观测方程。

电离层延时对对码相位和载波相位影响不同

只要载波相位差才包含距离信息。但可以简称为载波相位。

失周难以完全消除

伪距测量没有模糊度问题

载波相位有整周模糊度，无法实现单点绝对定位

载波相位测量值平滑，精度高，L1一周19cm

载波跟踪环测量精度不低于1/4周，5cm

多径效应对码相位测量值影响大于载波相位测量值影响

载波相位越来越重要

载波相位平滑伪距

高精度实时动态差分系统载波相位占据主导地位，

伪距可以帮助整周模糊度

三、误差简介

1.误差来源

卫星有关	卫星时钟误差，星历误差	监控部分不能测量漂移，轨道变化，时间偏差，频率漂移
传播有关	电离层延时，对流层延时	大气层大气延时
接收机有关	多径，电磁干扰，噪声，软件计算误差	略

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测量误差两个重要特征大小和变化快慢。跟距变化快慢分成：

偏差(慢，电离层延时，稳定可以矫正)

噪声(快，大小难预测，可能确定均值，方差等)

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16个星历参数描述卫星轨道

地心与卫星连线景向(最大，径向误差最小)

指向卫星运动方向切向

与轨道面垂直的横向

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离地球70-1000km的大气层称为电离层，会使电磁波速度方向改变。折射c/n

弥散性介质

群波群速

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电离层的码相位-载波相位反向特性电离层使得测距码速度变慢，测量值变长，载波相位变快，测量值变短

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对流层位于大气层底部，0-40KM,99%大气质量，对流层的氧气水蒸气传播延时。非弥散性介质。折射率与频率无关。

低仰角多径大于高仰角

一、伪距观测量

1.伪距观测方程

2.获得卫星钟差ts(t)方法

二、载波相位观测量(更精确)

三、误差简介

1.误差来源

四、伪距和载波相位结合

1.载波相位平滑伪距

2.整周模糊度估计