GPS定位原理资料解析

1、卩星定位技术发展的回顾二、GPS定位系统的组成三、GPS定位的观测方程四、GPS卫星测量的误差来源五、差分法载波相位测量观测的线性组合置和舗从辭響勰 距离太远使其无论隹彳可处看起 体导航的误差可达几百米至几 卫星定位技术是利用大地测吊局。幵始利_和全球地/心坐棕系iipiif需要烤确的量测(早期天求卫星进行点位测虽 +工观测法和卫星军 卜由街个点组成的全 六十生代美国还莞成 坐SS丄的布设，荘于1968 重卫皇组成的叫做CICADA 了卫星定位的新篇豎 藹美国在屯十年代 :位系统一全球定位系统(GPS ) o进入八十年代 GPS得到了全面的发展它的定位精南E構高，在大地测帛和 地球动力学中获怪

2、了日益广泛ST亠 if亠法禺和徳国也相继研制了 GLONASS. DORISOPRARE系统。GLONASSPS系统相类1以。DORIS为地基系统，其建立、诅TOPEX/POSEIDON的精密走軌，也用测地壳 PRARE ( Precise Range And Range-rate一双向S/X带)卫星跟踪系统，它可以测定时钟参示和地球自运行进誇认盂需塚i讓震好葬鬻豔虧杯寵?翳裔番齧懿个 建躊觀蠶I蹬薛噩矗靄關勞如导術咗国舷踽聽瞬砌簫I氈 星,扌離荃球移动通信服效返卫同统理t卫星INMARSAT】II进行改进，使其具: :民航组织(ICAO )芳了打裱一两仝国1 GNSS系统在200()年以前.

3、建成命善 夔谗合系统.昙中叫T为地面無空 鐸绕混合系统建成之后ICAO蒋夕lit特定：GNSS动观 _GPS/GLONASS/GNSS/IfsMARS/X 从根本上改变对单一系绽血 行国际化,到刃耐卫星定莅!niH为机GNSS作： 龙后.GNSS痢用有3GPS 和 GLONASS 萦纟3 -这T且合导瓏国际海事卫星纟且绰，戈0其第三GP宝GLONAS航信导的能力。匡1 星定位的被动局面汗划组建民用CPSYLONASS+INMARSATYAITJRAIw斗*2何 UJ独立完鸽监控系金.混合系既】GPS杓战示趣两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

4、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。因此，GPS定位系统是由以下三个部分组成:(1 ) GPS卫星星座(空间部分)(2 )地面监控系统(地面控制部分)(3 ) GPS信号接收机(用户设备部分)。这三部分有各自独立的功能和作用,对于整个全球定位系统来说， 它们都是不可缺少的。监校祁今： 中央轻制系统 时红同步 跟踪定加用尸師分 接收设备自1978年2月22曰第一颗GPS试验卫星（PRN4 ）入轨运行之后，到 1985年10月9日最后一颗GPS试验卫星入轨运行为止，总共发射了 11颗 GPS试验卫星（Block I ）,其中由于发射故障以及卫星入轨后出现的 故障，实际上只有

5、部分GPS试验卫星能够正常工作。后来为了完善GPS 定位系统的功能，又研制并陆续发射了Block II和Block HA型GPS工 作卫星。第一颗GPS工作卫星（PRN14 ）是于1989年2月14曰发射，于 1996年9月12日发射了第27颗GPS工作卫星（Block IIA , PRN30 ）,其 中有2颗卫星因为故障而不能正常工作，共计有25颗GPS工作卫星构成 了完整的GPS工作卫星星座，达到全星座状态，同时所有的GPS试 验卫星停止工作,退出历史舞台。并且为了以后进一步发展的需要， 将采用更为先逬的Block IIR和Block IIF型卫星。目前覆盖全球的GPS全星座，使得在地球上

6、任可地方可以 同时观测到4-12颗高度角15。以上的卫星，GPS卫星分布在6个近圆形 轨道面，高度在地面以上约20200km ,轨道面相对于地球赤道面倾 斜55。角，卫星运转周期约11小时58分（半个恒星日）o这样在各地 每天出现的卫星情况提前4分钟与上一次的相同。在GPS定位系统中，GPS卫星的作用是：（1 ）向广大用户连续 不断地发送导航定位信号，用导航电文报告自己的现势位置，以及 其它在轨卫星的概略位置。（2 ）在飞越注入站上空时，接受由地 面注入站用S波段发送来的导航电文和其它有关信息，供实时转发 给地面上广大用户。（3 ）接收地面主控站通过注入站发送到卫星 的调度命令。地面监控系统由

7、一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主 控站的作用是收集各个监测站所测得的伪距和积分多普勒观测值、环 境要素等数据，计算每颗GPS卫星的星历、时钟改正量、状态数据、 以及信号的大气层传播改正，并按一定的形式编制成导航电文，传送 到王控站，此外还控制和监视其余站的工作情况并管理调度GPS卫星。注入站的作用是将主控站传来的导航电文，用10cm ( S )波段的 微波作载波，分别注入到相应的GPS卫星中，通过卫星将导航电文传 递给地面上的广大用户。由于导航电文是GPS用户所需要的一项重要 信息，通过导航电文才能确定出GPS卫星在各时刻的具体位置，因此 注入站的作用是很重要的。监测站的主要任务是为

8、主控站编算导航电文提供原始观测数据。 每个监测站上都有GPS信号接收机对所见卫星作伪距测量和积分多 普勒观测，采集环境要素等数据，经初步处理后发往主控站。以上地面监控系统实际上都是由美国军方所控制。由于军方为 了限制民间用户通过GPS所达到的实时定位精度，而对GPS卫星轨道 精度W时钟稳定性作了有意降低(SA政策),这不利于广大民间用 户。为了克服SA政策的影响，一些国际性科硏机构建立了广泛分布 的全球性跟踪网络，用来精确测定GPS卫星的轨道元素供后处理之 用，或计算预报星历。但是这两种星历都不是由GPS卫星播发给用 户，而是要通过一定的信息渠道获得，有别于GPS卫星的广播星历。-s：f6rs

9、ssn: :：sMB m,tfGPS的空间部分和地面监控部分，为月户广泛利用该系统进行 导航和定位提供了基础。而用户要实现利用GPS进行导航用定位的 目的，还需要具备GPS信号接收机，即用户设备部分。这部分的作 用是接收GPS卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测 量，经数据处理后获得观测时刻接收机天线相位中心的位置坐标。用户设备部分主要由GPS接收机硬件和数据处理软件组成。关 于GPS接收机有多种分类方法，但对于大地测量应用来说，一般都 是采用较精密的双频接收机，可作双频载波相位测量。从具体应 用与成本价格出发，也可选用稍为便宜的单频接收机。所有GPS接 收机生产厂家一般都随机提供数

10、据处理软件包，但其作用是有限 的。国际上有一些科硏机构为了克服商月数据处理软件的不足, 已经开发硏制了多种精密的GPS数据后处理软件包，如GAMIT （美 国麻省理工学院）、Bernese （瑞士伯尔尼大学天文学院）、 GIPSY （美国加州大学喷宅进实验室）等，主要用于科研目的。观测站之间无需通视。既要保持良好的通视条件，又要 保障测量控制网的良好结构，这一直是经典测量技术在 实践方面的困难问题之一。GPS测量不要求观测站之间相 互通视，因而不再需要建造觇标，这一优点既可大大减 少测量工作的经费和时间，同时也使点位的选择变得甚 为灵活。不过为了使接收GPS卫星的信号不受干扰，必须保J寺观 测站的上空开阔（净空）。定位精度高。现已完成的大量实验表明，目前 在小于50km的基线上，其相对定位精度可达 12x10-6 ,而在100km500km的基线上可达10七 10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善，可 望在大于1000km的距离上,相对定位精度可达到 或优于计。观测时间短。目前，利用经典的静态定位方法, 完成一条基线的相对定位所需要的观测时间，根 据要求的精度不同，一般约为-3小时。为了进 步缩短观测时间，提高作业速度，