第8章 GPS原理与接收机.ppt

第7章 GPS定位原理与GPS接收机 GPS技术术是一种卫卫星定位技术术，英文全称为为：“Navigation Satellite Timing And Ranging /Global Positioning System”，其意为为“卫卫星测时测测时测 距导导航/全球定位系统统”GPS全球卫卫星定位系统统具有性能好、精度高、应应用广的特点，是迄今最好的导导航定位系统统 71 卫卫星定位技术术概述一、卫星定位技术的发展历程 卫卫星定位技术术是利用人造地球卫卫星进进行点位测测量的技术术 当初，人造地球卫卫星仅仅仅仅 作为为一种空间间的观观测测目标标，通过过在地面观测观测 站对卫对卫 星的摄摄影观观测测，测测定测测站至卫卫星的方向，建立卫卫星三角网这这种方法称为卫为卫 星三角测测量这这种方法能够够解决用常规规大地测测量难难以实现实现 的远远距离陆陆地海岛联测岛联测 定位的问题问题 ，但是受卫卫星可见见条件及天气的影响，费时费费时费 力，不仅仅定位精度低，而且不能测测得点位的地心坐标标 20世纪纪6070年代，美国、英国和德国协协作，就花了几年时间时间 ，用这这种方法测测设设了有45个测测站的全球三角网，点位精度5m。

这这种卫卫星定位技术仅仅术仅仅 把卫卫星作为为空间观测间观测 目标标，属于卫卫星定位技术术的低级阶级阶 段 20世纪纪50年代末期，美国开始研制用多普勒卫卫星定位技术进术进 行测测速、定位的卫卫星导导航系统统，叫做子午卫卫星导导航系统统（NNSS）70年代，部分导导航电电文解密交付民用，自此，卫卫星多普勒定位技术术迅速兴兴起 多普勒定位具有经济经济 快速、精度均匀、不受天气和时间时间 的限制等优优点只要在测测点上能收到从子午卫卫星上发发来的无线电线电信号，便可在地球表面的任何地方进进行单单点定位或联测联测 定位，获获得测测站点的三维维地心坐标标子午卫卫星导导航系统统的问问世，开创创了海空导导航的新时时代，将卫卫星定位技术发术发 展到了把卫卫星作为动态为动态 已知点的高级阶级阶 段，揭开了卫卫星大地测测量学的新篇章 子午卫卫星导导航系统统采用6颗卫颗卫 星，并都通过过地球的南北极运行地面上一点上空子午卫卫星通过过的间间隔时间较长时间较长 ，而对对于同一地点两次子午卫卫星通过过的间间隔时间为时间为 0.81.6小时时，对对于同一子午卫卫星，每天通过过次数最多为为13次由于一台多普勒接收机一般需观测观测 15次合格的卫卫星通过过，才能使单单点定位精度达10mm左右。

间间隔时间时间 和观测时间长观测时间长 ，不能为为用户户提供实时实时 定位和导导航服务务，而精度较较低限制了它的应应用领领域子午卫卫星轨轨道低（平均高度1070km），难难以精密定轨轨，以及子午卫卫星射电频电频 率低（400MHZ和150MHZ），难难以补偿电补偿电 离层层效应应的影响，致使卫卫星多普勒定位精度局限在米级级水平（精度极限0.5lm） 1973年12月，美国国防部批准陆陆海空三军联军联 合研制新的卫卫星导导航系统统： “Navigation Satellite Timing And Ranging /Global Positioning System”，意为为“卫卫星测时测测时测 距导导航/全球定位系统统”，简简称GPS 该该系统统是以卫卫星为为基础础的无线电导线电导 航定位系统统，具有全性能（陆陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续连续 性和实时实时 性的导导航、定位和定时时的功能，能为为各类类用户户提供精密的三维维坐标标、速度和时间时间 二、GPS系统的组成 空间间部分 GPS的空间间部分是由24颗颗GPS工作卫卫星组组成的GPS卫卫星星座，其中21颗为颗为 可用于导导航的卫卫星，3颗为颗为 活动动的备备用卫卫星。

24颗卫颗卫 星分布在6个倾倾角为为55的轨轨道上绕绕地球运行，卫卫星至地球表面的平均高度为为20200km，运行周期约约为为12恒星时时地球上任何地点、任何时时刻至少都能观测观测 到4颗卫颗卫 星 每颗颗GPS工作卫卫星都发发出用于导导航定位的信号GPS用户户正是利用这这些信号来进进行工作的 地面控制部分 由五个监测监测 站、三个注入站和一个主控站组组成 监监控站分布于夏威夷、亚亚森欣岛岛、迪亚亚哥加西亚亚、瓜加林岛岛、科罗罗拉多泉，任务务是同时监时监 控 GPS 卫卫星的运作状态态及它们们在太空中的精确位置，取得卫卫星观测观测 数据并将这这些数据送至主控站 主控站的主要任务务是收集监测监测 站对卫对卫 星观测观测 的全部数据，计计算每颗颗GPS卫卫星的轨轨道和卫卫星钟钟修正值值，依次外推一天以上的卫卫星星历历及钟钟差，并按一定格式转换为导转换为导 航电电文传输给传输给 注入站 注入站把这类导这类导 航数据及主控站的指令注入到卫卫星的存储储器中 用户户部分 由GPS接收机、数据处处理软软件及相应应的用户户设备设备 如计计算机、气象仪仪器等组组成 结结构分为为天线单线单 元和接收单单元两部分，对对于测测地型接收机，两个单单元一般分成两个独立的部件，也有将这这两个单单元制作成一个整体的接收机。

作用是接收GPS卫卫星所发发出的信号，并跟踪这这些卫卫星进进行观测观测 ，实时实时 地计计算出测测站的三维维坐标标三、其它卫星定位系统 俄罗斯建立的 GLONASS全球导导航卫卫星系统统 欧洲空间局正在筹建的 NAVSAT导航卫星系统 由国际移动卫星组织（原名国际海事卫星组织）筹建的INMARSAT系统。