GPS基础知识培训ppt课件

1、GPS根底知识 北京合众思壮责任 长沙办事处 左文君 目 录第一节 GPS系统的开展过程及系统组成第二节 GPS的测距原理及实现第三节 GPS的现代化 第一节 GPS系统的开展过程及 系统组成 什么是GPSGPS: NAVSTAR GPS-Navigation System with Time and Ranging Global Positioning System 导航授时测距全球定位系统。 是一个基于卫星的无线电导航定位系统，为有适当仪器的用户提供精细的三维坐标，导航与时间信息。 1.1.GPS系统的开展过程 GPS系统由美国从1973年开场研制，起初完全是一个军用导航系统，从1983年

2、开场用于处理大地丈量问题。系统的最终构成在1993/1994年间完成。1.2.GPS系统的组成GPS系统由三部分组成： 空间部分-自动式任务卫星； 控制部分-一个主控站，三个注入站，五个监 测站组成 用户部分-不同类型的接纳机和相关设备及软件等。 空间部分： 由24颗卫星加N颗自动式备用卫星组成。卫星分布在轨道倾角为55度的六个近似圆形的轨道面上。轨道运转的周期为准确的11小时58分恒星时。 最终的卫星分布能保证在地球上任何一个地方任何时间至少可以同时看到4颗卫星。 控制部分： 包括一个主控站，三个注入站，五个监测站组成。它们的作用在于：延续的监 测与控制卫星系统；确定GPS系统时间；预告卫星

3、星历与卫星钟形状；周期性的更新每颗卫星上的导航电文。 用户部分： 各种类型的用户接纳机和相关设备等。其作用是捕获卫星信号，并对接纳到的卫星信号进展变换、放大和处置，丈量出卫星信号从卫星到接纳机天线的传播时间，解译出卫星所发送的导航电文，实时地解算出丈量点的三维坐标、速度和时间。 1.3.GPS信号 GPS信号： GPS信号卫星向宽广用户发送的用于导航定位的已调波，其载波处于L波段。 L1载波：1575.42MHZ , 波长为9.03cm L2载波：1227.60MHZ , 波长为24.42cm 其中L1载波携带伪码(C/A码)、P码Y码和导航信息, L2主要携带P码Y码。而导航信息也被称为广播

4、星历, 包含GPS卫星的轨道参数、卫星钟矫正数和其它系统参数。1.4.GPS定位 定位根本原理： 以用户至4颗卫星的伪距的观测值，在适当的参考坐标系中根据知的卫星坐标确定用户天线的坐标。定位方程GPS系统目的卫星颗数： 24+7轨道面数： 6轨道倾角： 55轨道高度： 20,183公里运转周期： 11小时58分载波频率： L1:1575.42 Mhz, L2:1224.60 Mhz传输方式： 码分多址调制码： C/A, P第二节 GPS的测距原理及实现2.1 GPS 定位步骤 要解算用户的三维坐标位置，必需有假设干个知参考点 要解算出用户到参考点的基线结果，必需解空间三角形 要解三角形，必需丈

5、量用户接纳机到卫星的间隔 要丈量间隔，必需丈量卫星信号到用户接纳机的传输时间 用丈量卫星信号的传输时间，需求运用“码相位技术 要得到准确结果，还要消除信号在传输途径上的误差丈量用户接纳机到卫星的间隔卫星离地球的平均间隔为 20200 公里；如何实现准确、快速测距 ?丈量卫星信号到用户接纳机的传输时间 判别闪电离我们有多远 判别绽放的礼花离我们有多远我们得到的启示：经过丈量时间延迟来计算间隔生活中的测距实例：我们举例阐明如何丈量两个人之间的间隔运用“同步技术，利用声波来丈量两个人之间的间隔。同步声波特点：频率一样，构造一致初始形状经过参与1/4拍延时经过参与 (1/4 + 1/8) 拍延时红色信

6、号部分是经过“等待了 (1/4 + 1/8) 拍来得到和绿色信号同步的，即二者的时延就是 (1/4 + 1/8) 拍。从倾听者的角度来说，当两首歌曲听起来觉得没有一前一后的效果时，就可以以为两首歌曲曾经到达同步效果了，是同时到达倾听者的耳朵里。这个效果是由红色信号部分人为地加上延时呵斥的。倾听者经过测定红色信号的延时值，可以得到两点间的间隔。间隔 = t 声速 2.2 误差来源： 单一伪距丈量误差； 卫星几何图形构造。单一伪距丈量误差： 1、与GPS卫星有关的误差 卫星星历误差；卫星钟误差 2、与信号传播途径有关的误差 电离层衰减、畸变；对流层时移；多径 效应 3、与接纳机有关的误差 接纳机钟

7、误差；模型算法误差。卫星几何图形构造： 在GPS定位中，常采用几何误差放大因子来表示几何图形强度。 RDOP：相对定位几何精度因子，取决于定位星座的几何构造 GDOP：几何精度因子，描画空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子 GPS定位时的误差可以用总的等效间隔误差和几何误差放大因子GDOP的乘积来表示。消除、减弱上述误差影响的方法有以下几种： 1、建立误差矫正模型 2、求差法差分 3、选择较好的硬件和较好的观测条件 4、是设法加强几何强度，减小DOP值。差分定位 在丈量上，由于导航方式的定位精度太低，因此，我们主要利用差分定位的方式进展丈量，引入差分的目的就是为了消除GPS丈量中的系统误差

8、。 根据对误差的分析，我们可以知道，在一定间隔范围内的两个观测站同时进展单点定位时，系统误差对两个观测站的影响大体上一样。因此，差分的根本原理是同时运用两台或两台以上的GPS接纳机进展丈量，通常一台接纳机固定不动，架设在知点上作为基准站Base Station，另一台作为游动站Rover Station，以固定静态的方式或流动动态的方式放置在待测点上。 基准站与游动站同时观测一样的卫星，基准站利用接纳到的卫星信号进展单点定位解算，然后用解算结果与知点坐标进展比较，从而获得误差的矫正值，再利用无线数据链路或后处置软件将矫正值传给游动站，流动站将该数据与本身观测到的数据进展差分解算，从而得到流动站

9、与基准站之间的具有较高精度的相对位置。 第三节 GPS的现代化 3、GPS的现代化1) 在L1和L2上加发新的军用M码；2) 在L2上加发民用的 L2C 码；3) 添加第三民用频率L5 (1176.45MHZ)；4) 加强抗干扰才干，其中包括提高信号的强度；5) 采用军民信号分别技术。3.2 当前卫星导航定位技术WAAS系统 - 广域差分系统，又称地基系统该系统是在“差分定位根底上开展起来的，但它不是简单播发“伪距差分信息，而是播发： 各GPS卫星的星历矫正 各GPS卫星的钟差矫正 控制区内假设干网点的电离层延迟矫正参数该系统是：(1) 在全球或地域内布设假设干个基准站；(2) 各基准站延续跟

10、踪观测视野内的GPS卫星；(3) 将观测数据传送给地面中心站； 中心站延续进展数据处置，计算出以上各差分矫正， 然后将差分矫正参数经过网络系统或通讯卫星进展 广播；(6) GPS接纳机在观测卫星的同时接纳广域差分矫正参数， 进展定位解算。其码定位精度可达：程度位置12M ，高程精度可达 2 3 M。WAAS 表示图 目前各主要国家和地域都已建立或正在建立 WAAS 系统，如美国、欧洲、日本等。中国也已由总参测绘局建立了WAAS系统，并于今年开场运转，其定位精度为 5.00 米。CROS系统 - 延续运转站网系统该系统是一个高精度定位系统，是在 RTK 根底上开展起来的。其根本原理是： 在全球或

11、区域内，布设密集的基准站网 各基准站设置高精度双频接纳机，24小时延续运转，观测 载波相位和伪距 经过网络，向各用户提供延续运转观测站观测的载波、相 位和码距；也可以提供IGS精细卫星星历和预告星历； 用户选择相邻的三个CORS基准站的观测数据，进展准实 时或后处置 该系统的定位精度可达：程度1.0cm, 高程3.7cm 该系统还可以提供大地高转换成正高的参数，以进展高程 转换。我国也预备建立由300多个延续运转基准点组成的CORS系统。现已由国家地震局、总参测绘局、国家测绘局组成的班子进展论证谋划。星基定位系统该系统也是由RTK开展起来。其特点是：(1) 经过通讯卫星Inmarsat广播差分

12、矫正参数；(2) 其定位精度为15cm 30cm该系统的根本组成和功能为：1) 基准站：在全球建立几十个5070延续运转基准站，设置高精度双频接纳机进展延续观测。2) 中心站2个一切基准站的观测数据，实时经过 Inmarsat 卫星传送给中心站，中心站根据各观测站的数据，进展实时计算和预推。计算GPS卫星的精细星历和星历矫正数、卫星钟差矫正数。 3) 差分矫正参数的广播差分矫正参数经过 Inmarsat 卫星向全球广播。其广播的差分矫正参数为： 卫星轨道矫正数 卫星钟差矫正参数4) 用户站用户站必需配有双频GPS接纳机，既可进展载波相位观测，伪距观测；又可接纳差分矫正数。5) 用户定位解算 用

13、卫星轨道矫正参数，求得精细星历坐标和速度 用卫星钟钟差矫正数，求得准确时间 用双频观测数据，计算电离层延迟矫正 用模型计算对流层延迟矫正目前国际上，有几家公司推出上述产品，如： NAVCOM 公司 OmniSTAR 公司 SeaSTAR 系统 Skyfix 系统 NASA 的 GDGPS 系统定位解算方法观测数据经以上修正后，用L1载波相位值进展准确定位，其定位精度可到15厘米。由于采用以上方法，所以开场观测后，要经过一段初始化时间，才干稳定到达以上精度。除了以上几个外，在以下几个方面也值得我们关注。 1) 新型接纳机的研制据悉有的公司已开场研制跟踪观测L1 C/A和L2 C码的接纳机，可以进展双频载波相位和伪码间隔观测，这样就可以有效地消除电离层延迟和多途径效应的影响，大大地提高定位精度。听说其最好定位精度可以到达1.0毫米，这样其用途就可极大地扩展。2) 干扰和抗干扰的研讨目前，GPS信号较易遭到无线电信号的干扰。如1