Das Grundprinzip derGPS-Navigationssystembesteht darin, die Entfernung zwischen einem Satelliten mit bekannter Position und dem Empfänger des Benutzers zu messen und dann die Daten mehrerer Satelliten zu integrieren, um die spezifische Position des Empfängers zu ermitteln. Um dies zu erreichen, kann die Position des Satelliten anhand der von der Borduhr aufgezeichneten Zeit in der Satelliten-Ephemeride ermittelt werden. Die Entfernung vom Benutzer zum Satelliten wird ermittelt, indem die Zeit aufgezeichnet wird, die das Satellitensignal zum Benutzer gelangt, und diese dann mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert wird (aufgrund der Interferenz der Ionosphäre in der Atmosphäre ist diese Entfernung nicht die tatsächliche Entfernung). Abstand zwischen dem Benutzer und dem Satelliten, aber Pseudo-Reichweite (PR): Wenn GPS-Satelliten normal funktionieren, übertragen sie weiterhin Navigationsnachrichten mit Pseudozufallscodes (sogenannte Pseudocodes), die aus 1- und 0-Binärsymbolen bestehen Es gibt zwei Arten von Pseudocodes, die von GPS-Systemen verwendet werden: ziviler C/A-Code und militärischer P(Y)-Code. Die C/A-Codefrequenz beträgt 1,023 MHz, die Wiederholungsperiode beträgt eine Millisekunde und das Codeintervall beträgt 1 Mikrosekunde , was 300 m entspricht; die P-Code-Frequenz beträgt 10,23 MHz und die Wiederholungsperiode beträgt 0,1 Mikrosekunden, was 30 m entspricht Die Sicherheitsleistung ist besser. Die Navigationsmeldung umfasst Satelliten-Ephemeride, Arbeitsbedingungen, Uhrkorrektur, Korrektur der ionosphärischen Verzögerung, Korrektur der atmosphärischen Brechung usw. Informationen. Es wird aus dem Satellitensignal demoduliert und auf der Trägerfrequenz mit 50b/s-Modulation übertragen. Jeder Hauptrahmen der Navigationsnachricht enthält 5 Unterrahmen mit einer Rahmenlänge von 6 Sekunden. Die ersten drei Frames bestehen jeweils aus 10 Wörtern; jedes Es wird alle 30 Sekunden wiederholt und jede Stunde aktualisiert. Die letzten beiden Frames haben insgesamt 15000b. Der Inhalt der Navigationsnachricht umfasst hauptsächlich Telemetriecodes, Konvertierungscodes sowie den ersten, zweiten und dritten Datenblock, von denen der wichtigste Ephemeridendaten sind. Wenn der Benutzer die Navigationsnachricht empfängt, extrahieren Sie die Satellitenzeit und vergleichen Sie sie mit seiner eigenen Uhr, um die Entfernung zwischen dem Satelliten und dem Benutzer zu ermitteln. Verwenden Sie dann die Satelliten-Ephemeridendaten in der Navigationsnachricht, um die Position des Satelliten beim Senden zu berechnen die Nachricht. Die Position und Geschwindigkeit des Benutzers im geodätischen Koordinatensystem WGS-84 können bekannt sein.
Es ist ersichtlich, dass die Rolle des Satelliten Teil derGPS-Navigationssystemist die kontinuierliche Übertragung von Navigationsnachrichten. Da jedoch die vom Empfänger des Benutzers verwendete Uhr und die Borduhr des Satelliten nicht immer synchronisiert werden können, wird zusätzlich zu den dreidimensionalen Koordinaten x, y und z des Benutzers ein Δt, die Zeitdifferenz zwischen dem Satelliten und dem Empfänger, benötigt , wird auch als unbekannte Zahl eingeführt. Verwenden Sie dann 4 Gleichungen, um diese 4 Unbekannten zu lösen. Wenn Sie also wissen möchten, wo sich der Receiver befindet, müssen Sie mindestens 4 Satellitensignale empfangen können.
DerGPS-Empfängerkann Zeitinformationen mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich empfangen, die für die Zeitmessung verwendet werden können; die Vorhersage-Ephemeride zur Vorhersage der ungefähren Position des Satelliten in den nächsten Monaten; die Rundfunk-Ephemeride zur Berechnung der für die Positionierung erforderlichen Satellitenkoordinaten mit einer Genauigkeit von einigen Metern bis mehreren zehn Metern (anders als bei Satelliten, jederzeit ändernd); UndGPS-SystemInformationen wie den Satellitenstatus.
DerGPS-Empfängerkann den Code messen, um die Entfernung vom Satelliten zum Empfänger zu ermitteln. Da es den Fehler der Satellitenuhr des Empfängers und den atmosphärischen Ausbreitungsfehler enthält, wird es Pseudoentfernung genannt. Die für den 0A-Code gemessene Pseudoentfernung wird als UA-Code-Pseudoentfernung bezeichnet und die Genauigkeit beträgt etwa 20 Meter. Die für den P-Code gemessene Pseudoentfernung wird als P-Code-Pseudoentfernung bezeichnet und die Genauigkeit beträgt etwa 2 Meter.
DerGPS-Empfängerdecodiert das empfangene Satellitensignal oder verwendet andere Techniken, um die auf dem Träger modulierten Informationen zu entfernen, und dann kann der Träger wiederhergestellt werden. Streng genommen sollte die Trägerphase als Trägerschwebungsfrequenzphase bezeichnet werden. Dies ist die Differenz zwischen der Trägerphase des empfangenen Satellitensignals, die durch die Doppler-Verschiebung beeinflusst wird, und der Signalphase, die durch die lokale Oszillation des Empfängers erzeugt wird. Der Phasenänderungswert kann im Allgemeinen zu der durch die Empfängeruhr bestimmten Epochenzeit gemessen und das Satellitensignal verfolgt werden. Der Phasenänderungswert kann aufgezeichnet werden, der Anfangswert der Phase des Empfängers und des Satellitenoszillators zu Beginn der Beobachtung ist jedoch unbekannt. Die Phasenganzzahl der Anfangsepoche ist ebenfalls unbekannt, dh die Mehrdeutigkeit der gesamten Woche kann nur als Parameter in der Datenverarbeitung gelöst werden. Die Genauigkeit des Phasenbeobachtungswerts beträgt bis zu Millimeter, die Voraussetzung besteht jedoch darin, die Mehrdeutigkeit des gesamten Umfangs zu lösen. Daher kann der Phasenbeobachtungswert nur verwendet werden, wenn eine relative Beobachtung und ein kontinuierlicher Beobachtungswert vorhanden sind, und die Positionierungsgenauigkeit, die besser als der Zählerstand ist, ist nur Phasenbeobachtungen können verwendet werden.
Je nach Positionierungsmethode wird die GPS-Positionierung in Einzelpunktpositionierung und relative Positionierung (Differenzpositionierung) unterteilt. Die Einzelpunktpositionierung ist eine Möglichkeit, die Position des Empfängers anhand der Beobachtungsdaten eines Empfängers zu bestimmen. Es kann nur Pseudoentfernungsbeobachtungen verwenden und kann zur groben Navigation und Positionierung von Fahrzeugen und Schiffen verwendet werden. Die relative Positionierung (differentielle Positionierung) ist eine Methode zur Bestimmung der relativen Position zwischen Beobachtungspunkten basierend auf den Beobachtungsdaten von mehr als zwei Empfängern. Es können entweder Pseudorange-Beobachtungen oder Phasenbeobachtungen verwendet werden. Es sollten geodätische oder technische Messungen verwendet werden. Verwenden Sie Phasenbeobachtungen zur relativen Positionierung.
GPS-BeobachtungenDazu gehören Unterschiede in der Satelliten- und Empfängeruhr, atmosphärische Ausbreitungsverzögerung, Mehrwegeeffekte und andere Fehler. Sie sind auch von Ephemeridenfehlern der Satellitenübertragung während der Positionierungsberechnungen betroffen. Die häufigsten Fehler werden durch die relative Positionierung verursacht. Aufhebung oder Schwächung, wodurch die Positionierungsgenauigkeit erheblich verbessert wird. Der Zweifrequenzempfänger kann den Hauptteil des ionosphärischen Fehlers in der Atmosphäre basierend auf den Beobachtungen der beiden Frequenzen kompensieren. ) sollten Zweifrequenzempfänger verwendet werden.
