GPS测速方法理论分析
本文基于GPS测速原理，研究分析不同的测速方法以及测量精度，并得出评价结论。
毕业论文网 关键词：GPS 伪距 载波相位 测速 一、前言 GPS是Global Positioning System的简称，该系统具有全天候，全球，全能，实时，连续的精密定位与导航的优点，而且具有良好的抗干扰性和保密性。
现已被广泛应用于航空摄影、航线导航、导弹精确制导等诸多领域。
在导弹精确制导、航空等领域研究如何利用GPS实现实时、高精度的测速具有重要意义。
根据测速原理和方法的不同，GPS测速方法大致有以下四种：一是利用GPS的定位功能，通过位置差分法计算出速度；二是利用多普勒频移来获取速度；三是利用载波相位动态时差法进行速度测量；四是利用网络实现实时的提供测量,是目前最先进的GPS测速技术。
根据历元和的位置向量和，历元t的载体速度：（1），式中为GPS的采样间隔。
由式（1）确定的速度是载体在时间内的平均速度，当采样间隔时，该平均速度即为t时刻的瞬时速度。
由于GPS卫星与GPS接收机间存在相对运动，所以接收机接收到卫星发出的载波信号频率，与卫星发射的载波信号频率是不同的，其频率差就是多普勒频移。
且有：（2）式中是卫星相对于用户的径向速度；c为真空中光速。
接收机与GPS卫星间的伪距 （3） 式中表示在t时测到第k颗卫星的伪距，是接收机天线在接收时刻t到卫星天线在发送时刻的真实距离；和分别是接受机时钟和卫星时钟相对于GPS的偏差。
和分别指信号在电离层和对流层中的传输影响。
是模型和位置因素引起的误差。
去掉式（3）中时间标注，用表示尽可能消除卫星时钟差和残留误差后的伪距。
可将（3）写为：（4）式中是残留误差对测量的综合影响。
设矢量和，分别表示接收机天线在测量时刻的位置和第k颗卫星在发射信号时的位置，接收机天线到卫星的几何距离为 （5） 根据速度是对位移的时间导数，由式（3）（4）（5）合并并求导可得： （6） 式中，由GPS接收机测得。
在实际测量中，接收机时钟偏差率；卫星时钟偏差率；以及电离层，电流层时延变化率，，均是很小的数值可以忽略。
GPS卫星的运行速度可由导航电文获得，也可使用在测量前先使卫星静止的初始化方法。
此时有：，，将上式代入式（6）即可求得卫星的速度，由于式（6）只有用户机三维速度和接收机时钟偏差率这四个未知数，所以只要观测到四颗GPS卫星就可以求得这四个未知数。
载体的运行速度可根据：求得。
（三）GPS RTK测速。
RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，采用了载波相位动态时差分的方法，此技术也可应用于差分测速，进而消除多普勒测速中的星历误差对测速精度的损耗，也可以明显减小电离层，对流层对测量精度的影响。
（四）CORS测速。
CORS是目前国际上最先进的定位导航综合技术之一，该技术进一步改进了RTK技术，通过定义若干个固定的连续运行的GPS参考站，利用网络实现实时的向各用户提供各种GPS观测值，以及其他GPS服务，该系统具有作用范围广，精度高，野外单机作业能力强等优点。
在测速时也是利用差分技术，但由于其定义若干固定连续运行的GPS参考站，相对于GPS RTK测速可以减少建设费用，提高测量精度，提高实时性。
三、结论 本文通过对4种GPS测速方法的分析与讨论，得出以下结论：GPS位置差分测速方法简单，但要求采样频率达到1HZ以上，其测速精度主要受载波观测值精度以及载体运动状态的影响；多普勒频移法测速比较精确，但是实时性较差，其精度主要局限于多普勒频移观测值的精度，基本不受载体运动的影响；GPS RTK测速相对于多普勒频移法具有实时，精确，费用小等特点；CORS测速改进了GPS RK测速技术的基站建设，发展为固定的永久基站，使用更为方便，精度更高，具有很大的潜力。
参考文献： [1]杨龙,刘焱雄.GPS测速精度分析与应用[J].海洋测绘,2007,27(2):26—29. [2]Pratap Misra,Per Enge.全球定位系统――信号、测量与性能[M].北京：电子工业出版社,2008.