GPS导航系统的工作原理

20701993199410年内向全世界免费供给ＧＰＳ使用权，但美国只向外国供给低精度的卫“后门”，一旦发生战斗，美国可以关闭对某地区的信息效劳。欧盟“伽利略”：199930颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。今年该打算正式启动。俄罗斯“格洛纳斯”7018颗卫星才能确保掩盖俄罗斯全境；如要供给全球定位效劳，则需要24颗卫星。中国“北斗”：2023年我国北斗一号建成并开通运行，不同于GPS，“北斗”的指挥机和终端之512日四川大地震发生后，北京武警指挥中心和四川武警部队运用“北斗”进展了上百次沟通。北斗二号系列卫星今年起将进入组网顶峰期，估量在2023年形成由三十几颗卫星组成的掩盖全球的系统。最成熟的是美国的GPS卫星导航系统，下面我来介绍一下这种导航系统。全球卫星定位系统(GloblePositioningSystem)是一种结合卫星及通讯进展的技术,利用导航卫(GPS)70年月开头研制,经过203001994398%24颗GPS卫星星座己布设完成。具有海陆空全方位实时三维导航与定位力气的一代卫星导航与定位,全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科,取得了好的经济效益和社会效益。GPS的组成GPS全球卫星定位系统由三局部组成:空间局部—GPS星座(GPS24颗卫星组成的21颗是工作卫星，3颗是备份卫星);地面把握局部—地面监控系统;用户设备局部—GPS信号接收机。空间局部GPS24颗工作卫星组成,20200km的上空,6个轨道面上(4颗),55°,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GPS卫星产生两组电码,一组称为C/A码(Coarse/AcquisitionCode11023MHz);P码(ProciseCode10123MHz),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,主要为美国军方效劳。C/A码人为实行措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。地面把握局部地面把握局部由一个主控站,53个地面把握站组成。监测站均配装有,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,,计算出卫星的轨道和时钟参数,3个地面把握站。地面把握站在每颗卫星运行至上空时,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展最终的注入。假设某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会渐渐降低。对于导航定位来说，GPS卫星是一动态点。星的位置是依据卫星放射的星历—描GPS的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否始终沿着预定轨道运行，都要由地面设备进展监测和把握。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。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确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。依据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进展定位计算,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接收机的构造分为天线单元和接收单元两局部。接收机一般承受机内和机外内电池自动充电。关机后,机内电池为RAM存储器供电,以防止数据丧失。目前各种类型的承受机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测使用。GPS的原理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〕：GPS卫星正常工作时，会不断地用10二进制码元组成的伪随机码〔简称伪码〕放射导航电文。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/A1.023MHz,1微秒，相当300m；P10.23MHz266.40.130m。而Y码是在P码的根底上形成的，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。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上放射的。导航电文每个主帧中包含56s10个字码；每三十秒重复一次，每小时更一次。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。当用户承受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做比照便可得知卫星与用户的距离星历数据推算出卫星放射电文时所处位置，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导航系统卫星局部的作用就是不断地放射导航电文。然而，由于用户承受机使用的时钟与卫星星载时钟不行能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用44个未知数解出来。所以假设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；用于预报将来几个月内十米〔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20P码测得的伪距称为P2米左右。GPS接收机对收到的卫星信号，进展解码或承受其它技术，将调制在载波上的信息去掉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卫星振荡器的相位初值是不知道的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，因此度也只能承受相位观测值。按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位〔差分定位〕。单点定位就是依据一〔差分定位是依据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相位观测值进展相对定位。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播送星历误差的影响差的主要局部，在精度要求高，接收机间距离较远时〔大气有明显差异〕，应选用双频接收机。GPS的特点全球定位系统的主要特点：全球、全天候工作。①定位精度高。单击定位精度优于10m，承受差分定位，精度可达厘米级和毫米级。②功能多，应用广。GPS系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。1、定位精度高应用实践已经证明，GPS50KM10-6，100-500KM10-7，1000KM10-9300-1500M工程周密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置1mmME-50000.5mm,校差0.3mm。2、观测时间短随着GPS系统的不断完善，软件的不断更，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流淌站与基准站相距在15KM以内时，流淌1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。GPS的功能全球定位系统的主要用途：陆地应用，主要包括车辆导航、应急反响、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测海洋应用，包括远洋船最正确航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿势把握、低轨卫星定轨、制导、航空救援和载人航天器防护探测等。你选择用上面或下面的〔?准确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中?工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量承受GPS设备进展工程测量?勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到?导航：武器导航：准确制导、巡航车辆导航：车辆调度、监控系统船舶导航：远洋导航、港口/内河引水飞机导航：航线导航、进场着陆把握星际导航：卫星轨道定位个人导航：个人旅游及野外探险?定位：车辆防盗系统手机，PDA，PPC等通信移动设备防盗，电子地图，定位系统儿童及特别人群的防丧失系统农业勘测〕GPS的应用主要是为船舶，汽车，飞机等运动物体进展定位导航。例如：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治理紧急救生个人旅游及野外探险个人通讯终端〔与手机，PDA，电子地图等集成一体〕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各种等级的大地测量，把握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〕把握精细农业GPS的前景由于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的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社