卫星定位系统简介学习资料

1、卫星定位系统简介卫星定位系统简介卫星定位系统 即全球定位系统(Global Positioning System )。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任 意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到 4颗卫星，以保证卫星可以采集到该 观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事 目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过 20余年的研究实验，耗资3

2、00亿 美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。、常用术语1. 坐标(Coord in ate)有二维和三维两种表示。2. 路标(Landmark or waypoint)GPS内存的一个坐标值.3. 路线（Route）路线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还 可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标之间的线段叫一条腿。4. 前进方向（Heading）GPS没有指北针的功能，静止不动时是不知道方向的。5. 导向（Bearing）6.日出日落时间（Sun set/raise time）7.足迹线（Plot trail）二、构成由三部分构

3、成：地面控制部分（由主控站、地面天线、监测站和通讯辅助系 统组成）、空间部分（由24颗卫星组成 分布在6个道平面上）、用户装置部分（主要 由GPS接收机和卫星天线组成）。1. 空间部分GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20 200km的上 空，均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55 °。此外，还 有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都 可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供 了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星产生两组电码，一组称为C/ A码（Coarse/ Acquisition C

4、ode11023MHz）;组称为 P 码（Procise Code10123MHz）,P码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管 制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/ A码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。2. 地面控制部分地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测 站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取 得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控 站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将 结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行

5、至上空时，把这些导航 数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗 GPS卫星每天一次，并在卫星 离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫 星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。9巒"0 厂 00口3用户设备部分用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截 止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星 信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时

6、间等信 息。接收机硬件和机内软件以及 GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户 设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机 内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观 测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于 野外观测使用。三、原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的， 卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星 的距离则

7、通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而 是伪距（PR）:当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪 随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P（Y）码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码 间距1微秒，相当于300m ； P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距 0.1微秒，相当于30m。而丫码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折 射修正等信息。它是

8、从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十 秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥 测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受 到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用 户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位 置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于 用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用

9、户的三维 坐标x、y、z外，还要引进一个厶t即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然 后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少 要能接收到4个卫星的信号。GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未 来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫 星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对 0A码测得的伪距称为UA码伪 距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距

10、，精度约为2米左右。GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波 上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相 位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生 信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟 踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初 值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数 据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊 度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要 达到优于米级的定位精度也

11、只能采用相位观测值。按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观 测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上 接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测 量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定 位。在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应 等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时 大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根 据两个频率的观测量抵消

12、大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收 机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。四、前景由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测 量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个 应用领域。随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布 2000年至2006年期 间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消 SA政策，GPS民用信号精度 在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20 米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及 人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家

13、预测，在美国，单单是汽 车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在中国，汽车导航的市 场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。五、特点全球定位系统的主要特点：（1）全天候；（2）全球覆盖；（3）三维定 速定时高精度；（4）快速省时高效率：（5）应用广泛多功能。安徽八杰信息科技有限公司是安徽一家以北斗 /gps为核心专业从事GPS定 位监控服务平台的研发和北斗/GPS定位终端的硬件开发测试，以及相关产品研 发为主的高科技公司！公司主要业务范围包括：物流 GPS、货运GPS、公交 GPS、出租车GPS、私家车GPS、驾校车辆GPS、危险品GPS、长途客运GPS、 船舶等行业车辆的监控服务！本公司自主研发定位平台，稳定；自主开发智能 手机客户端，更好的贴合用户使用习惯！并且公司可协助客户将设备转移到公 司自己的平台，更大的节约客户监控成本！八杰科技全新升级采用GPS卫星+基站双