《GPS定位技术》PPT课件

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1、第七章GPS定位技术§7.1概述为了满足军事及民用部门对连续实时三维导航的需求，1973年美国国防部开始研究建立新一代卫星导航系统，即授时与测距导航系统/全球定位系统（NavigationSystemTimingandRanging/GlobalPositioningSystem——NAVSTAR/GPS），称为全球定位系统（GPS）。GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精度可达0.1m/s，测时的精度可达几十毫微秒。GPS可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。随着GPS定位技术及数

2、据处理技术的不断完善，其精度还将进一步提高。利用全球定位系统进行导航，可实时确定运动目标的三维位置和速度，保障运动载体沿预定航线运行，亦可选择最佳航线。一、特点：观测站之间无需通视；定位精度高；观测时间短；提供三维坐标；操作简便；全天候作业§7.2GPS系统的组成空间部分：24颗卫星提供星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息用户部分：接收并观测卫星信号记录和处理数据提供导航定位信息地面控制部分：中心控制系统实现时间同步跟踪卫星进行定轨一、GPS系统组成空间星座部分地面监控部分用户设备部分二、空间星座部分1、GPS卫星

3、星座的构成全球定位系统的空间卫星星座，由24(3颗备用卫星)颗卫星组成。卫星分布在6个轨道面内，每个轨道上分布有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为55º，各轨道平面升交点的赤经相差60º。在相邻轨道上，卫星的升交距相差30º。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分。因此，同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4分钟。每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间和地点而异，最少为4颗，最多可达11颗。2、GPS卫星及其功能1）、GPS卫星GPS卫星的主

4、体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg，两侧设有两块双叶太阳能板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作用电。每颗卫星装有4台高精度原子钟（2台铷钟和2台铯钟），这是卫星的核心设备。它将发射标准频率信号，为GPS定位提供高精度的时间标准。2）、基本功能是：（1）、接收和储存由地面监控站发来的导航信息，并执行监控站的控制指令；（3）、卫星上设有微处理机，能进行部分必要的数据处理工作；（3）、通过星载的高精度铯钟和铷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的姿态和启用备用

5、卫星。三、地面监控部分GPS的地面监控部分是由分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。1、监测站5个地面站均具有监测的功能。监测站是在主控站直接控制下的数据自动采集中心。站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据传感器。接收机对GPS卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星的工作状况。原子钟提供时间标准，而环境传感器收集有关当地的气象数据。所有观测资料由计算机进行初步处理，并储存和传送到主控站，用以确定卫星的轨道信息。2、主控站主控站一个，设在美国本土科罗拉多·斯平士（Col

6、oradoSprings）的联合空间执行中心CSOC。主控站除协调和管理地面监控系统工作外，其主要任务是：1）、根据本站和其他监测站的所有观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等，并把这些数据传送到注入站。2）、提供全球定位系统的时间基准。各测站和GPS卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，或测出其间的钟差，并把这些钟差信息编入导航电文，送到注入站。3）、调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。4）、启用备用卫星，以代替失效的工作卫星。3、注入站注入站现有三个，分别设在印度洋的迭哥加西亚（DiegoGa

7、rcia）、南大西洋的阿松森岛（Ascencion）和南太平洋的卡瓦加兰（Kwajalein）。注入站的主要设备为一台直径为3.6m的天线、一台C波段发射机和一台计算机。其主要任务是在主控站的控制下将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并检测注入星系的正确性。整个GPS的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用通讯网络联系起来，在原子钟和计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高度的自动化和标准化。四、用户设备部分用户设备主要由GPS接收机硬件和数据处理软件，以及微处理机及

8、其终端设备组成，而GPS接收机的硬件，一般包括主机、天线和电源，主要功能是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息，并经简单数据处理而实现实时导航和定位。GPS软件部分是指各种后处理软件包，其主要作用是对观测数据进行精加工，以便获得精密定位结果。§7.3GPS定位