gps測距原理

1、,北京合眾思壯科技有限責(zé)任公司,徐 剛,衛(wèi)星定位的基本知識 (二)測距原理,目 錄,衛(wèi)星定位的步湊測距原理及其實(shí)現(xiàn)不同測距方法比較總 結(jié),,,,,,,,,,,,,,,GPS 定位步驟,要解算用戶的三維坐標(biāo)位置，必須有若干個(gè)已知參考點(diǎn) 要解算出用戶到參考點(diǎn)的基線結(jié)果，必須解空間三角形 要解三角形，必須測量用戶接收機(jī)到衛(wèi)星的距離 要測量距離，必須測量衛(wèi)星信號到用戶接收機(jī)的傳輸時(shí)間 用測量衛(wèi)星信號的傳輸時(shí)間，需要使用

2、“碼相位技術(shù)” 要得到精確結(jié)果，還要消除信號在傳輸路徑上的誤差,目 錄,衛(wèi)星定位的步湊測距原理及其實(shí)現(xiàn)不同測距方法比較總 結(jié),,測量用戶接收機(jī)到衛(wèi)星的距離,,衛(wèi)星離地球的平均距離為 20200 公里；如何實(shí)現(xiàn)精確、快速測距 ?,,測量衛(wèi)星信號到用戶接收機(jī)的傳輸時(shí)間,判斷閃電離我們有多遠(yuǎn) 判斷綻放的禮花離我們有多遠(yuǎn),我們得到的啟示：通過測量時(shí)間延遲來計(jì)算距離,,生活中的測距實(shí)例,我們舉例說明如何測量兩個(gè)人之間的距離,

3、使用“同步技術(shù)”，利用聲波來測量兩個(gè)人之間的距離。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,同步聲波特點(diǎn)：頻率一樣，結(jié)構(gòu)一致,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,初始狀態(tài),通過加入1/4拍延時(shí),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

4、,,,,,,,,,,,,,,,,,通過加入 (1/4 + 1/8) 拍延時(shí),,紅色信號部分是通過“等待”了 (1/4 + 1/8) 拍來得到和綠色信號同步的，即二者的時(shí)延就是 (1/4 + 1/8) 拍。,,,,,從聆聽者的角度來說，當(dāng)兩首歌曲聽起來感覺沒有一前一后的效果時(shí)，就可以認(rèn)為兩首歌曲已經(jīng)達(dá)到同步效果了，是同時(shí)到達(dá)聆聽者的耳朵里。這個(gè)效果是由紅色信號部分人為地加上延時(shí)造成的。,聆聽者,通過測定紅色信號的延時(shí)值，可以得到兩點(diǎn)間的距

5、離。,距離 = Δt × 聲速,,為了使我們的測距盡可能的快，結(jié)果又要準(zhǔn)確，我們在設(shè)計(jì)整個(gè)測距方案時(shí)，用于測定時(shí)延的“歌曲”在選定或編制中不得存在歌詞重復(fù)的現(xiàn)象。,什么叫“整周模糊度”？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,歌詞長短對測距精度的影響,假如用于同步的歌曲長度為 60 秒，總共含 10 個(gè)字，則每個(gè)字平均占 6 秒。當(dāng)兩個(gè)音頻信號進(jìn)行同步時(shí)，誤差最大可到 5 秒。,,,,,,,,,

6、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,如果單位時(shí)間內(nèi)包含的歌詞太少，每個(gè)歌詞所占用的時(shí)間較長，這給同步精度帶來了較大誤差。如果我們把歌曲調(diào)整一下，使得歌曲在同等時(shí)間內(nèi)包含更多的歌詞，則每個(gè)歌詞所占用的時(shí)間(即碼元寬度)就會(huì)較短，在相同的分辨率下，達(dá)到同步對應(yīng)的誤差就會(huì)大大減少。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,假如用于同步的歌曲長度為 60 秒，總共含 120 個(gè)字，則每個(gè)字平均占 0.5 秒。當(dāng)兩個(gè)音頻信號到達(dá)同步時(shí)，誤差最大為接近 0.5秒。,這好比要把兩把尺子對齊，如果尺子的最小刻度為厘米，則對齊后所帶來的系統(tǒng)誤差最大為 0.9 厘米；如果尺子的最小刻度是毫米，則對齊后所帶來的誤差最大為 0.9 毫米。二者為10倍的關(guān)系?？梢?，刻度越小，同步對應(yīng)的精度就越高。由此可

8、見，我們用于同步的信號源應(yīng)具有碼元短的特性。,歌曲長度為 60 秒，當(dāng)歌曲包含10個(gè)字時(shí)，每個(gè)字平均占用 6 秒，則同步誤差最大為 5.9 秒；當(dāng)歌曲包含1200個(gè)字時(shí)，每個(gè)字平均占用 0.005 秒，則同步誤差最大為0.0049 秒。音速為 344米/秒，則二者對應(yīng)的最大測距誤差分別為 1720 米和 1.68 米。,綜上，為保證測距精度，我們需要關(guān)注以下幾點(diǎn)指標(biāo)：,為保證同步的精度，單位時(shí)間內(nèi)，歌詞應(yīng)盡可能地多，這樣每個(gè)字對應(yīng)的時(shí)間

9、(碼元寬度)則會(huì)較短；保證兩個(gè)人同時(shí)唱歌(具有相同的初相和相位)；聆聽者必須有較高的靈敏度，能在最佳時(shí)刻同步(滿足相關(guān)峰值最大)；,在GPS 測距技術(shù)中，用于同步的“歌曲”叫偽噪聲碼，即 C/A 碼。C/A 碼為民用碼，碼長很短，周期只有 1 毫秒，結(jié)構(gòu)較為簡單，在一個(gè)周期內(nèi)碼結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象，可實(shí)現(xiàn)快速測距。,用于測距的C/A碼結(jié)果簡單，可實(shí)現(xiàn)快速測距。,C/A 碼的碼長為1023 bit，碼元寬度是 0.97752 微秒。

10、在一個(gè)周期內(nèi)(1毫秒)，碼結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)。,當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射一偽隨機(jī)碼，接收機(jī)內(nèi)也產(chǎn)生一個(gè)相同結(jié)構(gòu)的偽隨機(jī)碼。當(dāng)衛(wèi)星信號經(jīng)過傳播距離的延遲 ζ 后到達(dá)接收機(jī)，與本地碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；通過移動(dòng)本地碼，使相關(guān)函數(shù)達(dá)到最大值(即峰值)。這樣，本地碼所移動(dòng)的時(shí)間延遲值就是衛(wèi)星信號在空間的傳播時(shí)間 ζ，乘以光速就可以得到所測距離。,需要說明的是，測距僅僅是定位的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，測距精度并不等同于定位精度。電離層誤差、對流層誤差、多路徑效應(yīng)、星歷誤差等因素

11、都會(huì)導(dǎo)致定位精度的降低。但測距精度是衡量接收機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。,測距精度對定位精度的影響,#1,#2,#3,#4,,,SF2050M,目 錄,衛(wèi)星定位的步湊測距原理及其實(shí)現(xiàn)不同測距方法比較總 結(jié),,目 錄,衛(wèi)星定位的步湊測距原理及其實(shí)現(xiàn)不同測距方法比較總 結(jié),,通過使用碼相位測距法，可快速得到接收機(jī)到不 同衛(wèi)星的距離，而衛(wèi)星的位置坐標(biāo)是已知的，從 而可以推算出接收機(jī)的三維位置坐標(biāo)。 C/A