gps 原理简介
GPS 原理简介,测试组 培训资料 2006.6,GPS 发展历程,第一阶段（1973-1979）：方案论证 初步试验、发射四颗试验卫星、试验样机研制、建立地面跟踪站网。 第二阶段（1979-1987.）：试验阶段 发射7颗试验卫星、地面跟踪站网完善、接收机研制、试验观测（导航、授时和测量应用）。 第三阶段（1994- ）正式投入运行 1989年2月4日第一颗工作卫星发射，1993年底24颗 工作卫星全部升空，完成组网1994年投入全面运行。 目前有在轨工作卫星27颗。,GPS系统的技术特点,全球任何地方任何时间均可观测到4颗以上卫星-可以提供24小时的连续的三维导航定位服务 全天候，不受天气条件的限制 定位精度高：单点定位（导航）2-6米，静态相对测量（大地测量）毫米级精度 操作简便、重量轻、体积小、耗电省 功能多、应用范围广,GPS系统组成,空间部分-卫星 地面跟踪网 跟踪站、主控站、注入站 用户接收机,GPS卫星,卫星颗数: 27（24+3） 轨道面数: 6 轨道倾角: 55° 轨道高度: 20,183公里 运行周期: 11小时58分 载波频率(Mhz): L1:1575.42, L2:1224.60 调制码: 伪随机噪声码: C/A, P 应用： 导航、测量、时频服务,GPS卫星,GPS卫星功能,发送测距码：载波（L1和L2)、C/A-码和P-码(伪随机噪声码） 发送卫星星历参数：广播星历（计算卫星位置）和概略星历（卫星位置预报） 发送钟差改正参数 发送电离层和对流层改正参数 其他（监测核试验L3和军事用途L4),GPS地面跟踪网,监测跟踪站、主控站、注入站： 1科罗拉多斯普林斯；2阿森松岛、迭戈加西亚、夸贾林；3夏威夷 监测跟踪站（3）：24小时连续对每一颗卫星进行连续跟踪观测，采集数据，送往主控站 主控站（1）：对监测跟踪站传送来的数据进行处理，计算每一颗卫星的星历和钟差等参数，将星历和钟差等参数及控制指令传送到注入站。 注入站（2）：将星历和钟差等参数及控制指令注入给每颗卫星。每天注入3次。,GPS接收机,GPS接收机功能： 接收GPS卫星信号并测定卫星至地面站的距离 接收卫星发送的导航电文，获得卫星星历、钟差改正等参数 计算观测瞬间的卫星位置、求解接收机位置 GPS接收机组成： 天线和前置放大器 跟踪和接收单元（锁相环） 处理和计算单元 存储单元 控制和显示单元 电源单元,GPS接收机组成框图,GPS接收机分类,按用途划分： 测量型、RTD、RTK、导航型（高中低动态，民用军用）、时频型、姿态测量型 按使用的GPS信号种类划分： C/A-码、P-码、载波相位、单频双频等 整机（E640/E650）和OEM板（E51X/E53X）,GPS安全策略,GPS提供两种级别的服务： 标准定位服务（SPS） 用于一般的公共使用； 精密定位服务由国防部控制。 SPS信号精度降低是为了保护美国国家的安全利益。处理手段称为选择可用性（SA）,控制了系统全部能力的可用性。,GPS安全策略,SA（Selective Availability） 选择性定位能力。DoD用以控制伪距定位精度的一种方法，其具体内容是同过在时间和星历中加入抖动来降低一般接收机的定位精度。 Anti-Spoofing（A/S） 美国军方用以加密精码（P-码）的方法。 对定位的影响 降低单点定位精度 降低长距离相对定位精度,GPS定位精度,C/A码单点定位 15-25米 P-码单点定位 1-3米 伪距实时差分(RTD) 亚米级 载波相位实时差分(RTK) 厘米级 静态相对定位 毫米-厘米级 快速静态定位 厘米级 相对动态定位（后处理） 厘米-分米级,GPS定位误差分析,系统误差 GPS卫星导致的误差 与信号传播有关的误差 与GPS接收机有关的误差 偶然误差,GPS卫星产生的误差,卫星星历误差 由广播星历或其它轨道信息所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差 地面监控系统的工作质量、SA 卫星钟的钟误差 钟差、频偏、频漂、SA 相对论效应 运动速度与重力位,与信号传播有关的误差,电离层折射 取决于实践、地点、太阳黑子数和信号频率 对流层折射 取决于气温、气压、湿度 多路经效应误差,与GPS接收机有关的误差,接收机钟的误差 接收机的位置误差 授时、定轨中的影响,GPS单点定位原理,d12=(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2+c2(t-t01) d22=(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2+c2(t-t02) d32=(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2+c2(t-t03) d42=(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2+c2(t-t04),X,Z,Y,(0,0,0),（X1，Y1，Z1）,（X2，Y2，Z2）,（X3，Y3，Z3）,（X4，Y4，Z4）,DGPS（RTD）差分定位原理,基准站位置已知，对卫星进行伪距观测 伪距改正数=计算伪距-观测伪距 电台传送伪距改正数 流动站对卫星进行伪距观测 流动站接收基准站电台传送的伪距改正数 改正后的伪距=观测伪距+伪距改正数 流动站接收用改正后的伪距计算位置 特点： 需要数据链进行实时传送伪距改正 实时定位数据可达亚米级精度,RTK差分定位原理,基准站位置已知，对卫星进行载波相位观测 基准站电台将观测的每一颗卫星的载波相位观测量调制到电台的载波上发射传送 流动站对卫星进行载波相位观测 流动站接收基准站电台传送的载波相位观测量 流动站利用OTF技术将电台接收到基准站的载波相位观测量和本机的载波相位观测量进行处理计算，求出观测时刻的位置 特点： 需要数据链进行实时传送载波相位观测量 实时定位数据可达厘米级精度,世界其他定位卫星系统,国际民航组织（ICAO)的GNSS 俄罗斯的GLONASS 欧洲空间局的NAVSAT 欧洲空间局的Galileo系统 国际海事卫星（INMASAT) 中国的双卫星导航卫星系统 SLR和VLBI,GPS与GLONASS比较,GPS发展前景,在L2上增加C/A码-2003年 增加第三个民用频道L5-2005年 广域差分系统（WAAS) 高精度实时监测系统 伪星应用 多种空间资源应用 应用软件开发,GPS应用,导航-飞机、船、汽车、城市车载 测量-大地测量、快速静态、实时RTK 授时-电信、网络,GPS军事应用,精确制导 雷达校准 飞机着陆 相对定位 弹道测量 卫星轨迹,
