gps定位系统原理简明讲解

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1、GPS定位系统李含伦lihanlun@126.com一、GPS的发展背景二、GPS的组成及工作原理三、GPS定位系统的应用四、其它的卫星定位系统目录1、GPS的定义全球定位系统GPS（GlobalPositioningSystem）,是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,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。1967年美国政府批准该系统解密，提供民用。一、GPS的发展背景2、GPS发展过程1958年，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫星系统”（NavyNavigation

2、SatelliteSystem——NNSS）。由于该系统卫星都通过地极，也称“子午(Transit)卫星系统”。1964年该系统建成，并在美国军方启用。美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年投入使用。经历20年，耗资300亿美元，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。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。在地平线上的卫星数目在4——11颗左右，在地球的任何地方都能同时收到4颗以上卫星发出的信号，计算机根据这些信号可计

3、算出用户目前在地球坐标系中的位置。卫星在围绕其轨道运行时，向地面发出的信息，包括其轨道位置信息和电波发射时刻信号。接收机根据卫星所发出的信号到接收到信号所经历的时间，便可算出两者的距离。二、GPS的组成及工作原理1、GPS的组成GPS定位系统是由以下三个部分组成：二、GPS的组成及工作原理1.空间部分GPS的空间部分是由24颗卫星组成（3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗）。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随

4、着时间的推移，导航精度会逐渐降低。二、GPS的组成及工作原理夏威夷阿松森岛科罗拉多狄哥加西亚卡瓦加兰前方交会后方交会地面监控站GPS接收机1个主控站:Coloradosprings(科罗拉多.春田市)。3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、DiegoGarcia(迭哥伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。5个监控站：以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。2.地面控制系统跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星，由卫星通过导航电文发送给用户；保持各颗卫星的时间同步；必要时对卫星进行调度。二、GPS的组成及工作原理3.用户设备部分用户设备部

5、分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置，如图所示。为了求得GPS终端的位置（x,y,z），需要先获得两组数据：1）GPS终端到各个卫星之间的距离：r1,

6、r2,r32）各个卫星的位置：Xn,Yn,Zn二、GPS的组成及工作原理距离测量采用单程测量方法：通过测量信号从卫星发送到接收机所用的时间，乘以信号传播速度，就可以求得距离：二、GPS的组成及工作原理站在卫星角度，知道信号什么时间发射出去的，但是不知道信号是什么时间到达接收机的；站在接收机角度，知道信号什么时间收到的，但是不知道信号是什么时间发送出来的。由于全球定位系统采用了单程测距原理，所以要准确地测定卫星至观测站的距离，就必须使卫星钟与用户接收机钟保持严格同步。但在实践中这是难以实现的。时间延迟实际为信号的接收时刻与发射时刻之差，即使不考虑大气

7、折射延迟，为得出卫星至测站间的正确距离，要求接收机钟与卫星钟严格同步，且保持频标稳定。实际上，这是难以做到的，在任一时刻，无论是接收机钟还是卫星钟，相对于GPS时间系统下的标准时（以下简称GPS标准时）都存在着GPS钟差，即钟面时与GPS标准时之差。设接收机p1在某一历元接收到卫星信号的钟面时为tp1，与此相应的标准时为Tp1，则接收机钟钟差为若该历元第i颗卫星信号发射的钟面时为ti，相应的GPS标准时为Ti，则卫星钟钟差为二、GPS的组成及工作原理若忽略大气折射的影响，并将卫星信号的发射时刻和接收时刻均化算到GPS标准时，则在该历元卫星i到观测站

8、p1的几何传播距离可表示为可得二、GPS的组成及工作原理虽然卫星和接收机时钟不同步，但是卫星和卫星之间的时钟是同步的，这样