卫星定位的基础知识讲演

1、GPS卫星定位的基本知识卫星定位的基本知识目目 录录测量定位的目的卫星定位的原理和方法GPS 的组成及其功能公司不同精度的GPS产品现有的其他卫星导航定位系统简介 测量测量的基本任务就是确定物体在空间中的位置、姿态及其运动轨迹。而对这些特征的描述都是建立在某一个特定的空间框架空间框架和时间框架时间框架之上的。 所谓空间框架就是我们常说的坐标系统，而时间框架就是我们常说的时间系统。即在某一时刻，我们在空间中的位置 (时空概念)。N aixsE aixsU aixsRMR人类最初的导航定位，只能通过石头，树，山脉等作为参照物，渐渐发展到天文观测法，即通过天上的太阳，月亮和星星来判断位置。而中国四大

2、发明之一的指南针是人类导航领域的一个里程碑。(我们在陌生地方迷路时有同感) A . 无线电导航无线电导航 的发明，使导航系统成为航行中真正可以依赖的工具，因此具有划时代的意义。它具有独立、封闭、全天候等特点，对外界环境依赖性很小。现在，无线电导航仍然在飞机进场着陆、区域性定位中发挥着重要作用。我的位置应该在这个红色的圆上。我的位置应该在这个红色的圆上。通过测量到两个已知点的精确距离，可以精密地确定出平面位置。在城市中、平原上，平面定位成果往往就够用了，高程显得不是特别重要。.PQ我的位置应该在我的位置应该在P点或点或Q点点如何在三维空间中得到位置坐标如果能够精确测定出观测者到三个参考点的距离，

3、那么观测者必然处在以三个观测距离为半径的三个球体的交点上。两个球体相交为一个圆(可以想象两个篮球逐步靠近，它们逐步相交于一点，然后是相交为一个圆)，第三个球体和这个圆相交为两个点(可以想象一个圆环和一个篮球相交)。则观测者必然处在这两个点中的一个上。目目 录录测量定位的目的卫星定位的原理和方法GPS 的组成及其功能公司不同精度的GPS产品现有的其他卫星导航定位系统简介地球表面 70% 都是海洋，无法建立永久性静态基准站。由于地球是一个椭球，表面有曲率存在，普通的无线电定位无法满足全球定位的需要。我们可以考虑把基准站搬到太空，即发射通讯卫星，这些卫星以一定的频率和编码向地球发播信号。为保证信号按

4、直线传播，且能穿透电离层(中长波信号遇电离层会被反射)，应选择高频信号。为满足全球覆盖，必须考虑一定数量的卫星，且按一定的轨道面分布。卫星定位的初步构想卫星定位的初步构想1967年着手研制新一代卫星导航系统；1973年12月正式批准研制GPS；19731978年方案论证、总体设计；19781988年工程研制，发射试验卫星，共发射11颗；19891993年进行实用组网；1995年4月宣布具有全运行能力（FOC）。美国全球定位系统美国全球定位系统 - GPS- GPSGPS GPS 的主要特点：的主要特点：GPSGPS具有全球覆盖、全天候、高精度、具有全球覆盖、全天候、高精度、实时导航定位等优点。

5、实时导航定位等优点。卫星导航定位系统是以卫星为空间基准点，用户利用接收设备测定至卫星的距离或多普勒频移等观测量来确定其位置和速度的系统。卫星导航定位系统主要由三大部分组成：空间卫星、地面监测网和用户设备。卫星定位技术是通过GNSS 接收机同时接收 4 颗以上的GNSS 卫星发出的信号来测定接收机在地球上的位置。四颗卫星可以确定一个点坐标。为什么必须是4 颗星才能定位 ？用户的三维坐标 (X、Y、Z) 和接收机钟差 (t) 一共四个未知数，所以需要四个联立方程才能求解。只有跟踪到 4 颗卫星，才能建立四个联立方程求解。当接收机捕获到多于4颗星时，接收机会自动从卫星组中选择几何分别最合理、信号强度

6、最好的 4 颗卫星进行定位求解。x, y, z, t卫星充当轨道上运动的已知控制点，观测值为测站至卫星的伪距 (由时延值推算得到)由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知数：经度，纬度，高程，接收机钟差GPS的优点 观测站之间无需通视 定位精度高 操作简便 提供三维坐标 全天侯作业误差来源误差来源对距离测量对距离测量的影响的影响卫星卫星轨道误差轨道误差1.515(m)钟误差钟误差信号传播信号传播对流层对流层1.515(m)电离层电离层多路径多路径接收机接收机观测误差观测误差1.55(m)相位中心变化相位中心变化卫星钟差 定义卫星钟读数与真实的GPS时间之差。 特

7、点造成距离测定发生偏差 应对方法采用广播星历中的钟差改正参数进行改正使用IGS提供的精密卫星钟差改正数采用相对定位或差分定位电离层折射目目 录录测量定位的目的卫星定位的原理和方法GPS 的组成及其功能公司不同精度的GPS产品现有的其他卫星导航定位系统简介空间部分：提供星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息用户部分：接收并测定卫星信号记录原始数据得到导航定位信息地面控制部分：解算中心控制参数实现时间同步跟踪卫星并进行定规空间部分GPS 卫星星座参数目前的在轨卫星有29颗，其中有5颗BLOCK II卫星，18颗BLOCK IIA卫星，6颗BLOCK IIR卫星。 GPS 卫星种类和性能现

8、有现有GPSGPS卫星一览表卫星一览表 卫星的主要功能卫星的主要功能接收和储存导航信息星载微处理器，进行数据处理星载高精度原子钟，产生基准信号和时间标准向用户连续不断地发送导航定位信号（L1，L2，C/A码，P码，D码）接受并执行主控站的调度命令用户接收机用户接收机接收GPS卫星信号、测距并进行定位。GPS GPS 卫星的信号组成卫星的信号组成GPS 卫星向用户连续不断地发送以下四种信号d 双频载波 L1：1575.42MHz（波长：19.05cm） L2：1227.60MHz（波长：24.45cm）伪噪声码C/A码：1.023Mb/s，1ms伪噪声码P码：10.23Mb/s，266d9h45

9、m55.5s导航电文D码：50bit/s，一主帧30s，包含： 卫星轨道参数 卫星时钟改正 电离层延迟改正等地面监控部分主控站：科罗拉多斯平士联合空间执行中心监控站：5个 科罗拉多斯平士 *阿森松岛 *狄哥伽西亚 *卡瓦加兰 夏威夷注入站：3个（带*）GPS 的组成及作用用户部分1. 空间星座部分空间星座部分你的位置是你的位置是:37o 23.323 N122o 02.162 W目目 录录测量定位的目的卫星定位的原理和方法GPS 的组成及其功能公司不同精度的GPS产品现有的其他卫星导航定位系统简介之6060系列系列7 7系列系列eTrexeTrex系列系列米级GPS亚米级GPS之Mobile

10、MapperMobile Mapper CEE718分米级GPS厘米级GPS(RTK)实时动态载波相位差分毫米级静态测量 在接收机固定的情况下,连续观测30-60分钟把数据进行后处理VRS 连续参考站系统数据中心M Mo od de em mM Mo od de em mM Mo od de em mM Mo od de em mM Mo od de em mM Mo od de em m光光纤纤网网D DD DN N数数据据分分流流器器仁仁寿寿郫郫县县中中江江邛邛崃崃雅雅安安成成都都G GP PS S中中心心基准站图片虚拟参考站方式图解虚拟参考站方式图解 GPS GPS的应用的应用GPS在农

11、业中的应用GPS在林业中的应用GPS在工程测量中的应用GPS在航空摄影测量学中的应用GPS在气象中的应用GPS在环境保护中的应用GPS在卫生领域中的应用GPS在电力中的应用GPS在军事中的应用 只有想不到没有做不到.目目 录录测量定位的目的卫星定位的原理和方法GPS 的组成及其功能公司不同精度的GPS产品现有的其他卫星导航定位系统简介1982年10月开始发射卫星，1996年建成投入使用。俄罗斯全球导航定位卫星系统俄罗斯全球导航定位卫星系统 GLONASS GLONASSGLONASS卫星定位系统拥有工作卫星21颗，分布在 3个轨道平面上，同时有 3 颗备份星。每颗卫星都在1.91万公里高的轨道

12、上运行，周期为11小时15分。因受俄罗斯经济的影响，GLONASS卫星星座一直处于降效运行状态，目前在轨的卫星有16颗，但只有11颗卫星能够正常工作。GLONASS的精度要比GPS系统的精度低。为此，俄罗斯正在着手对 GLONASS 进行现代化改造。 2004年12月26日莫斯科时间下午4点52分，俄罗斯航天兵部队在哈萨克斯坦境内拜科努尔航天发射场使用质子-K火箭成功发射3颗GLONASS导航卫星。在这次发射的卫星当中有一颗最新型的GLONASS-M卫星，该种卫星不仅具有更长的在轨寿命（7年），而且在L2上具备第二民用码的功能，这将使系统单点定位精度提升到1米。目前，加上新发射的3颗卫星，整个

13、GLONASS星座共有16颗卫星在运行。GNSS系统是由欧洲安全航行局、欧盟和欧空局三个机构联合研制的，主要任务是开发欧洲自主的全球导航卫星系统。欧洲GNSS分两期来实施。第一期工程（GNSS-1)是 GPS + GLONASS 的星基增强系统。这项工程计划在2008年实现全运作能力。第二期工程 GNSS-2，又称“伽利略”计划。欧洲的全球定位系统欧洲的全球定位系统 - Galileo- Galileo其总体目标为：其总体目标为：1）提供全球覆盖的定位和时间服务；2）提供与位置有关的通信服务；3）面向全方位民用市场的开放性服务；4）保证国家安全、社会安全提供有关应用；5）与GPS 和 GLON

14、ASS 相容。 1999年，欧洲提出“伽利略计划”，准备构建“伽利略”卫星导航定位系统。2003年3月“伽利略”导航定位系统计划正式启动。该系统由两个地面控制中心和 30 颗轨道高度为23616公里的卫星组成，其中3 颗为备用卫星。按照计划，该系统将于2008年投入商业运行。“伽利略”系统可与目前的GPS 和 GLONASS 兼容，但更安全、更准确、更商业化。到时可能有更多的客户转向“伽利略”系统。中国的中国的“北斗北斗”定位系统定位系统“北斗一号”系统是我国自行研制和建立的一种区域卫星导航定位通信系统，又称“双星定位”系统或“北斗一号”系统。主要是利用两颗地球同步卫星来测量地球表面和空中的各

15、种用户的位置，并同时兼有双向报文通信和授时的功能。该系统集测量技术、定位技术、数字通信和扩频技术为一体，是一种全天候的覆盖我国及周边国家和地区的区域性卫星导航、定位、通信系统。随着2003年5月25日“北斗一号”系统的第3颗卫星成功发射升空，“北斗一号”系统已经开始全面为各种用户提供稳定和可靠的应用。“北斗”系统是一个由我国自主建设的全球卫星定位通信系统，它填补了我国没有自主导航系统的空白，目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。中国自行研制生产的北斗一号卫星导航定位系统，不仅具备了上述能力，而且在定位性能上还有所创新。北斗一号采用双星有源定位体制，由两颗工作卫星和一颗备份卫

16、星组成，可以全天候、全天时提供区域卫星导航信息。这将极大提高中国国防建设的实力。系统工作原理北斗导航定位系统由 2 颗经度上相距60度的静止卫星对用户双向测距，由1个配有电子高程图的地面中心站定位，几十个分布于全国的参考标校站和大量用户机组成。它的定位原理是：以两颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成两个球面，用户机必然位于这两个球面交线的圆弧上。电子高程地图提供的是1个以地心为球心，以球心至地球表面各个目标高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点即可获得用户位置的经纬度。 北斗导航定位系统工作时，中心站的天线1定时经卫星1向用户询问是否需要定位服务。用户机平时只处于光收听不发信息的状态。一旦需要定位服务，用户机的应答信号将分别经过卫星1、卫星2传回地面中心站。中心站根据所测得的信号往返时间，可计算出中心站分别到两颗卫星再到用户机的距离。由于卫星的位置是已知的，所以可利用这两个距离测量数据进一步推算用户的位置。最后，