GPS系统介绍.ppt

GPS测量原理介绍 本讲主要内容 ＧＰＳ的含义 卫星定位技术的发展简史 ＧＰＳ的组成 ＧＰＳ的特点与应用 卫星导航定位的分类 GPS定位的原理 ＧＰＳ的含义 GPS的英文全称是NAVigation Satellite Timing And Ranging /Global Position System（卫星测时测距导航/全球定位系统），简称GPS有时也被称作NAVSTAR GPS。 卫星定位技术的发展简介 各种卫星导航、定位系统 子午卫星导航系统（ＮＮＳＳ） 前苏联ＣＩＣＡＤＡ卫星导航系统 ＧＰＳ全球定位系统 ＧＬＯＮＡＳＳ全球导航卫星系统 Galileo卫星导航定位系统 北斗双星定位系统/北斗导航定位系统 GPS的系统组成（一）- 系统组成 GPS系统组成 空间部分 地面控制部分 用户设备部分 GPS的系统组成（二）- 空间部分（1） GPS的空间部分（GPS卫星星座） ＧＰＳ卫星的作用 接受注入站发送的导航电文和其他信息 向用户发送导航定位信号 接受调度命令，改正运行偏差或启用备用时钟 GPS的系统组成（三）- 地面控制部分（1） GPS工作流程 监测站与注入站的任务（作用） 监测站的任务： 为主控站提供卫星的观测数据 注入站的任务： 将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器 GPS的系统组成（四）- 用户设备部分 用户设备部分 - GPS信号接收机及相关设备（三角架、测尺（杆）、数据后处理软件） GPS信号接收机的任务与基本结构 任务： 捕获卫星信号、跟踪卫星运行，并对信号进行变换、放大和处理，测出信号传播时间，译出导航电文，达到实时定位、导航的目的。 基本结构 天线单元：接收天线、前置放大器 接收单元：通道单元、计算和显示单元、存储单元、电源 GPS接收机的分类 1．按接收机的用途分： (1)导航型接收机（车载型、 航海型、航空型、 星载型） (2)测地型接收 (3)授时型接收机 2．按接收机的载波频率分类： (1)单频接收机 (2)双频接收机 GPS接收机的分类（续） 3．按接收机通道数分类： 多通道接收机：具有多个卫星信号通道，每个信号通道只跟踪一颗卫星 序贯通道接收机：只有一个通道，为了实现对多颗卫星信号的跟踪，采用软件控制，按一定的时间对不同卫星进行跟踪。（早期） 多路多用通道接收机：与须贯通道类似，也是在软件控制下对卫星进行测量，但测量速度较快。 GPS接收机的分类（续） 4.　按接收机工作原理分类 (1)码相关型接收机 (2)平方型接收机 (3)混合型接收机 (4)干涉型接收机 ＧＰＳ系统的特点 定位精度高 观测时间短 测站间无需通视 可同时提供三维坐标 操作简便 全天候作业 功能多、应用广 ＧＰＳ系统的应用 在军事上的应用 在测绘、地图制图、ＧＩＳ中的应用 在海、陆、空导航中的应用 在日常生活、娱乐上的应用 ＧＰＳ用在授时 卫星导航系统分类 根据用户接收机是否发射信号分类 ： 无源系统 有源系统 按测量的参数分类 ： 测距导航系统 测距离差导航系统 卫星多普勒导航系统 测角导航系统 混合系统 按卫星运行轨道的高度分类 低轨道（近地轨道） 900~2,700km 中高轨道 13,000~20,000km 同步轨道 36,000km 按工作区域分类： 全球覆盖系统 区域覆盖系统 GPS定位的原理 测距交会 用户位置的确定 卫星定位要解决的两个问题 卫星位置可确定 星站之间的距离可测量 测距交会 用户位置的确定1 用户位置的确定2 用户位置的确定3 卫星定位的数学模型 卫星定位要解决的两个问题 卫星的位置已知 广播星历 精密星历 卫星到测站(用户接收机)之间的距离 伪距测量 载波相位测量 卫星位置的确定 GPS的信号组成 伪距 由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的测量距离. 伪距与星站几何距离关系 伪距定位观测方程 伪距单点定位解算数据 GPS载波相位测量的基本原理 载波相位实际观测值 载波相位观测值 T0时刻包含整周模糊度的观测值 整周未知数（整周模糊度） 后续ti时刻观测值: 对整周变化进行计数 载波相位测量的观测方程 伪距测量包含的误差: 1、卫星钟、接收机钟误差 2、对流层、电离层延迟 j表示卫星 k表示接收机 共有四个未知数，需要列出四个观测方程。需要同时观测到四颗卫星的信号 N 0 F r 0 N 0 I n t ( ) j i F r i t 0 t i * G P S 介 绍 * 普 通 测 量 学 福建师范大学　　　　　　　　　　地理科学学院　　地球信息科学系 空基全天侯导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置