GPS全球卫星定位系统课件

全球卫星定位系统GPS全球卫星定位系统GPS目录目录根底技术研究阶段〔1938-1973〕根底技术研究1954-1956扎奇里亚斯与松下公司制作出第一个自足式便携原子钟1957麻省理工学院开始研究卫星跟踪工程1961航空公司开始了GPS系统的开展工作，用于满足军事需要1958年美国开始研制卫星定位系统〔子午仪系统〕〔Transit〕根底技术研究阶段〔1938-1973〕根底技术研究1954-方案实施开展阶段〔1973-1993〕

GPS实施方案共分三个阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验说明，GPS定位精度远远超过设计标准。第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，说明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即〔21+3〕GPS星座已经建成方案实施开展阶段〔1973-1993〕

GPS实施方案共分三技术开展成熟阶段〔1994-2021〕

1994年美国全面建成具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统2021年1月17国北斗卫星导航定位系统启动1995年俄罗斯全球导航星系统〔GLONASS〕组网成功并投入运营技术开展成熟阶段〔1994-2021〕

1994年2021国内GPS民用方面开展1/6陆地运输海洋运输建筑采矿农业电力系统民用航空通信医疗应用测绘科研家电主要民用范围国内GPS民用方面开展1/6陆地运输海洋运输建筑采矿农业电纸质地图SayGoodbye2006年廉价PND方案发布，各大硬件厂商的生产本钱得到了更好的控制，PND的价格由原来的天价慢慢走下神坛，给了普通消费者选择的时机，增加了GPS的普及速度。全覆盖地图的发布从根本上解决了GPS行业开展的一大瓶颈，解决了GPS普及上的难题。国内GPS民用方面开展2/6纸质地图SayGoodbye2006年廉价PND方2007年GPS井喷式开展，移动导航在非智能上的应用使产业的开展速度成几何级增长。截止至07年底，市场上出现的GPS品牌多达千余，除了诺基亚、摩托罗拉这样的巨头和专注与此产业的GARMIN任我游、新科等知名品牌外，其他小作坊品牌更是多如牛毛。国内GPS民用方面开展3/6GPS市场品牌、产品鱼龙混杂2007年GPS井喷式开展，移动导航在非智能国内GPS民用方面开展4/62021年GPS市场的复合增长率到达34.3％，其中GPS成为增长速度最快的局部消费人群也由高端车主逐渐延伸到中低端，这主要得益于消费者对于GPS带来方便的认知度越来越高，同时一些大品牌主流机型的价格下调也成为销量增长的主要推动力。TD-SCDMA--3G标准试运行

国内GPS民用方面开展4/62021年GPS产品定位不再局限于导航功能，除了具备卫星同步精确定位、最正确路径搜索、同步语音导航、生活资讯查询等功能和城市地图精准导航之外，还会集移动电视、视频播放和电子相册等娱乐功能，并融入了蓝牙免提、倒车后视、TMC、电子狗、WIFI等实用功能于一身。国内GPS民用方面开展5/6功能更加多样，产品更加实用GPS产品定位不再局限于导航功能，除了具备卫星同步——挑战与机遇并存。

2021年GPS市场来说，一直处在一种“半沉睡〞的状态，与前两年所出现的“井喷〞现象擦肩而过。低价扰市和盗版地图横行成为阻碍GPS市场正常开展的隐患。2021年，包括燃油税改革，汽车产业调整和振兴规划、购置税减半、汽车下乡、汽车报废补贴、汽车以旧换新等一系列鼓励汽车消费利好政策的密集出台，带动上半年汽车销量增长。GPS地图数据开展迅猛，硬件逐步提高，扩展功能更加多元化。

国内GPS民用方面开展6/6——挑战与机遇并存。国内GPS民用方面开展6/6GPS根底概念坐标系统时间系统GPS卫星星历导航电文和卫星信号GPS接收机的类型与工作原理GPS根底概念坐标系统GPS坐标系统

坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的.在GPS定位中，通常采用两类坐标系统：一类是在空间固定的坐标系，另一类是与地球体相固联的坐标系统. 坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系. 为了确定用户接收机的位置，GPS卫星的瞬时位置通常应化算到统一的地球坐标系统.GPS坐标系统 坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度GPS时间系统

在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。 为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由GPS主控站的原子钟控制。 GPS时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST与IAT在任一瞬间均有一常量偏差。IAT-GPST=19s，GPS时与协调时的时刻，规定在1980年1月6日0时一致，随着时间的积累，两者的差异将表现为秒的整数倍GPS时间系统

在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确GPS时间系统 在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：GPS卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求GPS卫星的位置误差小于1cm，那么相应的时刻误差应小于2.610-6s。准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。假设要距离误差小于1cm，那么信号传播时间的测定误差应小于310-11sGPS时间系统 在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：GPS卫星轨道 卫星轨道在GPS定位中的意义: 卫星在空间运行的轨迹称为轨道，描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数。 1.卫星作为位置的高空观测目标，在进行绝对定位时，卫星轨道误差将直接影响用户接收机位置的精度； 2.在相对定位时，当基线较长或精度要求较高时，轨道误差影响不可忽略。 3.为了制订GPS测量的观测方案和便于捕获卫星发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数。GPS卫星轨道 卫星轨道在GPS定位中的意义:GPS卫星星历

卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。 根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度，GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。外推的星历实时提供精度不高计算后所得星历事后提供精度较高，达分米GPS卫星星历

卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组GPS卫星信号

关于GPS卫星信号 GPS卫星所发射信号包括载波信号、P码〔或Y码〕、C/A码和数据码〔或D码〕等多种信号分量，而其中P码和C/A码统称为测距码。 GPS卫星信号的产生、构成和复制等，都涉及到现代数字通信理论和技术方面的复杂问题。GPS卫星信号

关于GPS卫星信号GPS卫星信号的测距码

码的概念 在现代数字通信中，广泛使用二进制数〔0和1〕及其组合，来表示各种信息。表达不同信息的二进制数及其组合，称为码。一位二进制数叫一个码元或一比特。比特为码和信息量的度量单位。 如果将各种信息例如声音、图象和文字等通过量化，并按某种预定规那么，表示成二进制数的组合形式，那么这一过程称为编码。 在二进制数字化信息的传输中，每秒传输的比特数称为数码率，表示数字化信息的传输速度，单位为bit/s。GPS卫星信号的测距码

码的概念GPS卫星信号的测距码

随机噪声码 既然码是用以表达各种信息的二进制数的组合，是一组二进制的数码序列，那么这一序列就可以表达成以0和1为幅度的时间函数。 假设一组码序列u(t)，对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，但出现的概率均为1/2。这种码元幅度的取值完全无规律的码序列，称为随机码序列〔或随机噪声码序列〕。它是一种非周期性序列，无法复制，但其自相关性好。而相关性的好坏，对提高利用GPS卫星码信号测距精度，极其重要。GPS卫星信号的测距码

随机噪声码GPS卫星信号的测距码

伪随机噪声码 尽管随机码具有良好的自相关性，但却是一种非周期序列，不服从任何编码规那么，实际中无法复制和利用。 GPS采用了一种伪随机噪声码〔PseudoRandomNoice——PRN〕简称伪随机码或伪码。它的特点是：具有随机码的良好自相关性，又具有某种确定的编码规那么，是周期性的，容易复制。GPS卫星信号的测距码

伪随机噪声码GPS卫星信号的测距码

C/A码 C/A码：用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。它是由两个10级反响移位存放器组合而产生。 C/A码的码元宽度大，假设两序列的码元对齐误差为为码元宽度的1/10~1/100，那么相应的测距误差为29.3~2.93m。由于精度低，又称粗码。GPS卫星信号的测距码

C/A码GPS卫星信号的测距码

P码 P码是卫星的精测码，码率为10.23MHZ，产生的原理与C/A码相似，但更复杂。发生电路采用的是两组各由12级反响移位存放器构成。 P码的周期长，267天重复一次。P码的捕获一般是先捕获C/A码，再根据导航电文信息，捕获P码。由于P码的码元宽度为C/A码的1/10，假设取码元对齐精度仍为码元宽度的1/100，那么相应的距离误差为0.29m，仅为C/A码的1/10，故P码称为精码。 P码是专为军用！GPS卫星信号的测距码

P码GPS卫星导航电文

GPS卫星的导航电文，是用户用来定位和导航的数据根底。 导航电文包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息。导航电文又称为数据码〔或D码〕。 导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。每帧电文含有1500比特，播送速度50bit/s，每帧播送时间30s。GPS卫星导航电文

GPS卫星的导航电文，是用户用来定GPS卫星导航电文

导航电文的格式：123451234567891030s6s0.02s0.6s子帧4、5各含25页一个子帧一个字码一个主帧一个页面GPS卫星导航电文

导航电文的格式：12345123456GPS卫星导航电文

一帧导航电文的内容TLWHOW数据块—1时钟修正参数TLWHOW数据块—2星历表TLWHOW数据块—2星历表继续TLWHOW数据块—3卫星历书等TLWHOW数据块—3卫星历书等子帧1一个子帧6s长，10个字，每字30比特1帧30s1500比特子帧3子帧4子帧5子帧2GPS卫星导航电文

一帧导航电文的内容TLWHOW数据块—GPS卫星信号的载波和调制

GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。信号分量的产生都是在同一个根本频率f0=10.23MHz的控制下产生，GPS卫星信号示意图如下根本频率10.23MHzL1载波1575.42MHzL2载波1227.60MHzC/A码1.023MHzP码10.23MHzP码10.23MHz数据码50BPS数据码50BPS15412010204600GPS卫星信号的载波和调制

GPS卫星信号包含三种信号GPS卫星信号的载波和调制

卫星取L波段的两种不同电磁波频率为载波: L1载波频率为1575.42MHz，波长为19.03cm；L2载波频率为1227.60MHz，波长为24.42cm。 L1载波上，调制有C/A码、P码〔或Y码〕和数据码；L2载波上，只调制有P码〔或Y码〕和数据码。 GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上，且调制码的幅值只取0或1。如果码值取0，那么对应的码状态取+1；而码值取1时，对应码状态为-1，载波和相应的码状态相乘后，即实现了载波的调制。GPS卫星信号的载波和调制

卫星取L波段的两种不同电磁GPS卫星信号的解调

为进行载波相位测量，当用户接收到卫星发播的信号后，可通过以下两种解调技术来恢复载波相位。 〔1〕复制码与卫星信号相乘：由于调制码的码值是用1的码状态来表示的，当把接收的卫星码信号与用户接收机产生的复制码，在两码同步的条件下相乘，即可去掉卫星信号中的测距码而恢复原来的载波。 〔2〕平方解调技术：将接收的卫星信号进行平方，由于处于+1状态的调制码经过平方后均为+1，而+1对载波相位不产生影响。故卫星信号平方后，可到达解调目的。GPS卫星信号的解调

为进行载波相位测量，当用户接收到GPS接收机

天线前置放大器信号处理器微处理器导航计算机震荡器用户信息传输数据存储器外部传输电源GPS用户设备主要包括GPS接收机及其天线、微处理机及其终端设备和电源等。接收机和天线是核心局部，习惯上统称为GPS接收机。主要功能是接收GPS卫星发射信号，并进行处理，获取导航电文和必要的观测量。GPS接收机

天线前置放大器信号处理器微处理器震荡器用GPS接收机工作原理 当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件，而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户设备。GPS接收机工作原理 当GPS卫星在用户视界升起时，接收机GPS内涵GPS简史GPS的主要目的GPS构成GPS原理GPS内涵GPS简史GPS简史GPS是GlobalPositioningSystem〔全球定位系统〕的简称，中文简称为“球位系〞。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。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，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GPS简史GPS是GlobalPositioningSGPS的主要目的 为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航效劳，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。GPS的主要目的 为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和GPS构成〔1/3〕 1.空间局部GPS的空间局部是由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3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,并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。GPS构成〔1/3〕 1.空间局部GPS构成〔2/3〕

2.地面控制系统地面控制系统由监测站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天线(GroundAntenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。

GPS构成〔2/3〕 2.地面控制系统GPS构成〔3/3〕 3.用户设备局部用户设备局部即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，就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局部。GPS构成〔3/3〕 3.用户设备局部GPS原理1/3 GPS导航系统的根本原理是测量出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。要到达这一目的，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那么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原理1/3 GPS导航系统的根本原理是测量出位置的GPS原理2/3 可见GPS导航系统卫星局部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，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt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原理2/3GPS原理3/3GPS原理3/3GPS种类

——按接受机用途分1/41.导航型接收机此类型主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低(±10m)，有SA影响时为±100m。价格廉价，应用广泛。根据应用领域不同，还可以进一步分为：车载型——用于车辆导航定位；航海型——用于船舶导航定位；航空型——用于飞机导航定位。要求适应高速运动星载型——用于卫星的导航定位。要求更高。

GPS种类

——按接受机用途分1/41.导航型接收机GPS种类

——按接受机用途分2/42.

测地型接收机测地型接收机主要用于精密大地测量和工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。GPS种类

——按接受机用途分2/42.测地型接收机GPS种类

——按接受机用途分3/43.授时型接收机

这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

GPS种类

——按接受机用途分3/43.授时型接收机GPS种类

——按接受机用途分4/44.车载GPS 当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候，称为车载GPS,但光有定位还不行，还要把这个定位信息传到报警中心或者车载GPS持有人那里，我们称为第三方。所以GPS定位系统中还包含了GSM网络通讯〔通讯〕，通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方。通过微机解读短信电文，在电子地图上显示车辆位置。这样就实现了车载GPS定位。

GPS种类

——按接受机用途分4/44.车载GPSGPS种类

——按接收机的载波频率分类>单频接收机单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线〔<15km〕的精密定位。>双频接收机双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。

GPS种类

——按接收机的载波频率分类>单频接收机GPS种类

——按接收机通道数分类 GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了别离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：多通道接收机序贯穿道接收机多路多用通道接收机

GPS种类

——按接收机通道数分类 GPS接收机能同时GPS种类

——按接收机工作原理分类1/2码相关型接收机

码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。平方型接收机 平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。GPS种类

——按接收机工作原理分类1/2码相关型接收GPS种类

——按接收机工作原理分类2/2混合型接收机这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。干预型接收机这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干预测量方法，测定两个测站间距离。

GPS种类

——按接收机工作原理分类2/2混合型接收机GPS全球定位系统原理GPS定位原理差分GPS测量原理GPS全球定位系统原理GPS定位原理差分GPS测量原理GPS定位原理

GPS绝对定位原理利用GPS进行绝对定位的根本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所在的位置。实质是空间距离前方交会。又称伪距离测量。1、动态绝对定位：当用户接收设备安置在运动的载体上，确定载体瞬时绝对位置的定位方法；2、静态绝对定位：当接收机天线处于静止状态时，来确定观测站绝对坐标的方法。由于伪距有测码伪距和测相伪距之分，所以，绝对定位又可分为测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位。GPS定位原理GPS绝对定位原理利用GPS进行绝对GPS相对定位原理〔差分GPS定位〕1/2静态相对定位：用两台接收机分别安置在基线的两端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上GPS卫星，确定基线两端点在协议地球坐标系中的相对位置。采用载波相位观测量为根本观测量。优点：精度高。缺点：观测时间长。GPS相对定位原理〔差分GPS定位〕1/2静态相对定位：用两

动态相对定位：用两台GPS接收机，将一台接收机安设在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，通过在观测值之间求差，以消除具有相关性的误差，提高定位精度。而运动点位置是通过确定该点相对基准站的相对位置实现的定位方法。

GPS相对定位原理〔差分GPS定位〕2/2动态相对定位：用两台GPS接收机，将一台接收机安设在基准站动态相对定位又分以测距码伪距为观测值的动态相对定位和以载波相位为观测值的动态相对定位。1〕、测码伪距相对动态定位，是由安置在基准点的接收机测量出该点到GPS卫星的伪距，利用卫星星历数据计算出基准站到卫星的距离求差，将差值作为距离改正数传送给用户接收机，用户就得到了一个伪距改正值，可有效地消除或削弱一些公共误差的影响的方法。2〕、载波相位动态相对定位法，是通过将载波相位修正值发送给用户站来改正其载波相位实现定位的，或是通过将基准站采集的载波相位观测值发送给用户站进行求差解算坐标实现定位。其定位精度在小区域范围内(<30km)可达1-2cm，是一种快速且高精度的定位法。动态相对定位分类动态相对定位又分以测距码伪距为观测值的动态相对定位和以载波相静态相对定位的观测方程及其解算

GPS观测误差对两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星具有较强的相关性，因此，一种简单有效消除或减弱误差影响的方法是将这些观测量进行不同的线性组合。在GPS相对定位中，通常采用的组合方式有三种，即单差、双差和三差。静态相对定位的观测方程及其解算GPS观测误差单差观测模型

单差(Single-Different-SD)是指不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。

分析数据处理过程，测站间求单差的模拟观测模型具有以下优点。〔1〕、消除了卫星钟误差的影响。〔2〕、大大削弱了卫星星历误差的影响。〔3〕、大大削弱了对流层折射和电离层折射的影响，在短距离内几乎可以完全消除其影响。单差观测模型

分析数据处理过程，测站间求单差的模拟观测模型具双差(Doppel-Different-DD)即不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差观测量之差。双差模型

三差模型三差(Triple-Different-TD)，即于不同历元，同步观测同一组卫星所得双差观测量之差。双差(Doppel-Different-DD)即不同观测站，三个球面相交理解定位原理 假设某颗卫星在空中的位置为W1，GPS接收机离W1的距离为D1，那么接收机必定在以W1为圆心、以D1为半径的球面上。D1W1三个球面相交理解定位原理D1W1 如果同时接收两颗卫星的信号，那么两个球面相交成一条圆弧，点位被限制在这条曲线上。D1D2W1W2 如果同时接收两颗卫星的信号，那么两个球面相交成一条圆弧， 同理，三个球面相交在一点，即根据3段距离值可确定一点的空间位置〔坐标〕。D1D2D3W3W1W2 同理，三个球面相交在一点，即根据3段距离值可确定一点的差分GPS测量原理差分GPS根据其系统构成的基准站个数可分为单基准差分、多基准的局部区域差分和广域差分。而根据信息的发送方式又可分为伪距差分、相位差分及位置差分等。无论何种差分，其工作原理根本相同。是由用户接收基准站发送的改正数，并对其测量结果进行改正以获得精密定位结果的。它们的区别在于发送改正数的内容不同，其定位精度不同，差分原理也有所不同。差分GPS测量原理差分GPS根据其系统构成的基伪距差分原理

通过在基准站上利用坐标求出测站至卫星的距离，并将其与含有误差的测量距离比较，然后利用一个滤波器将此差值滤波并求出其偏差，并将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距求出自身的坐标。由于差分定位是利用两站公共误差的抵消来提高定位精度，而其误差的公共性与两站距离有关，随着两站距离的增加，其误差公共性逐渐减弱。因此，用户同基准站的距离对定位精度的影响起着决定性作用。伪距差分原理通过在基准站上利用坐标求出测位置差分原理位置差分是一种最简单的差分方法。安置在点基准站上的GPS接收机，经过对4颗或4颗以上的卫星观测，便可实现定位，求出基准站的坐档。由于存在着卫星星历、时钟误差、大气折射等误差的影响，该坐标与坐标(X，Y，Z)不一样，存在误差。

基准站利用数据链将坐标改正数发送给用户站，用户站对其坐标进行改正：位置差分原理位置差分是一种最简单的差分方法

经过坐标改正后的用户坐标已消除了基准站与用户站的共同误差，如卫星星历误差、大气折射误差、卫星钟差、SA政策影响等，提高了定位精度。坐标差分的优点是需要传输的差分改正数较少，计算方法较简单，任何一种GPS接收机均可改装成这种差分系统。其缺点主要为：

(1)要求基准站与用户站必须保持观测同一组卫星，由于基准站与用户站接收机配备不完全相同，且两站观测环境也不完全相同，因此难以保证两站观测同一组卫星，将导致定位误差的不匹配，从而影响定位精度。

(2)坐标差分定位效果不如伪距差分好。经过坐标改正后的用户坐标已消除了基准站与用载波相位差分原理

在测距码差分GPS中，由于码结构及测量中随机噪声误差的限制，难以满足精密定位的要求。而载波相位测量的噪声误差大大小于测距码测量噪声误差，在静态相对定位中已可达10-6-10-8的定位精度。但是，求解整周未知数应进行1-2h的静止观测。因此，限制了载波位测量的应用范围。载波相位差分GPS定位与伪距差分GPS定位原理相类似，其根本原理是：在基准站上安置一台GPS接收机，对卫星进行连续观测，并通过无线电设备实时地将观测数据及测站坐标信息传送给用户站；用户站一方面通过接收机接收GPS卫星信号，同时通过无线电接收设备接收基准站传送信息，根据相对定位原理进行数据处理，实时地以厘米级的精度给出用户站三维坐标。载波相位差分原理在测距码差分GPS中，由单基准站差分GPS(SRDGPS)单基准站差分GPS是根据一个基准站所提供的差分改正信息对用户站进行改正的差分GPS系统。该系统由基准站、无线电数据通迅链、用户站三局部组成。1〕基准站在点(基准站)上配备GPS卫星信号接收机，并应具备计算差分改正和编码功能的软件。2〕无线电数据通风链编码后的差分改正信息是通过无线电通讯设备传送给用户的，将这种无线电通讯设备称为数据通讯链，它由基准站上的信号调制器、无线电发射机和发射天线以及用户站的差分信号接收机和信号解调器组成。3〕用户站用户站GPS接收机，用户站还应有用于接收差分改正数的无数电接收机、信号解调器、计算软件及相应的接口设备等。优点：结构和算法都较为简单单基准站差分GPS(SRDGPS)局部区域差分GPS系统(LADGPS)

在一个较大的区域布设多个基准站，以构成基准站网，位于该区域中的用户根据多个基准站所提供的改正信息经平差计算后求得用户站定位改正数，称局部区域差分GPS系统。改正量方法：(1)各基准站以标准化的格式发射改正信息，而用户接收机接收各基准站的改正量，并取其加权〔用户站与基准站的相对位置来确定〕平均，作为用户站的改正数。要求多倍的通信带宽，效率较低。(2)根据各基准站的分布，预先在网中构成以用户站与基准站的相对位置为函数的改正数的加权平均值模型，并将其统一发送给用户。这种方式不需要增加通信带宽，是一种较为有效的方法。优点：可靠性和精度均有所提高，局部区域差分GPS系统(LADGPS)广域差分GPS系统(WADGPS)

针对单基准差分和区域差分GPS所存在的问题，将观测误差按误差的不同来源划分成星历误差、卫星钟差及大气折射误差来进行改正，以提高差分定位的精度和可靠性。即在一个相当大的区域中用相对较少的基准站组成差分GPS网，各基准站将求得的距离改正数发送给数据处理中心，由数据处理中心统一处理，将各种GPS观测误差源加以区分，然后再传送给用户的差分方法。广域差分GPS系统主要对星历误差、大气延时误差、卫星钟差误差的误差源加以别离，并单独对每一种误差源分别进行“模型化〞。系统主要由主站、监测站、数据通信链和用户设备组成。广域差分GPS系统(WADGPS)广域差分GPS系统特点

(1)主站、监测站与用户站的站间距离从100km增加到200km，定位精度不会出现明显的下降，即定位精度与用户和基准站(监测站)之间的距离无关。(2)在大区域内建立广域差分GPS网比区域GPS网需要的监测站数量少，投资小。例如，在美国大陆的任意地方要到达5米的差分定位精度，使用区域差分GPS方式需要建立500个基准站，而使用广域差分GPS方式的监测站个数将不超过15个，其经济效益可见一斑。(3)广域差分GPS具有较均匀的精度分布，在其覆盖范围内任意地区定位精度大致相当，而且定位精度较区域差分GPS系统高。(4)广域差分GPS的覆盖区域可以扩展到区域差分GPS不易作用的地域，如海洋、沙漠、森林等。(5)广域差分GPS系统使用的硬件设备及通信工具昂贵，软件技术复杂，运行和维持费用较区域差分GPS高得多。广域差分GPS系统特点 经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经开展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。 经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、GPS的应用GPS在交通运输中的应用GPS在公安工作中的应用GPS在军事上的应用GPS在生活上的应用GPS的其他应用GPS的应用GPS在交通运输中的应用GPS在交通运输中的应用1/2GPS在道路工程中的应用主要用于建立各种道路工程网及测定航测外控点等，如沪宁、沪杭告诉公路的上海段就是利用GPS建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密.也应用于特大桥梁的控制测量中，如在江阴长江大桥的建设中，首先用常规方法建立了高精度边角网，然后利用GPS对该网进行检测.GPS在交通运输中的应用1/2GPS在道路工程中的应用GPS在交通运输中的应用2/2车辆跟踪提供出行路线规划和导航信息查询话务指挥紧急援助GPS在汽车导航和交通管理中的应用三维导航：GPS的首要功能，为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。船舶远洋导航和进港引水飞机航路引导和进场降落汽车自主导航地面车辆跟踪和城市智能交通管理GPS在交通运输中的应用2/2车辆跟踪GPS在汽车导航和交GPS在公安工作中的应用 将跟踪定位、报警、监控、指挥调度系统融为一体，形成现代化、动态化的公安通信指挥系统 采用GPS技术装备了定位追踪报警指挥系统和局部巡逻警车，建立警用移动目标卫星定位指挥系统 金融保卫部门中建立了运钞车等运动目标和金库等固定目标的卫星定位跟踪监控系统，提高了处理突发事件的快速反响能力GPS在公安工作中的应用 将跟踪定位、报警、监控、指挥调度GPS在军事上的应用1.GPS在海湾战争中的应用2.GPS应用于B-52、F-163.精确标定战场重点设施的位置4.用于空战指挥和控制5.GPS用于地面部队6.用于扫雷GPS在军事上的应用1.GPS在海湾战争中的应用GPS在生活上的应用教育应用地图坐标网格比例尺方位GPS原理地理实察结合GIS结合RS系统地理区域/世界地理游戏学习小区制图

空间分析

乡土教育

环境教育验证影像判释导航

资料收集与展示地点型学习数据库整合应用导航系统

学习导览系统小区安全

生态调查

历史古迹调查

校园环境调查GLOBE计划

土地覆盖调查辅助地形气候解说多媒体数据库

旅行日志大地寻宝

猎点计划

玉米田迷宫

生活圈制图

旅行图创作GPS在生活上的应用教育应用地图坐标网格比例尺方位GPS地理GPS在生活上的应用个人通讯终端〔与，PDA，电子地图等集成一体〕GPS在生活上的应用个人通讯终端〔与，PDA，电子地图GPS在生活上的应用人身平安系统应用 科技业者研发出GPS智慧鞋(350$，将2"*3"的芯片装置在鞋底，方便追踪穿着鞋子的主人目前的行踪)。GPS在生活上的应用人身平安系统应用GPS的其他应用1/2电力，邮电，通讯等网络的时间同步准确时间的授入准确频率的授入获得气象数据GPS用于救援，紧急救生GPS用于森林防火GPS用于地震预报GPS用于大坝及地面沉降的监测个人旅游及野外探险GPS的其他应用1/2电力，邮电，通讯等网络的时间同步GPS的其他应用2/2各种等级的大地测量，控制测量道路和各种线路放样水下地形测量地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测GIS应用工程机械〔轮胎吊，推土机等〕控制精细农业GPS的其他应用2/2各种等级的大地测量，控制测量GPS在物流信息系统中的作用GPS在物流信息系统中的作用现状1/2 物流作为一个新生产业，其开展速度是惊人的，但是物流信息系统的开展却相对滞后。目前，比较流行的物流管理信息系统有：基于C／S架构的硬盘安装版基于B／S架构的网络版现状1/2 物流作为一个新生产业，其开展速度是惊人的，但现状2/2两种物流信息系统的比较信息系统结构开发语言优点缺点共同点C/S结构VB、VC等C/S架构开发的数据库系统功能完善、系统稳定性高，而且开发进度比较容易控制系统数据库更新过程中不容易做到同步都是一个基于物流管理业务的数据库管理系统，基本模块与功能相似B/S结构Java、C++等很好地解决了数据库频繁更新的问题能够实现的功能目前来说还比较有限，同时对网络条件的依赖度也非常高现状2/2两种物流信息系统的比较信息系统结构开发语言优点利用GPS技术构建完善物流信息系统 对于上述种种缺陷，都可以通过在物流信息系统中引入GPS技术得到解决。GPS在卫星定位、车辆导航方面的应用已比较成熟。从GPS本身的技术体系来说，在车辆定位方面它有着得天独厚的优势。

利用GPS技术构建完善物流信息系统 对于上述种种缺陷，都可建成后的物流信息系统的主要功能车辆定位、实时监督、车辆跟踪功能；GPS导航功能；轨迹回放功能。建成后的物流信息系统的主要功能车辆定位、实时监督、车辆跟踪功车辆定位、实时监督、车辆跟踪功能 GPS技术的应用能够实现实时快速的定位，这对于现代物流的高效率管理来说是非常核心和关键的，将能够方便的实现总部对于车辆运输情况的实时监控，随时了解最新的情况； 结合GIS技术，可以利用网络分析和路径分析等功能，科学快速地预先设定最正确路径，当利用GPS信号反响回来的汽车运行路径偏离原定路线时，就可以发出系统警告，以便决策层针对实际情况快速反响。车辆定位、实时监督、车辆跟踪功能 GPS技术的应用GPS导航功能

GPS在车辆导航方面的技术已经逐渐成熟，主要是结合GIS技术，利用车载GPS接收机获取车辆位置信息，使用车载电子地图进行图上定位等。 在现代物流信息系统中的城市配送子系统中，这种技术有非常高的实用价值，将能很好的解决物流配送效率不高的这一瓶颈。GPS导航功能

GPS在车辆导航方面的技术已经逐渐成熟轨迹回放功能

轨迹回放功能是GIS和GPS相结合的产物，也可以作为车辆跟踪功能的一个重要补充。轨迹回放功能 轨迹回放功能是GIS和GPS相结合的产物，也GPS技术与物流信息系统的结合

将GPS、GIS、WAP与Web集成一体，应用于物流和供给链管理信息技术领域，国内还没有完全成熟。但随着人们的重视和技术的进步，GPS、GIS、WAP和WEB技术必将逐渐结合，进一步构建国内透明物流企业，减少物流黑洞，增强企业核心竞争力。GPS技术与物流信息系统的结合

将GPS、GIS、WAPGPS在物流企业应用的优势

1/3

提升物流企业的信息化程度，使企业日常运作数字化，包括企业拥有的物流设备和客户的货物都能用精确的数字来描述，不仅提高企业运作效率，而且提升企业形象，争取更多的客户。GPS在物流企业应用的优势1/3 提升物流企业的信息化程GPS在物流企业应用的优势

2/3GPS无线通信的结合，使得不同地方的流动运输设备变得透明而且可控。结合物流企业决策模型库的支持，根据实际仓储情况，由GPS获取的实时道路信息，可以计算出最正确物流路径，给运输设备导航，减少运行时间，降低运行费用。对车辆进行实时定位、跟踪、报警、通信,掌握车辆根本信息、对车辆远程管理，防止空载，监控司机行为。客户能通过互联网，了解自己货物在运输过程中的细节情况。GPS在物流企业应用的优势2/3GPS无线通信GPS在物流企业应用的优势3/3 通过对物流运作的协调，促进供给链开展，让物流企业向第三方物流角色转换。 由于物流企业能实时地获取每部车辆的具体位置、载货信息，因而就能用系统的观念运作企业业务，降低空载率，如果为某条供给链效劳，那么能够发挥第三方物流的作用，把整个供给链上的业务操作变得透明，为企业供给链管理打下根底。GPS在物流企业应用的优势3/3 通过对物流运作的协调，GPS对物流产业所起的作用1/41．实时监控功能

在任意时刻通过发出指令查询运输工具所在的地理位置〔经度、纬度、速度等信息〕并在电子地图上直观地显示出来。GPS对物流产业所起的作用1/41．实时监控功能

GPS对物流产业所起的作用2/42．双向通讯功能

GPS的用户可使用GSM的话音功能与司机进行通话或使用安装在运输工具上的移动设备的汉字液晶显示终端进行汉字消息收发对话。驾驶员通过按下相应的效劳、动作键，将该信息反响到GPS，监督员可在GPS工作站的显示屏上确认其工作的正确性，了解并控制整个运输作业的准确性〔发车时间、到货时间，卸货时间、返回时间等等〕。GPS对物流产业所起的作用2/42．双向通讯功能

GPS对物流产业所起的作用3/43．动态调度功能

调度人员能在任意时刻通过调度中心发出文字调度指令，并得到确认信息。可进行运输工具待命方案管理，操作人员通过在途信息的反响，运输工具未返回车队前即做好待命方案，可提前下达运输任务，减少等待时间，加快运输工具周转速度。GPS对物流产业所起的作用3/43．动态调度功能

GPS对物流产业所起的作用4/4

4．数据存储、分析功能

实现路线规划及路线优化，事先规划车辆的运行路线、运行区域，何时应该到达什么地方等，并将该信息记录在数据库中，以备以后查询、分析使用。GPS对物流产业所起的作用4/44．数据存储、分析GPS技术的商业前景总体的GPS商业前景预测GPS导航产品将进入快速开展期二.从四个市场热点来讨论我国的GPS商业前景GPS导航产品市场容量大3G将为PND〔便携式自导航系统〕市场带来更多机遇GPS在物流企业应用的商业前景GPS在水利工程中应用的开展趋势GPS技术的商业前景总体的GPS商业前景预测总体的GPS商业前景预测1/3卫星导航应用终端呈现三种趋势导航与监控两大系统的自然结合，合二而一;卫星导航和无线通信的集成联姻，产品出现二位一体的倾向;多模应用终端成为电子与信息的典型融合。总体的GPS商业前景预测1/3卫星导航应用终端呈现三种趋势总体的GPS商业前景预测2/3

GPS的市场热点 经过多年的培育和训练，GPS市场己逐步成长起来，在某些热点领域需求十清楚显，它们是:(l)紧急救援报警(含防盗报警与特种车辆)市场将进一步扩大(2)车辆调度管理型应用产品市场会有爆发性的增长(3)自主导航系统有可能急剧开展(4)大地测量、时间传递和同步市场走上稳定开展道路总体的GPS商业前景预测2/3

GPS的市场热点总体的GPS商业前景预测3/3

GPS的市场热点(5)与通信机结合的产品市场需求量将急剧增长，居各项之首(6)与智能交通系统的紧密结合是卫星导航产品的长远出路(7)其他的消费市场，如持机、手表类、寻人仪、儿童玩具型、气象探空用品等出现层出不穷的开展势头(8)利用卫星导航这一高新技术改造传统产业，是一件任重道远的事，会有持续不断的开展势头总体的GPS商业前景预测3/3

GPS的市场热点四个市场热点1/4GPS导航产品市场容量大对目的地及周边环境的精准查询需求带动了GPS导航产品市场的繁荣。在3G时代来临之际，人们对GPS/电子地图的关注，足以显现它对日常生活中的重要性。消费及市场需求促使导航产业开展和走向成熟。按照私人汽车拥有量年均增速20％测算，对导航产品的需求也是一个很大的增量。CMMB〔中国移动多媒体播送〕的开展，将直接拉动GPS的增长。随着CMMB信号的完善，开通城市的增加，各种节目的增加播出，CMMB作为GPS的附加也将越来越重要。CMMB最终会成为GPS增长的有效拉动力。四个市场热点1/4GPS导航产品市场容量大四个市场热点2/43G将为PND〔便携式自导航系统〕市场带来更多机遇华为将推出谷歌平台的。城际通以“一键通〞为切入点实行战略转型，要从产品生产型企业转变成效劳型企业。TOMTOM联合上海群众汽车，推出PND国内版，正式入驻中国大陆市场。高德签约中国移动。传闻戴尔，宏基电脑品牌商要进军智能市场，开发支持GPS导航的。四个市场热点2/43G将为PND〔便携式自导航系统〕市场带四个市场热点3/4GPS在物流企业应用的商业前景提高物流企业的信息化程度，使得企业日常运作数字化；GPS和无线通信的结合，使得流动在不同地方的运输设备变得透明而且可以控制；通过对物流运作的协调，促进协同商务开展，让物流企业向第四方物流角色转换。四个市场热点3/4GPS在物流企业应用的商业前景四个市场热点4/4GPS在水利工程中应用的开展趋势(1)建立GPS变形监控在线实时分析系统。对大坝进行变形监测,研究建立技术先进而又实用的GPS变形监控在线实时分析系统是一个重要的开展趋势。(2)建立GPS与其它变形监测技术集成组合的综合变形监测系统。为克服GPS技术用于变形监测的缺乏和局限性,根据变形监测的对象和目的,将GPS与其它变形监测技术集成组合形成综合变形监测系统,可实现不同监测技术之间的优势互补。(3)大大提高的时空采样率将会为变形监测自动化的变形分析提供更为丰富的数据信息。四个市场热点4/4GPS在水利工程中应用的开展趋势ThankyouThankyou全球卫星定位系统GPS全球卫星定位系统GPS目录目录根底技术研究阶段〔1938-1973〕根底技术研究1954-1956扎奇里亚斯与松下公司制作出第一个自足式便携原子钟1957麻省理工学院开始研究卫星跟踪工程1961航空公司开始了GPS系统的开展工作，用于满足军事需要1958年美国开始研制卫星定位系统〔子午仪系统〕〔Transit〕根底技术研究阶段〔1938-1973〕根底技术研究1954-方案实施开展阶段〔1973-1993〕

GPS实施方案共分三个阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验说明，GPS定位精度远远超过设计标准。第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，说明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即〔21+3〕GPS星座已经建成方案实施开展阶段〔1973-1993〕

GPS实施方案共分三技术开展成熟阶段〔1994-2021〕

1994年美国全面建成具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统2021年1月17国北斗卫星导航定位系统启动1995年俄罗斯全球导航星系统〔GLONASS〕组网成功并投入运营技术开展成熟阶段〔1994-2021〕

1994年2021国内GPS民用方面开展1/6陆地运输海洋运输建筑采矿农业电力系统民用航空通信医疗应用测绘科研家电主要民用范围国内GPS民用方面开展1/6陆地运输海洋运输建筑采矿农业电纸质地图SayGoodbye2006年廉价PND方案发布，各大硬件厂商的生产本钱得到了更好的控制，PND的价格由原来的天价慢慢走下神坛，给了普通消费者选择的时机，增加了GPS的普及速度。全覆盖地图的发布从根本上解决了GPS行业开展的一大瓶颈，解决了GPS普及上的难题。国内GPS民用方面开展2/6纸质地图SayGoodbye2006年廉价PND方2007年GPS井喷式开展，移动导航在非智能上的应用使产业的开展速度成几何级增长。截止至07年底，市场上出现的GPS品牌多达千余，除了诺基亚、摩托罗拉这样的巨头和专注与此产业的GARMIN任我游、新科等知名品牌外，其他小作坊品牌更是多如牛毛。国内GPS民用方面开展3/6GPS市场品牌、产品鱼龙混杂2007年GPS井喷式开展，移动导航在非智能国内GPS民用方面开展4/62021年GPS市场的复合增长率到达34.3％，其中GPS成为增长速度最快的局部消费人群也由高端车主逐渐延伸到中低端，这主要得益于消费者对于GPS带来方便的认知度越来越高，同时一些大品牌主流机型的价格下调也成为销量增长的主要推动力。TD-SCDMA--3G标准试运行

国内GPS民用方面开展4/62021年GPS产品定位不再局限于导航功能，除了具备卫星同步精确定位、最正确路径搜索、同步语音导航、生活资讯查询等功能和城市地图精准导航之外，还会集移动电视、视频播放和电子相册等娱乐功能，并融入了蓝牙免提、倒车后视、TMC、电子狗、WIFI等实用功能于一身。国内GPS民用方面开展5/6功能更加多样，产品更加实用GPS产品定位不再局限于导航功能，除了具备卫星同步——挑战与机遇并存。

2021年GPS市场来说，一直处在一种“半沉睡〞的状态，与前两年所出现的“井喷〞现象擦肩而过。低价扰市和盗版地图横行成为阻碍GPS市场正常开展的隐患。2021年，包括燃油税改革，汽车产业调整和振兴规划、购置税减半、汽车下乡、汽车报废补贴、汽车以旧换新等一系列鼓励汽车消费利好政策的密集出台，带动上半年汽车销量增长。GPS地图数据开展迅猛，硬件逐步提高，扩展功能更加多元化。

国内GPS民用方面开展6/6——挑战与机遇并存。国内GPS民用方面开展6/6GPS根底概念坐标系统时间系统GPS卫星星历导航电文和卫星信号GPS接收机的类型与工作原理GPS根底概念坐标系统GPS坐标系统

坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的.在GPS定位中，通常采用两类坐标系统：一类是在空间固定的坐标系，另一类是与地球体相固联的坐标系统. 坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系. 为了确定用户接收机的位置，GPS卫星的瞬时位置通常应化算到统一的地球坐标系统.GPS坐标系统 坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度GPS时间系统

在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。 为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由GPS主控站的原子钟控制。 GPS时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST与IAT在任一瞬间均有一常量偏差。IAT-GPST=19s，GPS时与协调时的时刻，规定在1980年1月6日0时一致，随着时间的积累，两者的差异将表现为秒的整数倍GPS时间系统

在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确GPS时间系统 在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：GPS卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当要求GPS卫星的位置误差小于1cm，那么相应的时刻误差应小于2.610-6s。准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。假设要距离误差小于1cm，那么信号传播时间的测定误差应小于310-11sGPS时间系统 在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：GPS卫星轨道 卫星轨道在GPS定位中的意义: 卫星在空间运行的轨迹称为轨道，描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数。 1.卫星作为位置的高空观测目标，在进行绝对定位时，卫星轨道误差将直接影响用户接收机位置的精度； 2.在相对定位时，当基线较长或精度要求较高时，轨道误差影响不可忽略。 3.为了制订GPS测量的观测方案和便于捕获卫星发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数。GPS卫星轨道 卫星轨道在GPS定位中的意义:GPS卫星星历

卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。 根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度，GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。外推的星历实时提供精度不高计算后所得星历事后提供精度较高，达分米GPS卫星星历

卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组GPS卫星信号

关于GPS卫星信号 GPS卫星所发射信号包括载波信号、P码〔或Y码〕、C/A码和数据码〔或D码〕等多种信号分量，而其中P码和C/A码统称为测距码。 GPS卫星信号的产生、构成和复制等，都涉及到现代数字通信理论和技术方面的复杂问题。GPS卫星信号

关于GPS卫星信号GPS卫星信号的测距码

码的概念 在现代数字通信中，广泛使用二进制数〔0和1〕及其组合，来表示各种信息。表达不同信息的二进制数及其组合，称为码。一位二进制数叫一个码元或一比特。比特为码和信息量的度量单位。 如果将各种信息例如声音、图象和文字等通过量化，并按某种预定规那么，表示成二进制数的组合形式，那么这一过程称为编码。 在二进制数字化信息的传输中，每秒传输的比特数称为数码率，表示数字化信息的传输速度，单位为bit/s。GPS卫星信号的测距码

码的概念GPS卫星信号的测距码

随机噪声码 既然码是用以表达各种信息的二进制数的组合，是一组二进制的数码序列，那么这一序列就可以表达成以0和1为幅度的时间函数。 假设一组码序列u(t)，对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，但出现的概率均为1/2。这种码元幅度的取值完全无规律的码序列，称为随机码序列〔或随机噪声码序列〕。它是一种非周期性序列，无法复制，但其自相关性好。而相关性的好坏，对提高利用GPS卫星码信号测距精度，极其重要。GPS卫星信号的测距码

随机噪声码GPS卫星信号的测距码

伪随机噪声码 尽管随机码具有良好的自相关性，但却是一种非周期序列，不服从任何编码规那么，实际中无法复制和利用。 GPS采用了一种伪随机噪声码〔PseudoRandomNoice——PRN〕简称伪随机码或伪码。它的特点是：具有随机码的良好自相关性，又具有某种确定的编码规那么，是周期性的，容易复制。GPS卫星信号的测距码

伪随机噪声码GPS卫星信号的测距码

C/A码 C/A码：用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。它是由两个10级反响移位存放器组合而产生。 C/A码的码元宽度大，假设两序列的码元对齐误差为为码元宽度的1/10~1/100，那么相应的测距误差为29.3~2.93m。由于精度低，又称粗码。GPS卫星信号的测距码

C/A码GPS卫星信号的测距码

P码 P码是卫星的精测码，码率为10.23MHZ，产生的原理与C/A码相似，但更复杂。发生电路采用的是两组各由12级反响移位存放器构成。 P码的周期长，267天重复一次。P码的捕获一般是先捕获C/A码，再根据导航电文信息，捕获P码。由于P码的码元宽度为C/A码的1/10，假设取码元对齐精度仍为码元宽度的1/100，那么相应的距离误差为0.29m，仅为C/A码的1/10，故P码称为精码。 P码是专为军用！GPS卫星信号的测距码

P码GPS卫星导航电文

GPS卫星的导航电文，是用户用来定位和导航的数据根底。 导航电文包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息。导航电文又称为数据码〔或D码〕。 导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。每帧电文含有1500比特，播送速度50bit/s，每帧播送时间30s。GPS卫星导航电文

GPS卫星的导航电文，是用户用来定GPS卫星导航电文

导航电文的格式：123451234567891030s6s0.02s0.6s子帧4、5各含25页一个子帧一个字码一个主帧一个页面GPS卫星导航电文

导航电文的格式：12345123456GPS卫星导航电文

一帧导航电文的内容TLWHOW数据块—1时钟修正参数TLWHOW数据块—2星历表TLWHOW数据块—2星历表继续TLWHOW数据块—3卫星历书等TLWHOW数据块—3卫星历书等子帧1一个子帧6s长，10个字，每字30比特1帧30s1500比特子帧3子帧4子帧5子帧2GPS卫星导航电文

一帧导航电文的内容TLWHOW数据块—GPS卫星信号的载波和调制

GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。信号分量的产生都是在同一个根本频率f0=10.23MHz的控制下产生，GPS卫星信号示意图如下根本频率10.23MHzL1载波1575.42MHzL2载波1227.60MHzC/A码1.023MHzP码10.23MHzP码10.23MHz数据码50BPS数据码50BPS15412010204600GPS卫星信号的载波和调制

GPS卫星信号包含三种信号GPS卫星信号的载波和调制

卫星取L波段的两种不同电磁波频率为载波: L1载波频率为1575.42MHz，波长为19.03cm；L2载波频率为1227.60MHz，波长为24.42cm。 L1载波上，调制有C/A码、P码〔或Y码〕和数据码；L2载波上，只调制有P码〔或Y码〕和数据码。 GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上，且调制码的幅值只取0或1。如果码值取0，那么对应的码状态取+1；而码值取1时，对应码状态为-1，载波和相应的码状态相乘后，即实现了载波的调制。GPS卫星信号的载波和调制

卫星取L波段的两种不同电磁GPS卫星信号的解调

为进行载波相位测量，当用户接收到卫星发播的信号后，可通过以下两种解调技术来恢复载波相位。 〔1〕复制码与卫星信号相乘：由于调制码的码值是用1的码状态来表示的，当把接收的卫星码信号与用户接收机产生的复制码，在两码同步的条件下相乘，即可去掉卫星信号中的测距码而恢复原来的载波。 〔2〕平方解调技术：将接收的卫星信号进行平方，由于处于+1状态的调制码经过平方后均为+1，而+1对载波相位不产生影响。故卫星信号平方后，可到达解调目的。GPS卫星信号的解调

为进行载波相位测量，当用户接收到GPS接收机

天线前置放大器信号处理器微处理器导航计算机震荡器用户信息传输数据存储器外部传输电源GPS用户设备主要包括GPS接收机及其天线、微处理机及其终端设备和电源等。接收机和天线是核心局部，习惯上统称为GPS接收机。主要功能是接收GPS卫星发射信号，并进行处理，获取导航电文和必要的观测量。GPS接收机

天线前置放大器信号处理器微处理器震荡器用GPS接收机工作原理 当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件，而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户设备。GPS接收机工作原理 当GPS卫星在用户视界升起时，接收机GPS内涵GPS简史GPS的主要目的GPS构成GPS原理GPS内涵GPS简史GPS简史GPS是GlobalPositioningSystem〔全球定位系统〕的简称，中文简称为“球位系〞。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。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，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GPS简史GPS是GlobalPositioningSGPS的主要目的 为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航效劳，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。GPS的主要目的 为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和GPS构成〔1/3〕 1.空间局部GPS的空间局部是由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3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,并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。GPS构成〔1/3〕 1.空间局部GPS构成〔2/3〕

2.地面控制系统地面控制系统由监测站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天线(GroundAntenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。

GPS构成〔2/3〕 2.地面控制系统GPS构成〔3/3〕 3.用户设备局部用户设备局部即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，就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