第16章GPS原理及其应用资料.ppt

第十六章GPS的基本知识;1 概述 全球定位系统（GPS）: “授时、测距导航系统/全球定位系统（ Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System ）”的简称。 该系统是由美国从上世纪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无线电导航与定位系统。 特点：具有全天候、高精度、自动化、高效益等，即： （1）全球覆盖；（2）自动化，精度高；（3）实时三维动态定位、测速和定时；（4）高效率，无用户数量限制，应用广泛。 应用：大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等领域。 应用领域还在不断地拓展，遍及国民经济各种部门，并逐步深入人们的日常生活, 从而给测绘学科带来了一场深刻的技术革命。;GPS卫星;相对于经典的测量技术来说，这一新技术的主要特点 如下： 测站之间无需通视。因而不再需要建造觇标，可减少测量工作经费和时间，同时也使点位的选择变得甚为灵活。 b) 高精度三维定位。GPS可以精密测定测站的平面位置和大地高。 c) 观测时间短。近年来发展的快速相对定位法，观测时间仅需数分钟；实时动态定位技术（RTK）在一定范围内可提供厘米级的实时三维定位结果。 d) 操作简便。GPS测量自动化程度很高，操作员的主要任务只是安置并开关仪器，量取仪器高，监视仪器的工作状态等。接收机自动完成观测工作，如卫星捕获，跟踪观测和记录等。GPS接收机重量轻，体积小，携带方便。 e) 全天侯作业。GPS接收机可以在任何地点（卫星信号不被遮挡的情况下），任何时间连续地进行，一般也不受天气状况的影响。;全球定位系统 （GPS）构成示意图 ;GPS星座示意图 ;GPS卫星基本功能 ： -- 接收和储存由地面监控站发来的跟踪监测信息； -- 在地面监控站的指令下，调整卫星姿势和启用备用卫星； -- 进行必要的数据处理工作； -- 通过星载的高精度铯钟和铷钟提供精密的时间标准； -- 向用户广播GPS信号。? GPS卫星广播的GPS信号是定位基础，它由基准频率(fo=10.23Mz)经倍频和分频产生。154和120倍频后，分别形成L波段的两个载波频率信号（L1=1575.42Mz,L2=12227.60Mz）,波长分别为19.03cm和24.42cm。 调制在L载波上的信号包括C/A码、P码和D码。 C/A码（粗码）：频率为1.023MHz的伪随机码。 P码（精码）：载波频率为10.23MHz的伪随机码。 测距码：粗码和精码； D码（导航电文）：卫星向用户提供为计算卫星坐标的卫星星历、系统时间、卫星钟性能及电离层改正参数等信息。;图3： GPS信号的结构 ;;用户设备部分 用户要实现利用GPS进行导航和定位的目的，还需要GPS接收机，即用户设备部分。 用户设备部分作用：接收GPS卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测量，经数据处理后获得观测时刻接收机的位置坐标。 用户设备部分主要由GPS接收机硬件和数据处理软件组成。 GPS接收机分类方法：较精密的双频接收机，稍为便宜的单频接收机。 所有GPS接收机生产厂家一般都随机提供数据处理软件包，但其作用是有限的。 国际上有一些科研机构为了克服商用数据处理软件的不足，已经开发研制了多种精密的GPS数据后处理软件包。;3 　GPS卫星定位的基本原理 原理：测量学中的空间距离交会方法。;GPS定位方法： 按观测值不同分为：伪距观测定位 、载波相位测量定位； 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分：单点定位（绝对定位）、差分定位（相对定位）； 根据接收机的运动状态可分为静态定位 、动态定位。 单点定位：确定接收机在世界坐标系（WGS-84）中三维坐标。 相对定位：确定接收机相对地面上另一参考点的空间基线向量。 静态定位：接收机是静止不动的。 动态定位：确定安置接收机的运动平台的三维坐标和速度。 绝对定位和相对定位中，均包含静态和动态两种方式。 比较有代表性的定位模式，即为伪距单点定位 、载波相位相对定位，其他的定位模式均为依此衍生而来。;一、伪距单点定位 伪距 ：卫星到接收机的距离观测量，即由卫星发射的测距码信号到达ＧＰＳ接收机的传播时间乘以光速所得的距离。 由于伪距观测量所确定的卫星到测站的距离，都不可避免地会含有大气传播延迟、卫星钟和接收机同步误差等的影响。 为了与卫星和接收机之间的真实几何距离相区别，这种含有误差影响项的距离观测，通常称为“伪距 ”，并把它视为GPS定位的基本观测量。 伪距法单点定位：利用ＧＰＳ接收机在某一时刻，同步测定的至４颗以上ＧＰＳ卫星的