《GPS技术原理》PPT课件.ppt

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1、第七章GPS技术原理§7－1概述及GPS系统组成§7－2GPS定位基本原理与方法一.定义GPS是通过接收和解译人造卫星所发射的电波信号来确定测站点位置的测量定位系统，它是英文“GlobalPositioningSystem”(全球定位系统）的缩写。§7－1概述及GPS系统组成二.GPS定位的特点定位时间短。定位精度高。野外观测时不受天气条件以及作业时间的限制。无需考虑观测点之间的通视情况。应用范围广。缺点——（1）.在地下（如隧道、矿井内）、海底及建筑物内不能应用；（2）.在高大建筑物及大树近旁会受到干扰。三.系统组成GPS系统主要由三大部分组成：卫星星座（空间部分）、

2、地面监测系统（地面部分）和GPS接收机（用户设备部分）。地面控制部分主控站、监测站、注入站空间部分导航卫星:发送导航信息共24颗卫星用户设备部分接收机GPS卫星星座星座由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星，大致均匀地分布在6个轨道面上。轨道面相对于地球赤道面的倾角为55o，各轨道平面的升交点（轨道平面与赤道的交点）间的经度差为60o，卫星距地球约20200公里，运行周期为11小时58分。在世界任何地区任何时候至少可以同时接收4颗卫星信号，最多可以同时接收到11颗卫星发射的信号。每颗卫星上均装有4台高精度的原子钟（2台铯钟、2台铷钟），称为卫星钟，用以提供高

3、精度的时间标准。GPS卫星的主要功能连续不断地向地球发送导航定位的GPS信号，以导航电文的形式向用户提供卫星星历表（其中包含卫星现时的位置及其它卫星的概略位置）、时钟校正参数、传播延迟参数及其它信息。最主要的信息是“时间”和“位置”。2.地面监控系统该系统由5个监测站、1个主控站和3个注入站组成，设在美国本土的科罗拉多和三大洋的美军基地中。55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings一个主控站：科罗拉多•斯必灵司三个注入站：阿松森(Ascencion)、迭哥•伽西亚(DiegoGarcia)和卡瓦加兰(kwaj

4、alein)五个监测站：在主控站和3个注入站各设一个，另一个设在夏威夷(Hawaii)地面站的主要作用——对卫星进行实时监测（包括卫星上设备是否正常工作、卫星是否沿轨道运行等）；向每颗卫星提供其编写并播发的导航电文，包括卫星星历（即描述卫星运动及其轨道参数的数据）、卫星钟差（时钟修正参数）和大气修正参数等，以保证卫星能够不间断地向地面用户发送准确可靠的导航信号。监测站的任务是连续跟踪观测和接收GPS卫星的信号，并监测卫星的工作状态。主控站负责收集由监测站传来的卫星跟踪数据并计算卫星星历和时间参数。注入站的任务是将主控站发来的导航电文（卫星星历和时间参数）注入给卫星。3.

5、GPS接收机GPS接收机是能够接收、跟踪、解译和量测GPS信号的设备，由主机、天线、计算机以及控制显示设备等组成。GPS卫星发送的导航定位信号是一种全球共享的信息资源，只要用户掌握其解码，则各类用户在任何地点、任何时刻、任何气候均可用GPS接收机接收信号，进行导航定位测量。本节内容回顾GPS的定义。GPS定位的特点。GPS系统由三部分组成。§7－2GPS定位原理与方法一.GPS定位原理GPS定位系统的基本观测量是距离（其实质是时间延迟），基本定位原理是空间后方交会。1.距离测量在待定点上安置好GPS接收机，开机后即可接收到某颗卫星所发送的信号（随机码），经解译后可以获得

6、卫星发送信号的时刻（以卫星钟为标准）以及发送信号时卫星的空间位置（即坐标）等有用信息。与此同时，在测站上需测定GPS信号的接收时刻（以用户钟即普通石英钟为标准）。设GPS信号的发射时刻为t1,接收时刻为t2，并设卫星钟与用户钟同步，则GPS信号在空中传播的时间为：T=t2-t1设电波在大气中的传播速度为C，则从卫星发送信号时的空中位置到接收机之间的空间距离为：D=C×Tt2t1DXllVlXllllllllVVVllVlllXlX2.空间后方交会用GPS进行定位测量的目的是求出测站点的三维坐标（x,y,z）（现未知）。由测量原理可知，欲求得三个未知数，至少需要三个观测量

7、，即必要观测数为3。因此，必须同时测定三颗卫星的导航信号，即需测量接收机至三颗卫星的距离D1、D2和D3。设这三颗卫星发送信号时所处位置的坐标分别为（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）和（x3,y3,z3）,则有：（x1-x）2+(y1-y)2+(z1-z)2=D12（x2-x）2+(y2-y)2+(z2-z)2=D22（x3-x）2+(y3-y)2+(z3-z)2=D32解此方程组，即可求出测站的坐标（x,y,z）。GPS定位的原理也可通过三个球面相交来理解。假设某颗卫星在空中的位置为W1，GPS接收机离W1的距离为D1，则接收机