矿大GPS第一章绪论1-卫星定位基础

矿大GPS第一章绪论1-卫星定位基础卫星定位技术概述GPS系统基本原理卫星导航基础知识接收机技术简介差分GPS技术及其应用挑战、问题与发展趋势contents目录01卫星定位技术概述卫星定位技术是一种利用人造地球卫星进行点位测量的技术，通过对卫星信号的接收和处理，确定地面或空中目标的位置、速度和时间等信息。定义自20世纪70年代美国成功发射GPS卫星以来，卫星定位技术经历了数十年的发展，逐渐形成了全球覆盖、高精度、多功能的定位系统。目前，全球主要的卫星定位系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗卫星导航系统等。发展历程定义与发展历程主要应用领域卫星定位技术已广泛应用于军事、民用和科学研究等领域。在军事领域，卫星定位技术可用于导航、定位、侦察和打击等；在民用领域，卫星定位技术已渗透到交通、农业、测绘、环保、气象和应急救援等各个方面；在科学研究领域，卫星定位技术为地球科学、天文学、空间科学等学科的研究提供了重要手段。要点一要点二价值卫星定位技术的价值主要体现在以下几个方面：一是提高了定位精度和效率，为各种应用提供了更为准确和可靠的位置信息；二是扩大了应用范围，使得许多以前难以实现的应用成为可能；三是促进了相关产业的发展，如卫星制造、发射服务、终端设备制造和服务等；四是提高了国家安全保障能力，为国家的军事、政治和经济安全提供了有力支撑。主要应用领域及价值国内研究现状我国自20世纪80年代开始研究卫星定位技术，经过数十年的发展，已形成了完整的卫星导航产业体系。目前，我国已成功发射了多颗北斗导航卫星，并计划在未来几年内实现全球覆盖。同时，国内众多高校和科研机构也在积极开展卫星定位技术的研究工作，取得了一系列重要成果。国外研究现状国外在卫星定位技术方面的研究起步较早，技术相对成熟。目前，美国的GPS系统是全球应用最广泛的卫星定位系统之一，其定位精度和稳定性得到了广泛认可。此外，欧洲、俄罗斯和日本等国家也在积极发展自己的卫星定位系统，并加强与国际合作。国内外研究现状及趋势02GPS系统基本原理地面控制部分包括1个主控站、5个监测站和3个注入站，负责监测卫星状态、计算星历和时钟参数，并将导航信息注入卫星。空间部分由24颗工作卫星组成，分布在6个轨道平面上，每个轨道上分布4颗卫星，确保全球覆盖。用户部分由GPS接收机和数据处理软件组成，用于接收卫星信号并解算出位置、速度和时间等信息。GPS系统组成与功能GPS卫星向地面发射L波段的无线电信号，包括导航电文和测距码。信号传输信号接收信号处理用户接收机捕获并跟踪卫星信号，通过解码获得导航电文和测距码信息。接收机对接收到的信号进行处理，包括去除噪声、解调、解码等操作，以获得准确的导航信息。030201信号传输与接收过程定位原理利用三角测量原理，通过测量至少4颗卫星到用户接收机的距离，解算出用户的三维坐标和时间信息。误差来源包括卫星时钟误差、星历误差、大气层延迟误差、多路径效应误差以及接收机噪声等。这些误差会影响定位精度和可靠性，需要通过相应的方法进行修正和补偿。定位原理及误差来源分析03卫星导航基础知识地球形状描述01地球并非严格的球体，而是椭球体，具有长半轴和短半轴之分。坐标系的建立02为了描述地球上任意一点的位置，需要建立地理坐标系和地心地固坐标系等。其中，地理坐标系以经纬度表示地面点位置，地心地固坐标系则以三维坐标表示。坐标系转换03由于不同坐标系之间存在差异，需要进行坐标系转换，如将地理坐标系转换为地心地固坐标系等。地球形状与坐标系建立

时间系统及其转换关系时间系统定义卫星导航系统涉及多个时间系统，如世界时、原子时、协调世界时等。这些时间系统具有不同的定义和计量方式。时间系统转换关系不同时间系统之间存在差异，需要进行时间系统转换。例如，将世界时转换为原子时，或将原子时转换为协调世界时等。时间同步方法为了实现不同时间系统之间的同步，需要采用高精度的时间同步方法，如利用卫星钟差进行时间同步等。导航电文定义导航电文是指由卫星向地面用户播发的用于定位和导航的数据信息。这些数据包括卫星星历、时钟校正参数、电离层延迟模型等。导航电文格式导航电文通常采用特定的数据格式进行编码和传输，如GPS采用的导航电文格式包括帧结构、子帧结构、数据位等。导航电文内容解读地面用户在接收到导航电文后，需要对其进行解码和解读，以获取所需的定位和导航信息。例如，通过解析卫星星历可以获取卫星的位置和速度信息，通过解析时钟校正参数可以获取卫星钟差信息等。导航电文格式与内容解读04接收机技术简介导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机等，各类接收机在精度、动态性能等方面有所差异。按用途分类单频接收机、双频接收机等，双频接收机可消除电离层误差，提高定位精度。按接收频率分类多通道接收机可同时接收多颗卫星信号，提高定位可靠性和精度。按通道数分类接收机类型及特点分析通过搜索卫星信号频率和码相位，实现信号的快速捕获。信号捕获在捕获信号后，对信号进行稳定跟踪，以获取连续的导航数据。信号跟踪将接收到的卫星信号进行解调，提取出导航电文，以供后续定位解算使用。解调过程信号捕获、跟踪和解调过程性能评价指标与方法衡量接收机接收微弱信号的能力，通常以信噪比或载噪比表示。反映接收机定位结果的准确程度，包括水平精度和垂直精度等。评价接收机在动态环境下的定位稳定性、可靠性和响应速度等。衡量接收机在复杂电磁环境下的抗干扰能力，如抗多径干扰、抗电磁干扰等。接收灵敏度定位精度动态性能抗干扰能力05差分GPS技术及其应用差分GPS（DGPS）是通过在已知精确位置的基准站上安装GPS接收机，接收卫星信号并计算出误差，然后将误差信息实时或事后传送给用户，以提高用户定位的精度。DGPS主要由基准站、数据链和用户部分组成。基准站接收卫星信号并计算出伪距误差或位置误差，通过数据链将误差信息发送给用户接收机，用户接收机利用这些误差信息对自身的观测值进行修正，从而得到更精确的定位结果。差分GPS基本原理介绍RTK（Real-TimeKinematic）技术是一种实时动态差分GPS技术，它能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。RTK系统主要由基准站接收机、数据链和用户接收机三部分组成。基准站接收机设在具有已知精确坐标的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测定的伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态等通过数据链发送给用户接收机。用户接收机在接收GPS卫星信号的同时，还通过数据链接收来自基准站的信息，并根据相对定位原理实时解算出流动站的三维坐标及其精度。实时动态差分RTK技术在测量和导航领域中的应用差分GPS技术广泛应用于大地测量、工程测量、地形测绘等领域。例如，在土地测绘中，利用RTK技术可以实时得到高精度的土地界址点坐标，大大提高了测绘效率和精度。测量领域差分GPS技术也广泛应用于车辆导航、船舶导航、航空导航等领域。例如，在航空导航中，利用差分GPS技术可以提高飞机着陆的精度和安全性。此外，差分GPS技术还可以用于智能交通系统（ITS）中，为车辆提供实时的高精度定位和导航服务。导航领域06挑战、问题与发展趋势123在城市峡谷、隧道、室内等复杂环境中，GPS信号易受到遮挡和反射，导致定位精度下降甚至无法定位。信号遮挡与多路径效应许多应用领域对GPS定位精度要求越来越高，但高精度定位设备成本较高，难以普及。高精度需求与低成本矛盾GPS系统依赖于卫星信号，存在被干扰、欺骗等安全隐患，需要采取措施提高系统鲁棒性和安全性。系统脆弱性与安全性问题当前面临的主要挑战和问题03伽利略卫星导航系统欧洲伽利略卫星导航系统致力于提供民用高精度定位服务，推动全球卫星导航领域的发展。01北斗卫星导航系统中国自主研发的北斗卫星导航系统已经全球组网，提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务。02格洛纳斯卫星导航系统俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统也在不断完善和发展，与GPS系统形成竞争态势。新型卫星导航系统发展动态高精度定位技术普及随着芯片技术、算法优化等