GPS-培训教材

2020/7/9
南方测绘仪器有限公司
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8 卫星信号结构 GPS 定位原理（1）
基准频率
10.23MHZ
154
120 50比特/S
L110
1575 . 42 MHZ
C/A码
P•码
1.023MHZ 10 . 23MHZ
L2 1227.60
MHZ
P•码 10.23MHZ
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ƒ） 两种载波（L1和L2）
▪ SA技术 人为的降低广播星历精度（ε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误差
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1 为什么要向您推荐 GPS
GPS测量与经典测量方法的对比：
➢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
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1 为什么要向您推荐 GPS
GPS测量与经典测量方法的对比：
➢（1） GPS测量速度比传统方法有极为显著的提高 ➢（2）无论作大面积控制和局部测量都是理想的工具 ➢（3）从价格上说，她具有更强的市场竞争能力 ➢（4）任何条件下都有充分把握提供足够的精度
所有这一切优越性南方 GPS 测量系统都得到了显著证实！
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2 历史和背景
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2 历史和背景
GPS与GLONASSS的主要特征
系统特征 载波频率GHz 卫星高度km
GLONASS 1.61,1.25
19100
GPS 1.23,1.58
20200
卫星数
21+3
21+3
卫星周期h
11:15
11:58
卫星钟稳定度
10-11
10-13
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2 历史和背景
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2 历史和背景
GPS与NNSS的主要特征
系统特征
NNSS
GPS
载波频率GHz 0.15,0.40 1.23,1.58
卫星高度km
1000
20200
卫星数
5-6
21+3
卫星周期min
1:47
11:58
卫星钟稳定度
10-11
10-13
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技术背景（信号组成）：
C/A 码 L1 P码和Y码 L2 防电子欺骗技术（AS） 选择性服务政策（SA）*
SA技术已经于2000年5月取消
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3 GPS 系统的组成
全球定位系统（GPS）由三个主要部分组成
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息
两种码信号（C/A码和P码）
一组导航电文（信息码，D码）
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8 GPS 定位原理-2
L1载波相位观测值 L2载波相位观测值 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
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用户部分：
接收并测卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息
地面控制部分：
中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨
来自百度文库
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4 GPS卫星
▪ 24颗卫星（21+3） ▪ 6个轨道平面 ▪ 55º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）
卡瓦加兰(kwajalein)
五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii)
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6 用户设备－1
通用接收机（定位型）：
显示控制器
天线 前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 信息
数据 控制
供电，控制
微处理器
数据 供电
电源部分
数据存器
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）
GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统
（1）全球通用 （2）24小时可以定位，测速和授时 （3）用户设备成本低廉 （4）确保美国军事安全，服务于全球战略 （5）导航精度可达10—20m （6）取代现存各种导航系统
这种设备可以用来武装战车，舰船和飞机，提高其作战能力， 并可广泛用于地面部队。其作用在海湾战争中已得到相当充分的显示。
• 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
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8 GPS 定位原理
❖ 与GPS卫星有关的因素
－－GPS定位的误差源
致力测绘数字化
GPS培训教材
原理部分
南方测绘仪器有限公司 南方数码GPS产品部
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第一部分
概论
1 为什么要了解GPS？
2 历史和背景
3 系统的组成
4 GPS卫星
5 地面控制站
6 用户设备
7 系统现状
8 GPS定位原理
9 GPS测量
10 小结
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现在在轨道实际运行的卫星个数超过32个
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5 地面控制站
Colorado springs
55
Hawaii
kwajalei n
Ascencion Diego Garcia
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)
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8 GPS 定位原理－3
对卫星进行测距
Si
i
Pj
ri
Rj = ri +Pij
Pj Rj
有关各观测量及已知数据如下： r— 为已知的卫地矢量
地心
接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距
P—为观测量（伪距） R—为未知的测站点位矢量
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8 GPS 定位原理
－－距离观测值的计算
t t
❖ 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
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8 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