GPS原理及应用nd.ppt
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1、2019/6/16,GPS 定位原理及应用,2019/6/16,什么是GPS,概念,美国从19世纪70年代开始研制,历时20年,耗 资200亿美元,于1994年全面建成,具有在海、 陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的 新一代卫星导航与定位系统。,GPS 英文全称Global Positioning System 中文翻译:全球定位系统,2019/6/16,GPS 系统的组成,什么是GPS,2019/6/16,24颗卫星(21+3) 6个轨道平面 55轨道倾角 2万km轨道高度(地面高度) 12小时(恒星时)轨道周期 5个多小时出现在地平线以上(每颗星),空间部分-GPS卫星,现在在轨道实
2、际运行的卫星个数超过32个,什么是GPS,2019/6/16,地面控制站,一个主控站:科罗拉多斯必灵司 三个注入站:阿松森(Ascencion) 迭哥伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii),55,Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,Colorado springs,什么是GPS,2019/6/16,控 制 部 分,一个主 控 站 负 责 收 集 由 监 控 站 传 来 的 卫 星 跟 踪 数 据 并 计 算 卫 星 星 历 和 时 间 参 数 5 个 监 控 站
3、负 责 对 卫 星 伪 距 数 据 的 观 测,这 一 卫 星 跟 踪 监 测 网 用 于 确 定 卫 星 广 播 星 历 及 卫 星 钟 模 式 3个注入站 负 责 向 卫 星 注入信 号,什么是GPS,2019/6/16,用户设备,通用接收机(定位型):,导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备(手持机),什么是GPS,2019/6/16,不需要相互通视 观测作业不受天气条件的影响 网的质量与点位的分布情况无关 能达到大地测量所需要的精度水平 白天和夜间均可作业 经济效益显著,GPS测量与经典测量方法的对比,什么是GPS,2019/6/16,GPS 定位原理,卫星不间断地发送自身的星
4、历参数和时间信息,用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置,三维方向以及运动速度和时间信息。,GPS的基本定位原理,2019/6/16,GPS 定位原理,卫星信号结构,基准频率 10.23MHZ,L1 1575 . 42 MHZ,C/A码 1.023MHZ,P码 10 . 23MHZ,L2 1227.60 MHZ,P码 10.23MHZ,10,154,120,50比特/S,卫星信息电文(D码),每颗卫星都发射一系列无线电信号(基准频率) 两种载波(L1和L2) 两种码信号(C/A码和P码) 一组导航电文(信息码,D码),2019/6/16,GPS 定位原理,L1载波相位观测值 L2载
5、波相位观测值 调制在L1上的C/A-code伪距 调制在L2上的P-code伪距 Dopple观测值,GPS定位的各种常用的观测量,2019/6/16,对卫星进行测距,GPS 定位原理,接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距,地心,Si,Pij,Pj,ri,Rj,有关各观测量及已知数据如下: r 为已知的卫地矢量 P为观测量(伪距) R为未知的测站点位矢量,2019/6/16,距离观测值的计算,GPS 定位原理,接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的 接收机本身按同一公式复制码信号 比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t 传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C t,201
6、9/6/16,GPS 定位原理,单点定位结果的获取,单点定位解可以理解为一个后方交会问题 卫星充当轨道上运动的控制点,观测值为测站至卫星的伪距(由时延值推算得到) 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差 所以要同步观测4颗卫星,解算四个未知参数:纬度 , 经度 , 高程 h , 钟差 t,2019/6/16,GPS 定位原理,定位公式,GPS定位的误差源,GPS 定位原理,与GPS卫星有关的因素 SA技术 人为的降低广播星历精度(技术) 卫星星历误差 卫星钟差 卫星信号发射天线相位中心偏差 与传播途径有关的因素 电离层延迟 对流层延迟 多路径效应 与接收机有关的因素 接收机钟差 接收机天线相位中心
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