第章gps原理与接收机（ppt 精品）.ppt

第7章 GPS定位原理与GPS接收机 GPS技术是一种卫星定位技术，英文全称为：“Navigation Satellite Timing And Ranging /Global Positioning System”，其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”。GPS全球卫星定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。 §7—1 卫星定位技术概述一、卫星定位技术的发展历程 卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术。 当初，人造地球卫星仅仅作为一种空间的观测目标，通过在地面观测站对卫星的摄影观测，测定测站至卫星的方向，建立卫星三角网。这种方法称为卫星三角测量。这种方法能够解决用常规大地测量难以实现的远距离陆地海岛联测定位的问题，但是受卫星可见条件及天气的影响，费时费力，不仅定位精度低，而且不能测得点位的地心坐标。 20世纪60～70年代，美国、英国和德国协作，就花了几年时间，用这种方法测设了有45个测站的全球三角网，点位精度5m。这种卫星定位技术仅仅把卫星作为空间观测目标，属于卫星定位技术的低级阶段。 20世纪50年代末期，美国开始研制用多普勒卫星定位技术进行测速、定位的卫星导航系统，叫做子午卫星导航系统（NNSS）。70年代，部分导航电文解密交付民用，自此，卫星多普勒定位技术迅速兴起。 多普勒定位具有经济快速、精度均匀、不受天气和时间的限制等优点。只要在测点上能收到从子午卫星上发来的无线电信号，便可在地球表面的任何地方进行单点定位或联测定位，获得测站点的三维地心坐标。子午卫星导航系统的问世，开创了海空导航的新时代，将卫星定位技术发展到了把卫星作为动态已知点的高级阶段，揭开了卫星大地测量学的新篇章。 子午卫星导航系统采用6颗卫星，并都通过地球的南北极运行。地面上一点上空子午卫星通过的间隔时间较长，而对于同一地点两次子午卫星通过的间隔时间为0.8～1.6小时，对于同一子午卫星，每天通过次数最多为13次。由于一台多普勒接收机一般需观测15次合格的卫星通过，才能使单点定位精度达10m左右，而各个测站观测了公共的17次合格的卫星通过时，联测定位的精度才能达到 0.5m左右。 间隔时间和观测时间长，不能为用户提供实时定位和导航服务，而精度较低限制了它的应用领域。子午卫星轨道低（平均高度1070km），难以精密定轨，以及子午卫星射电频率低（400MHZ和150MHZ），难以补偿电离层效应的影响，致使卫星多普勒定位精度局限在米级水平（精度极限0.5～lm）。 1973年12月，美国国防部批准陆海空三军联合研制新的卫星导航系统： “Navigation Satellite Timing And Ranging /Global Positioning System”，意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”，简称GPS。 该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全性能（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。 二、GPS系统的组成 １．空间部分 GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星组成的GPS卫星星座，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。24颗卫星分布在6个倾角为55?的轨道上绕地球运行，卫星至地球表面的平均高度为20200km，运行周期约为12恒星时。地球上任何地点、任何时刻至少都能观测到4颗卫星。 每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。 ２．地面控制部分 由五个监测站、三个注入站和一个主控站组成。 监控站分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、科罗拉多泉，任务是同时监控 GPS 卫星的运作状态及它们在太空中的精确位置，取得卫星观测数据并将这些数据送至主控站。 主控站的主要任务是收集监测站对卫星观测的全部数据，计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟修正值，依次外推一天以上的卫星星历及钟差，并按一定格式转换为导航电文传输给注入站。 注入站把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星的存储器中。 ３．用户部分 由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成。 结构分为天线单元和接收单元两部分，对于测地型接收机，两个单元一般分成两个独立的部件，也有将这两个单元制作成一个整体的接收机。 作用是接收GPS卫星所发出的信号，并跟踪这些卫星进行观测，实时地计算出测站的三维坐标。 三、其它卫星定位系统 俄罗斯建立的 GLONASS全球导航卫星系统 欧洲空间局正在筹建的 NAVSAT导航卫星系统 由国际移动卫星组织（原名国际海事卫星组织）筹建的INMARSAT系统 * *