[精品]浅析GPS全球定位系统.doc

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1、浅析GPS全球定位系统浅析GPS全球定位系统摘耍：GPS是由美国国防部从1973年开始研制的全球性、全天候、连续的无线电定位、导航、授时系统。GPS的卫星星座由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。目前在全球范围内被广泛应用于军事、测量、导航、灾害监测与预警等诸多领域。关键词：GPS定位系统屮图分类号：N945文献标识码：A一、GPS的构成GPS由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。GPS空间星座部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，每个轨道平而均匀分布着4颗卫星，卫星轨

2、道平面相对地球赤道面的倾角均为55。，各轨道平面升交点的赤经相差60°,在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30。o轨道平均高度约为20200km,卫星运行周期为1lh58min,地面观测者见到地平面以上的卫星颗数随时间和地点的不同而有差异，最少有4颗，最多有11颗，这样可以确保在世界任何地方，任何时间，都可以进行实时三维定位。地面监控部分的主要任务是监视卫星的运行、确定GPS时间系统、跟踪并预报卫星星历和卫星钟状态，向每颗卫星的数据存储器注入导航数据。主控站位于美国本土科罗拉多空间中心，它除了协调管理地面监控系统外，

3、还负责将监测站的观测资料联合处理推算卫星星历，卫星钟差和大气修正参数，并将这些数据编制成导航电文送到注入站。主控站还可以调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行或启用备用T星。监测站是在主控站控制下的数据自动采集中心，5个监测站分别位于美国本土科罗拉多、夏威夷群岛、南大西洋的阿松森群岛、印度洋的迭哥伽西亚岛和南太平洋的卡瓦加兰岛,其主耍任务是将主控站发来的导航电文注入相应卫星的存储器，每天注入3—4次。此外，注入站能自动向主控站发射信号，每分钟发射一次报告自己的工作状态。GPS用户设备部分主耍包括GPS接收机及天线、

4、微处理器及其终端设备以及电源等。其屮，接收机和天线是用户设备的核心部分，习惯上统称为GPS接收机。用户设备部分的主要任务是捕获卫星信号；跟踪并锁定卫星信号；对接收的卫星信号进行处理；测量出GPS信号从卫星到接收机天线间的传播时间；译出GPS卫星发射的导航电文；实时计算接收机天线的三维位置、速度和时间。二、GPS定位原理GPS定位的基本原理是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基础，并根据卫星瞬时坐标，利用距离交会来确定用户接收机所在点的三维坐标。依据测距的原理，其定位原理与方法主要有伪距法定位、载波相位测

5、量定位。按定位方式不同，GPS定位乂分为绝对定位和相对定位两种。1.按测距的原理分类(1)伪距测量GPS卫星能够按照星载时钟发射一种结构为伪随机噪声码的信号，称为测距码信号。该信号从卫星发射经过…段时间后，到达接收机天线，卫星至接收机的空间的距离。(2)载波相位测量利用GPS卫星发射的载波为测距信号。由于载波的波长比测距码波长要短得多，因此对载波进行相位测量，就可能得到较高的测量定位精度。载波信号是一个单纯的余炫波。在载波相位测量屮，接收机无法判定所量测信号的整周数，但可精确测定其零数，并且当接收机对空中飞行的卫星

6、做连续观测时，接受机借助于内含多普勒频移计数器，可累计得到载波信号的整周变化数。因此。才是载波相位测量的真正观测值。2、按定位方式分类⑴绝对定位绝对定位是以地球质心为参考点，确定接收机天线在坐标系中绝对位置。由于此种定位方式仅需一台接收机，因此乂称为单点定位。绝对定位的实质是空间距离后方交会。从理论上来讲，在一个测站上只需要3个独立距离测量即可进行绝对定位。一般地，卫星钟钟差是可以通过卫星导航电文中所提供的相应钟差参数加以修正的，而接收机的钟差一般难以预先准确测定。因此，可以将接收机钟差作为…个位置参数与测站点坐标

7、同步解算，即在一个测站上，为了求解3个点位坐标参数和1个钟差参数，至少要有4个同步伪距观测量，即在一个测站上必须至少同步观测4颗卫星才能准确定位。绝对定位受到卫星星历误差、信号传播误差以及卫星儿何分布影响显著，所以定位精度较低，一般来说,只能达到米级的定位精度，目前的手持GPS接收机大多采用该技术。此定位方式仅适用于车辆导航、船只导航、地质调查等精度要求较低的测量领域。⑵相对定位GPS相对定位也称差分GPS定位，是目前GPS测量中精度最高的定位方式，广泛地应用于各种测量工作屮。相对定位是指在坐标系屮，确定观测站与某

8、一地而参考点之间的相对位置，或者确定两个观测站之间的相对位置的方法。GPS相对定位分为静态相对定位和动态相对定位两种。三、GPS的特点及主要误差来源与传统测量方法相比,GPS具有下列优点。1、测站间无须通视，不用造标。2、受气象条件影响较小，可以全天候作业。3、观测时间大大缩短。4、定位精度较高。5、能提供统一的全球坐标系。6、操作简单，减轻了测量丁作者的劳