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Jun 20, 2023
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学习
定位技术
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接收机测得距离为什么不是“真距”而是伪距?
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学习思考
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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))
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
![notion image](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fs3-us-west-2.amazonaws.com%2Fsecure.notion-static.com%2Fc9a30a96-3fe2-47e7-ac7a-933727be3012%2FUntitled.png?table=block&id=d3c4d3b3-0957-4f5e-ae85-6ad384f5c07a)
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
![notion image](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fs3-us-west-2.amazonaws.com%2Fsecure.notion-static.com%2Fc917404a-8929-4b39-b84d-3aa591babf93%2FUntitled.png?table=block&id=e120e7ef-e6ca-4f1a-9781-83faa1086a69)
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。
![notion image](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fs3-us-west-2.amazonaws.com%2Fsecure.notion-static.com%2F43266664-000a-4d56-bf53-06cc0e596d40%2FUntitled.png?table=block&id=88c72bec-836b-40e1-997b-6bf234891837)
- 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。
![notion image](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fs3-us-west-2.amazonaws.com%2Fsecure.notion-static.com%2F192e6297-a80c-4d2e-8cd1-de3d53dd1f49%2FUntitled.png?table=block&id=96526713-d6ab-4ba8-9dd2-9c2ab7d5806e)
- 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。
![notion image](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fs3-us-west-2.amazonaws.com%2Fsecure.notion-static.com%2F221e9f0c-ecb3-44fb-8ad3-bc19a8585542%2FUntitled.png?table=block&id=e48cdb85-eb68-47a9-8749-9e7944e8acc3)
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。
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)
分米级厘米级GPS精密定位中起着关键作用。
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
![notion image](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fs3-us-west-2.amazonaws.com%2Fsecure.notion-static.com%2F306866c8-fd21-4c2c-9953-900e8794e421%2FUntitled.png?table=block&id=15d99dbf-c188-434b-91ad-f6600686ddfc)
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 |
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)
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
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
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
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
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
- 作者:taohu
- 链接:https://www.henryxu.ink/article/42321d2b-406c-43ed-8f7e-6f06baa7c66b
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