计算GPS卫星发射时刻的两种方法

计算GPS卫星发射时刻的两种方法 计算 GPS 卫星发射时刻的两种方法 1 2 ,3 2刘勤志, 尹长林, 易重海 (1 . 贵州大学 成人教育学院 ,贵州 贵阳 550000 ;2 . 中南大学 测绘不国土信息工程系 ,湖南 长沙 410083 ; )3 . 长沙市规划局 信息中心 ,湖南 长沙 410006 摘 要 :详细介绍了计算 GPS 卫星发射时刻的两种方法 ,并探讨了两种方法的各自比较适用的场合. 关 键 词 :全球定位系统 ;卫星 ;发射时刻 () 中图分类号 :V 474. 2文献标识码 :B文章编号 :100627140 20040120065203 Two Methods f or Computing GPS Satellite’s Sending Time 1 2 ,3 2L IU Qin2zhi, YIN Chang2lin, YI Chong2hai (1 . Dept . of Adult Education , Guizhou Univ. , Guiyang 550000 ,China ;2 . Dept . of Geomatics , Central South Univ. , )Changsha 410083 ,China ;3 . Information Center , Changsha Planning Bureau ,Changsha 410006 ,China Abstract :Two methods for computing GPS satellite’s sending time are described in detail and the appropriate occasions for the two methods are discussed , respectively. ( ) Key words :global positioning systemGPS; satellite ; sending time ( ) . 由于 GPS 是离后方交会来测定地面未知点的坐标 GPS Global Positioning System ,全球定位系统是 美国国防部建立的新一代卫星导航系统. 由于 GPS一个高动态的定位系统 ,要由 GPS 卫星星历计算定 具有全天候 、全球性 、测站之间无需通视以及观测精 位中所需的卫星坐标 ,卫星发射时刻的计算是一个 必不可少的步骤. 也就是说只能由卫星的发射时刻 度高等优点 , GPS 在测量中得到了越来越广泛的应 用 ,常规的控制测量逐渐为 GPS 测量所取代. 相对 来唯一表征该时刻 GPS 卫星的坐标. 因此 , 在 GPS 于常规测量而言 , GPS 定位是用高速运动着的 GPS 定位中 ,计算不观测值对应的 GPS 卫星的发射时刻 是一个重要的问题. 卫星去取代常规测量的地面控制点 ,再利用空间距 位中所用的卫星星历为广播星历时可以用广播星历 1 计算 GPS 卫星发射时刻的两种方 中给出的描述 GPS 卫星钟差的二次多项式计算此 法时的 GPS 卫星钟钟差 ,其计算公式为 2 为了方便后面的叙述 ,特说明以下符号的意义 : δ( ) ( ) ( ) () tt= a+ at- t+ at- t, 2s s 0 1 s 0 e 2 s 0 e t : GPS 接收机接收时刻的钟面时 ;式中t为卫星钟修正的参考历元 ; a, a, a分别r 0 e0 1 2 δ 为卫星钟的钟差 、钟速 、钟速变化率.t : GPS 接收机接收时刻的钟差 ; r 如果定位时所用的卫星星历为精密星历 , 则可 t:不上述 GPS 接收机接收时刻对应的卫星钟 s 以首先用时间多项式拟合观测时间区间内等间隔 发射时刻的钟面时 ; () 15 min上的卫星钟差 , 然后计算卫星钟钟面时 ts δ t:不上述 GPS 接收机接收时刻对应的卫星钟s 时刻对应的卫星钟钟差. 当然 ,也可以利用插值的方 钟差 ; 法进行卫星钟差的计算 ,具体的计算方法读者可以 ( T: GPS 接收机接收时刻的 GPS 标准时 不含接r 参考其它的 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 籍. ) 收机钟差;) 3 计算 GPS 卫星发射时刻 T. s ( T: GPS 卫星发射时刻的 GPS 标准时 不含卫星s δ ( )T= t- t.3 s s s ) 钟钟差; 至此 ,得到了不 GPS 接收时刻所对应的卫星发 ρ :观测得到的 GPS 卫星至接收机之间的伪距 ; 射时刻. R : GPS 卫星至接收机之间的几何距离 ; 1. 2 方法 2 C :真空中的光速.如果知道了 GPS 接收机在接收时刻的 GPS 接 总结起来 ,计算 GPS 卫星发射时刻有如下两种 δ收机钟差 t , 那么可以用第二种方法进行卫星发射 r 方法. 时刻的计算. 1. 1 方法 1 ) 1 计算 GPS 接收机的接收时刻 T. r )1 计算 GPS 卫星发射时刻的钟面时 t. s ( )δ4 T= t -t . r r r ρ( )t= t - / C. 1 s r ) 迭代计算卫星发射时刻 T.2 s )δ 2 计算卫星钟钟差 t.s 理论上 T不 T的关系如下式所示 s r δ计算卫星钟钟差 t可以分为两种情况 , 当定 s 2 2 2 ( ( ) ) ( ( ) ( ( ) )) ) (T= T-Xs T- Xr+ Ys T- Yr+ Zs T- Zr/ C , 5 s r s s s ( ) 式中 Xr , Yr , Zr为 GPS 接收机天线在 WGS84 坐开 始 进 行 迭 代 计 算. 注 意 此 时 计 算 卫 星 坐 标 ( ( ) ( ) ) ) ( ( ( ) ) ) ) ( ( 标系下的三维坐标 ; Xs T, Ys T, Zs T为 TXs T, Ys T, Zs T可以采用广播星历计算 ,s s s s s s s 时刻 GPS 卫星在 WGS84 坐标系下的三维坐标. 由于 也可以采用精密星历所得到的标准化轨道多项式计 ( )T未知 , 我们可以取其初值为 T= T- 0 . 075 s s s r 算戒采用数值插值方法计算. 其迭代公式为 () 0 . 075 s大约为卫星至接收机的信号传播时间以 2 2 2 ( ( ( ) ) ) ( ( ( ) ) ) ( ( ( ) ) ) ( ) ()Xs Tk- Xr+ Ys Tk- Yr+ Zs Tk- Zr/ C , Tk + 1= T- 6 s s s s r 表 1 两种方法的比较 ( ) 式中Tk + 1为第 k + 1 次迭代所计算的卫星发 s ( ) 射时刻 ; Tk 为第 k 次迭代所计算的卫星发射时 比较项 方法 1 方法 2 s 是否要求已知卫星轨道信息 否 是 () 刻 , 并且 T0= T- 0. 075. 这一迭代的终止判据为 s r - 8 是否要求已知卫星钟差信息 是是 否 )(( ) ( ) 7 | Tk + 1- Tk| ?1 ×10 , s s 否要求已知 GPS 接收机坐标 是否 是 ( ) 此时取 Tk + 1为所计算的卫星发射时刻.s 否要求已知伪距观测值信息 是是 否 否要求计算卫星坐标 是否要求否 是 2 两种方法的比较 迭代计算 是否要求已知接收机否 是 由上面的叙述可知 ,这两种计算卫星发射时刻 钟差 否 是 的方法各有其优缺点 ,其比较如表 1 所示. 由表 1 可知 ,方法 1 计算卫星发射时刻只需要 知道卫星钟差信息和对应的伪距观测值. 但是 ,如果 表 2 计算结果比较 ( ) GPS 卫星发射时刻 GPS 秒 对整个 GPS 观测时段内的所有卫星在各个历元计 Prn 方法 1 方法 2 算其发射时刻 ,那么要保存如此多的伪距观测值会 5 350 704 . 926 969 599 350 704 . 926 969 612 占用比较多的计算机存储空间. 而第二种方法虽然9 350 704 . 924 243 786 350 704 . 924 243 795 14 350 704 . 926 305 786 350 704 . 926 305 776 不需要知道伪距观测值 ,但它需要 GPS 接收机的钟 17 350 704 . 921 379 419 350 704 . 921 379 441 差信息和位置信息 ,相对于第一种方法而言 ,其每一 18 350 704 . 931 458 320 350 704 . 931 458 346 个历元只需要保存一个 GPS 接收机钟差 ,而不需要 21 350 704 . 930 782 274 350 704 . 930 782 265 保存该历元各卫星的伪距观测值. 因此 ,第一种方法 23 350 704 . 925 142 177 350 704 . 925 142 140 30 350 704 . 926 561 459 350 704 . 926 561 445 特别适合于 GPS 数据处理的预处理阶段 ,进行各历 元的单点绝对定位 ,以求解 GPS 接收机钟差和测站 4 结论 () GPS 接 收 机的 位 置 , 而 第 二 种 方 法 可 以 在 完 成 GPS 数据预处理后利用所得到的 GPS 接收机钟差信 计算卫星发射时刻是 GPS 定位中的一个很基 息和位置信息进行载波相位的差分定位计算. 础 、很重要的问题. 计算 GPS 卫星的发射时刻有两 种方法 , 这两种方法在效果上是等价的. 在 GPS 数 3 计算实例 据处理的预处理阶段 ,第一种方法比较理想和合适 , 为了检验两种计算卫星发射时刻方法的正确 而对于预处理以后的数据处理阶段 ,第二种方法则 性 ,作者以 2001 年 11 月 8 日用中南大学测绘不国 比较合适. 土信息 工 程 系 测 量 试 验 室 的 Trimble 4000SE 单 频 GPS 接收机所采集的数据进行测试 ,所计算的历元 参考文献 : ) (为1 139周 350 705 s 接收机钟面时. 其计算结果如 1 ( ) 刘大杰. 全球定位系统 GPS的原理不数据处理 M . 上海 : 同济 (表 2 所示 该历元的接收机钟差为 9 . 351 341 536 E - 大学出版社 ,1996 . 2 徐绍铨 ,张华海 ,杨志强 ,等. GPS 测量原理及应用 M . 武汉 : 武 ) 05 s. 汉大学出版社 ,2003 . 由表 2 可知 ,两种方法计算所得的卫星发射时 3 魏子卿 ,葛茂荣. GPS 相对定位的数学模型 M . 北京 : 测绘出版 - 8刻互差在 10 秒量级 ,这对于卫星坐标计算结果的 社 ,1998 . 影响可以忽略不计. 4 李洪涛 ,许国昌 ,薛鸿印 ,等. GPS 应用程序 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 M . 北京 : 科学 出版社 ,2000 . file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56