GPSde 基础知识.doc

1、 定义GPS——Global Positioning System 定义：GPS是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息　 GPS全球定位系统（Global Positioning System）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统GPS能够实现数据采集、故障诊断、跟踪监测、卫星调度、导航电文编辑等功能,用户端使用GPS接收设备实现定位导航功能GPS系统全球地面连续覆盖,能保证全球、全天候连续实时定位的需要;可精确、连续提供动态目标的三维位置、三位速度和时间信息,实时定时速度快;采用伪码扩频通信技术,发送的信号具有良好的抗干扰性和保密性2、GPS系统的特点 全球性连续覆盖，全天候工作 定位精度高 观测时间短 测站间无需通视 可提供三维坐标 操作简便 功能多，用途广3、GPS定位系统的组成 GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射L波段的载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。

因此，GPS定位系统是由以下三个部分组成： （1）GPS卫星星座（空间部分） （2）地面监控系统（地面控制部分） （3）GPS信号接收机（用户设备部分） 这三部分有各自独立的功能和作用，对于整个全球定位系统来说，它们都是不可缺少的4、GPS卫星星座组成 共24颗卫星，其中3颗备用，分布在6个轨道面上轨道面相对地球赤道面的倾角为550，各轨道平面升交点赤经相差600，相邻轨道上卫星的升交距角相差300轨道平均高度约20200km，运行周期11h58m因此，同一测站上每天出现卫星分布图形相同，只是每天提前约4分钟每颗卫星每天约有5小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间地点而异，最少4颗，最多达11颗GPS系统的空间部分由GPS卫星组成，称为卫星星座卫星星座的分布设置要保证地球上任何地点，任何时刻至少可以同时观测到四颗卫星5、GPS卫星的基本功能 1 ）接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令 2 ）利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行处理 3 ）通过星载的原子钟提供精密的时间标准 4 ）向用户发送定位信息 5 ）在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态和启用备用卫星。

6、用户设备部分-GPS信号接收机 GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间7、什么是GPS导航? GPS=Global Position System=全球定位系统 GPS导航就是利用全球定位系统实现从出发地到目的地的路径指引 8、GPS工作原理? 地球上任意一点的位置(坐标)都可以由经度、纬 度和高度三个参数(X,Y,Z)唯一确定9、GPS精确定位需要收到几颗卫星？ 为修正时间误差，需引入第4颗卫星10、GPS导航系统的组成 太空卫星 GPS的空间部分由罗克韦尔集团制造的24颗导航卫星组成，它们分布在6个与赤道平面成55o夹角的轨道平面上，每个轨道平面配备4颗卫星: 3颗运行，1颗备用 地面控制站 地面控制站位于美国本土的科罗拉多州，还有3个地面天线和 5个监测站分布在全球各地 接收终端 分为MP4型、笔记本型、型、 PDA型与车载型等。

11、GPS 与 导航？ 导航= GPS?GPS：20世纪70年代，随着美苏军备竞赛的升级，美国的军事领域迫切需要能够在世界范围精确定位的系统美国国防部不惜斥资120亿美元研制军用定位系统1978年，美国成功发射了第一颗用于GPS系统的卫星，经过20多年的建设，1994年建设完毕格洛纳斯：几乎和GPS同时开始同时建成北斗系统：上世纪八十年代中期开始，2003年建成伽利略：99年提出计划，05年末头一颗卫星升空，预计2008年投入初步使用2）覆盖范围 GPS：全球全天候 格洛纳斯：全球 北斗系统：覆盖我国本土及周边国家覆盖范围东经约70°一140°， 北纬5°一55 伽利略：全球（未建成）3）卫星数量GPS：24颗格洛纳斯：24颗（因经费问题，经常运行的数量达不到设 计数量，最少时仅仅有6颗在运行，目前有17 颗正在运行）北斗系统：3颗伽利略： 27颗运行卫星和3颗预备卫星（未建成）4）定位精度 GPS：定位精度10米 格洛纳斯：定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m 北斗系统：三维定位精度约几十米  伽利略：定位误差不超过1米12、建立大地坐标系的基本原理椭球定位、定向的概念 1）大地坐标系是建立在一定的大地基准上的用于表达地球表面空间位置及其相对关系的数学参照系，这里所说的大地基准是指能够最佳拟合地球形状的地球椭球的参数及椭球定位和定向。

2）椭球定位是指确定椭球中心的位置,可分为两类:局部定位和地心定位局部定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,同时要求椭球中心与地球质心一致或最为接近椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向,不论是局部定位还是地心定位,都应满足两个平行条件:①椭球短轴平行于地球自转轴;②大地起始子午面平行于天文起始子午面 13、我国大地坐标系1954年北京坐标系 建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系因此，P54可归结为：　　a．属参心大地坐标系；　　b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；　　c. 大地原点在原苏联的普尔科沃；　　d．采用多点定位法进行椭球定位；　　e．高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面； 　　f．高程异常以原苏联 1955年大地水准面重新平差结果为起 算数据。

按我国天文水准路线推算而得 1980年国家大地坐标系 C80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的根据椭球定位的基本原理，在建立C80坐标系时有以下先决条件：（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇；（2）C80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与 Z轴垂直指向经度 0方向；Y轴与 Z、X轴成右手坐标系；（3）椭球参数采用IUG 1975年大会推荐的参数　　因而可得C80椭球两个最常用的几何参数为：　　　长轴：6378140±5（m）；扁率：1：298.257（4）多点定位；椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数 （5）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准新1954北京坐标系 将1980国家大地坐标系的空间直角坐标经过三个平移参数平移变换至克拉索夫斯基椭球中心，椭球参数保持与1954年北京坐标系相同BJ54坐标系的缺点：①椭球参数有较大误差与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m；②参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，东部地区大地水准面差距最大+68m。

使得大比例尺地图反映地面的精度受到影响，也对观测元素的归算提出了严格要求；③几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900年—1909年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球不一致，给实际工作带来麻烦；④定向不明确椭球短轴的指向既不是国际上较普遍采用的国际协议（习用）原点CIO（Conventional International Origin）,也不是我国地极原点；起始大地子午面也不是国际时间局BIH所定义的格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换算带来一些不便和误差另外，监于该坐标系是按局部平差逐步提供大地点成果的，因而不可避免地出现一些矛盾和不够合理的地方。