gps測距原理

1、,北京合眾思壯科技有限責任公司,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位置，必須有若干個已知參考點 要解算出用戶到參考點的基線結(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的傳輸時間 用測量衛(wèi)星信號的傳輸時間，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現(xiàn)不同測距方法比較總 結(jié),,測量用戶接收機到衛(wèi)星的距離,,衛(wèi)星離地球的平均距離為 20200 公里；如何實現(xiàn)精確、快速測距 ?,,測量衛(wèi)星信號到用戶接收機的傳輸時間,判斷閃電離我們有多遠 判斷綻放的禮花離我們有多遠,我們得到的啟示：通過測量時間延遲來計算距離,,生活中的測距實例,我們舉例說明如何測量兩個人之間的距離,

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

4、,,,,,,,,,,,,,,,,,通過加入 (1/4 + 1/8) 拍延時,,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，即二者的時延就是 (1/4 + 1/8) 拍。,,,,,從聆聽者的角度來說，當兩首歌曲聽起來感覺沒有一前一后的效果時，就可以認為兩首歌曲已經(jīng)達到同步效果了，是同時到達聆聽者的耳朵里。這個效果是由紅色信號部分人為地加上延時造成的。,聆聽者,通過測定紅色信號的延時值，可以得到兩點間的距

5、離。,距離 = Δt × 聲速,,為了使我們的測距盡可能的快，結(jié)果又要準確，我們在設(shè)計整個測距方案時，用于測定時延的“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 個字，則每個字平均占 6 秒。當兩個音頻信號進行同步時，誤差最大可到 5 秒。,,,,,,,,,

6、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,如果單位時間內(nèi)包含的歌詞太少，每個歌詞所占用的時間較長，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，使得歌曲在同等時間內(nèi)包含更多的歌詞，則每個歌詞所占用的時間(即碼元寬度)就會較短，在相同的分辨率下，達到同步對應(yīng)的誤差就會大大減少。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,假如用于同步的歌曲長度為 60 秒，總共含 120 個字，則每個字平均占 0.5 秒。當兩個音頻信號到達同步時，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。可見，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，當歌曲包含10個字時，每個字平均占用 6 秒，則同步誤差最大為 5.9 秒；當歌曲包含1200個字時，每個字平均占用 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)注以下幾點指標：,為保證同步的精度，單位時間內(nèi)，歌詞應(yīng)盡可能地多，這樣每個字對應(yīng)的時間

9、(碼元寬度)則會較短；保證兩個人同時唱歌(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，在一個周期內(nèi)碼結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象，可實現(xiàn)快速測距。,用于測距的C/A碼結(jié)果簡單，可實現(xiàn)快速測距。,C/A 碼的碼長為1023 bit，碼元寬度是 0.97752 微秒。

10、在一個周期內(nèi)(1毫秒)，碼結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)重復(fù)。,當衛(wèi)星發(fā)射一偽隨機碼，接收機內(nèi)也產(chǎn)生一個相同結(jié)構(gòu)的偽隨機碼。當衛(wèi)星信號經(jīng)過傳播距離的延遲 ζ 后到達接收機，與本地碼進行相關(guān)運算；通過移動本地碼，使相關(guān)函數(shù)達到最大值(即峰值)。這樣，本地碼所移動的時間延遲值就是衛(wèi)星信號在空間的傳播時間 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、都會導(dǎo)致定位精度的降低。但測距精度是衡量接收機性能的一個重要指標。,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，可快速得到接收機到不 同衛(wèi)星的距離，而衛(wèi)星的位置坐標是已知的，從 而可以推算出接收機的三維位置坐標。 C/A