GPS基础知识精编.pptx

1、GPS卫星导航定位系统的认识1什么是GPS导航定位系统 GPS全球卫星定位导航系统(Global Positioning System-GPS)是美国从本世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，历时20年，耗资200亿美元，前后共发射35颗卫星，目前仍在轨道上正常工作的有25颗卫星，其中1颗为实验卫星，24颗为工作卫星。它具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。 2一、GPS导航定位系统的组成 GPS由三大部分组成:1、空间部分2、地面监控部分3、用户设备（接收机）部分。 3空间部分：卫星星座：由天空的24颗卫星构成。4美国用来控制卫星的运行。 地面监控

2、部分： 5用户设备部分（接收机）： 用户接收GPS卫星的信号的设备。 美国天宝GPS接收机 国产苏一光SGS328 SGS8286二GPS的工作原理，以及这个原理的必要条件。GPS的工作原理是：后方交会原理“后方交会”意思是从一个未知点上分别观测几个已知点，然后根据测量出的几个距离计算出未知点坐标的测量方法。71、 首先需要知道卫星的确切位置，卫星轨道位置通过地面控制站监测出来后，以星历的形式发给GPS卫星，在由GPS卫星发送给接收机。82 、其次需要知道GPS卫星到地面GPS接收机的距离。由GPS卫星以无线电广播的形式发出伪距码，接收机收通过接受到的伪距码计算出信号由从发射到接收的时间差。时

3、间差和光速的乘积就是接收机到卫星距离。93、通过对接收机得到3颗以上的卫星的位置和距离信息后，进行后方交会计算，得到接收机的定位位置。（第四颗卫星用于修正时间精度）10三GPS定位中主要的误差来源，以及降低误差的方式。主要误差来源分为：时间计算的误差，传播途径的误差，政策导致编码本身的误差111 消除时间的误差是：通过GPS卫星的原子钟技术将时间计算到非常高的精度，并通过接收机接收第4颗卫星的冗余观测量改正了接收机因为时钟不准带来的时间误差。原子钟是利用放射性元素的原子运行周期非常稳定的特性制作出的时钟，我国通过与多个国家进行科技合作，成功研发出铯原子喷泉钟，使我国时间频率基准的精度从30万年

4、不差1秒提高到600万年不差1秒，而世界上目前最先进的原子钟已经提高到1亿年误差1秒的精度，未来将研制出来的光学原子钟更是预期能达到1000亿年误差1秒的超高精度。 铯原子钟 铷原子钟 122 消除传播途径中带来的误差主要有：通过双频误差改正的方式将光在不同状态的大气层中传播速度变化修正，通过接收机算法消除多路径效应误差。不同状态的大气层导致光传播速度误差。复杂的地面构造物导致传播信号多次反射带来多路径效应133 美国的SA政策将卫星定位编码精度限制在单点定位精度100米，这个政策已经在2000年被美国总统克林顿取消。目前的单点定位精度在5米。14四、差分GPS的定位的原理，以及单个GPS与差

5、分GPS的精度对比 1、差分GPS是指多台接收机在一个范围不大的区域内同时接收卫星信号，由于这些接收机相距不远，所以这些设备都能通过对相同的几颗卫星的同步观测定位，且处于相似的大气条件下，这样我们将这几台接收机的误差视为完全相同。152、由于这些接收机的误差被视为等同，所以他们的相对位置通过计算相对可靠，如果有偏移误差，那么这些接收机就偏移相同的方向和距离，如果旋转，那么他们就都围绕同一个远点旋转相同的角度，不论怎么偏差，他们之间的相对位置关系非常可靠。163 、将这些接收机中的一台或者多台架设在已知点上作为固定点，那么其他的接收机的相对固定点位置和已知点的坐标位置进行差分计算后就能得到相对精

6、确的定位位置，这样其他的接收机就通过差分定位得到了高精度的坐标位置。定位精度: 单点定位GPS（5米） DGPS（0.45米） RTK（1厘米）17五、更先进的广域差分技术 即使数据链的作用距离可以无限远，受到差分原理的约束，流动站离基准站越远，改正的效果越差，流动站也不能离基准站太远，否则大气条件和共同可视卫星将会有很大的不同，差分将失效。在一个大范围内得到稳定的改正数呢？人们发展了许多技术，在这里我们说两种，一种是“基于卫星的增强系统（SBAS）”，一种是“虚拟基准站（VRS）”。 18 1、 基于卫星的增强系统 Satellite-Based Augmentation System (S

7、BAS)。 这种系统一般由针对某个区域的静地卫星组成，这些卫星对GPS作补充，提高了GPS的精度和可靠性。目前有多个这种系统存在，比如：广域增强系(WAAS), 欧洲静地卫星导航重叠系统 (EGNOS), 日本的MSAS卫星增强系统 (MSAS)，中国的北斗系统。因为这类技术对定位精度提高有限（单点精度从5米提高到1米），但是不需要架设差分基准站，使得这种技术往往应用与导航型GPS的精度提高，常用于飞行器导航，野外考察导航。 支持SBAS的天宝手持GIS设备 支持SBAS的麦哲伦手持GIS设备 19 2、 VRS（VirtualReferenceStation 虚拟参考站）。 由于单独一个基站

8、的种种不便（区域小、精度随着与基站距离的增加而降低等），人们设想，为什么不能建立多个基站，并且这些基站长年不间断运行，随时提供差分信息呢？于是“CORS”这种系统就出现了。 CORS(Continuous Operational Reference System连续运行卫星定位服务系统)，是建立于现代卫星技术、计算机网络技术、网络化实时定位服务技术、现代移动通信技术基础之上的大型城市定位与导航综合服务网络，是城市“空间数据基础设施”的最为重要的组成部分，也是数字城市多种空间数据采集的基准参考框架，是现代化城市获取和采集各类空间信息的位置、时间和与此相关的动态变化的一种基础设施。20 VRS就是在CORS系统的基础上，依靠数据处理中心的软件将各个CORS基站的卫星数据和气象数据提前综合运算，当流动站需要差分数据时，先将自己单点定位的坐标通过手机网络发送给数据处理中心的服务器并请求差分数据，数据处理中心计算出流动站附近的卫星数据和气象改正后将这个虚拟数据发送给流动站，就好像该流动站附近架设了一个基准站一样，其定位精度仍然能够达到RTK的1厘米精度。 21六GNSS是什么意思？为什么GNSS正逐渐取代GPS这种称呼？ GNSS是Glob