GPS的基本知识ppt课件
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《gps导航定位》课件
GPS导航定位的优缺点
GPS导航定位的优点包括高精度、全球覆盖和多功能性。 然而，缺点包括对天气和建筑物的影响，以及可能的隐私和安全问题。
GPS导航定位的安全问题
GPS导航定位存在安全隐患，包括可能的信号干扰、定位误差和位置欺骗。 为了确保安全性，需要采取措施，例如加密通信和强化用户验证。
结语
《GPS导航定位》PPT课 件
探索令人着迷的GPS导航定位世界。了解导航定位的原理、系统、技术，以及 其在车辆、船舶和航空导航中的应用。
什么是GPS导航定位
GPS导航定位是一种基于卫星系统的定位技术，可精确定位全球任何位置，并 提供导航指引和路径规划。 GPS导航定位的应用场景包括汽车导航、旅行、户外探险等。
GPS导航定位的原理
GPS导航定位通过接收来自卫星的信号来确定位置，使用三角定位原理计算精 确的经纬度坐标。 信号原理涉及卫星、接收机、时钟和测距等关键组件。
GPS导航定位的系统
GPS导航定位系统由卫星、地面控制站、用户接收机和导航数据库组成。 各个系统之间相互配合，共同实现高精度的导航定位服务。
GPS导航定位在现代生活中起着重要作用，未来仍面临挑战和机遇。 不断提升技术和应用，GPS导航定位将为我们带来更好的导航体验和便利性。
GPS导航定位的技术
GPS导航定位技术经历了多年的发展，并不断提高精度和功能。 未来，GPS导航定位技术将进一步发展，包括更高的精度、更多的应用领域和 增强现实导航等。
GPS导航定位的应用
GPS导航定位在车辆导航中被广泛应用，提供行驶指引、实时交通信息和路径 规划。
此外，GPS导航定位还在船舶导航和航空导航中起着关键作用，提高安全性和 效率。
《GPS定位原理》PPT课件_OK
❖ 定位速度快，实时定位 ❖ 可提高测距精度 ❖ 对信号的强度要求不高，易于捕获
微弱的卫星信号 ❖ 采用的是CDMA（码分多址）技术 ❖ 便于对系统进行控制和管理
2021/8/20
27
5.2.2 伪距测量定位原理
伪距测量的观测方程
码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星
钟和接收机钟是完全同步的。但实际上这两台钟之间
49
某一瞬间的载波相位测量值指的是该瞬间 接收机所产生的基准信号的相位(b) 和接收到 的来自卫星的载波信号的相位(a) 之差。因此， 根据某一瞬间的载波相位测量值可求出该瞬间 从卫星到接收机的距离。
❖ GPS的测距码 C/A码：码速1.023MHz, TP=1ms, LP=1023, 码元长度293.052m
2021/8/20Fra bibliotek20P码： 码速10.23MHz,
TP=266天9小时45分55.5秒, LP=235469592765000, 码元长度29.3052m。
实际被截为7天一个周期，共38段，每 一段赋予不同的卫星，卫星的PRN号也由此 得到。
伪距测量（伪距法定位） 载波相位测量
❖ 依定位时效
实时定位 事后定位
❖ 依确定整周模糊度的方法及观测时段的长短：
常规静态定位 快速静态定位
2021/8/20
4
5.1.1静态定位和动态定位
❖ 静态定位
在定位过程中，接收机的位置是固定的，处 于静止状态。这种静止状态是相对的。在卫星大 地测量学中，所谓静止状态，通常是指待定点的 位置，相对其周围的点位没有发生变化，或变化 极其缓慢，以致在观测期内（数天或数星期）可 以忽略。
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微弱的卫星信号 ❖ 采用的是CDMA（码分多址）技术 ❖ 便于对系统进行控制和管理
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5.2.2 伪距测量定位原理
伪距测量的观测方程
码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星
钟和接收机钟是完全同步的。但实际上这两台钟之间
49
某一瞬间的载波相位测量值指的是该瞬间 接收机所产生的基准信号的相位(b) 和接收到 的来自卫星的载波信号的相位(a) 之差。因此， 根据某一瞬间的载波相位测量值可求出该瞬间 从卫星到接收机的距离。
❖ GPS的测距码 C/A码：码速1.023MHz, TP=1ms, LP=1023, 码元长度293.052m
2021/8/20Fra bibliotek20P码： 码速10.23MHz,
TP=266天9小时45分55.5秒, LP=235469592765000, 码元长度29.3052m。
实际被截为7天一个周期，共38段，每 一段赋予不同的卫星，卫星的PRN号也由此 得到。
伪距测量（伪距法定位） 载波相位测量
❖ 依定位时效
实时定位 事后定位
❖ 依确定整周模糊度的方法及观测时段的长短：
常规静态定位 快速静态定位
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5.1.1静态定位和动态定位
❖ 静态定位
在定位过程中，接收机的位置是固定的，处 于静止状态。这种静止状态是相对的。在卫星大 地测量学中，所谓静止状态，通常是指待定点的 位置，相对其周围的点位没有发生变化，或变化 极其缓慢，以致在观测期内（数天或数星期）可 以忽略。
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《GPS卫星导航系统》课件
1 定义
GPS卫星导航系统是一种利用卫星定位技术 的全球定位系统，通过传输和接收卫星信号 来计算位置和航向。
2 历史和发展
GPS卫星导航系统自1970年代初开始开发， 经过多年的发展和改进，已成为世界上最大 规模和最可靠的导航系统之一。
GPS卫星导航系统的原理
组成部分
GPS卫星导航系统由卫星部分、 地面接收设备和用户终端设备 组成。
发展趋势
GPS卫星导航系统将继续发展， 提高定位精度和可靠性，并融 入更多领域。
GPS卫星导航系统的优缺点
优点
GPS卫星导航系统能够提供全球范围内精确定位、导航和定时服务。
缺点
GPS卫星导航系统在某些环境下（如建筑物密集的城市区域）可能会受到信号干扰。
应对方法
通过使用增强型GPS技术、辅助导航系统等方法来弥补GPS卫星导航系统的缺点。
工作原理
通过接收来自卫星的信号并计 算信号传播时间，GPS系统可以 确定接收器的位置和时间。
精度和误差
GPS卫星导航系统的精度受多种 因素影响，包括信号传播延迟、 接收器质量等。
GPS卫星导航系统的应用
军事应用
GPS卫星导航系统在军事中广泛 应用于导航、目标定位和作战 行动等方面。
民用应用
GPS卫星导航系统在民用领域被 广泛应用于航海、交通、航空、 旅游等方面。
2 未来前景
随着技术的进步和需求的增加，GPS卫星导航系统的未来前景非常广阔。
3的技术创新，以满足不断变化的需求和挑战。
GPS卫星导航系统的未来发展
1
技术趋势
GPS卫星导航系统将继续改进和发展，
应用环境变化
2
提高定位精度和导航功能。
随着科技的发展，GPS卫星导航系统将
第五章--GPS卫星定位的基本原理ppt课件
周跳修复的必要性
➢相位观测值中存在周跳，相当于观测值中存在粗 差，将会严重影响GPS基线解算过程中的最小二 乘估计，使基线解算失败或严重歪曲基线解算的 结果。在GPS动态定位中，如数值为1周的周跳不 修复，将会导致数十厘米的误差。这对于高精度 的GPS测量是无法接受的。
➢周跳的探测与修复是GPS载波相位数据处理中不
编辑版pppt
3
5.1 概述
空 间 距 离 交 会 原 理 图
编辑版pppt
4
5.1 概述
GPS卫星定位的基本原理
观测方程
P点的三维坐标（X，Y，Z）
编辑版pppt
5
5.1 概述
GPS卫星定位方法分类
❖ 依据测距的原理划分： 1）伪距法定位 2）载波相位测量定位 3）差分GPS定位
编辑版pppt
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30
• 动态解算整周未知数的方法，其应用尚有一定的局限
5.5 GPS绝对定位与相对定位
GPS绝对定位的精度
▪ 受卫星轨道误差、钟差以及信号传 播误差等影响，定位精度较低
- 静态绝对定位精度约为米级 - 动态绝对定位精度为10-40m
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31
5.5 GPS绝对定位与相对定位
6
5.1 概述
GPS卫星定位方法分类（续）
❖ 根据待定点的运动状态划分：
1）静态定位：对于固定不动的待定点，将
GPS接收机安置于其上，观测数分钟乃至更长的时 间，以确定该点的三维坐标，又叫绝对定位。
2）动态定位：若以两台GPS接收机分别置于
两个待定点上，则通过一定时间的观测，可以确定 两个待定点之间的相对位置，又叫相对定位。
为单位)后即可得到λN0 。 •将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法
➢相位观测值中存在周跳，相当于观测值中存在粗 差，将会严重影响GPS基线解算过程中的最小二 乘估计，使基线解算失败或严重歪曲基线解算的 结果。在GPS动态定位中，如数值为1周的周跳不 修复，将会导致数十厘米的误差。这对于高精度 的GPS测量是无法接受的。
➢周跳的探测与修复是GPS载波相位数据处理中不
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5.1 概述
空 间 距 离 交 会 原 理 图
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5.1 概述
GPS卫星定位的基本原理
观测方程
P点的三维坐标（X，Y，Z）
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5.1 概述
GPS卫星定位方法分类
❖ 依据测距的原理划分： 1）伪距法定位 2）载波相位测量定位 3）差分GPS定位
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• 动态解算整周未知数的方法，其应用尚有一定的局限
5.5 GPS绝对定位与相对定位
GPS绝对定位的精度
▪ 受卫星轨道误差、钟差以及信号传 播误差等影响，定位精度较低
- 静态绝对定位精度约为米级 - 动态绝对定位精度为10-40m
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5.5 GPS绝对定位与相对定位
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5.1 概述
GPS卫星定位方法分类（续）
❖ 根据待定点的运动状态划分：
1）静态定位：对于固定不动的待定点，将
GPS接收机安置于其上，观测数分钟乃至更长的时 间，以确定该点的三维坐标，又叫绝对定位。
2）动态定位：若以两台GPS接收机分别置于
两个待定点上，则通过一定时间的观测，可以确定 两个待定点之间的相对位置，又叫相对定位。
为单位)后即可得到λN0 。 •将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法
gps培训课件
志 • 编制作业进度计划，进行星历预报 • 外业观测和概算 • 内业处理和检验 • 坐标系统转换和高程拟合 • 成果报告的编制和资料验收
1. GPS控制网的技术设计
一. 控制网的应用范围 二. 分级布网
大城市可分3级,中小城市可分2级
三. GPS测量的精度标准 σ = a2(b*d*106)2
四. 坐标系统与起算数据
点应设在视野开阔和容易到达的地方，联测方向。
可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。
根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定 的几何图形，基本形式有：
1. 三角形网 2. 环形网 3. 星形网
(1)、三角形网
优点：
图形几何结构强，具有较多 的检核条件，平差后网中相 邻点间基线向量的精度比较 均匀。
独立的。
GPS 控制网的观测基线
仪器台数 同步图形 独立基线
N=2 N=3
N=4
N=5
GPS网设计的一般原则
应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的 可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且分 布均匀。
应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度的水准联测点 。
(4~11)
（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）
Colorado springs
55
Hawaii
GSP 地面控制站分布
kwajalein
Ascencion Diego Garcia
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司(推遍星历及修正参数、时间基准、轨道
纠偏、启动备用卫星）
三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋
，L1和L2上的 P 码或 Y 码，还有卫星轨道信息 • 所有信号均由同一个震荡器产生
1. GPS控制网的技术设计
一. 控制网的应用范围 二. 分级布网
大城市可分3级,中小城市可分2级
三. GPS测量的精度标准 σ = a2(b*d*106)2
四. 坐标系统与起算数据
点应设在视野开阔和容易到达的地方，联测方向。
可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。
根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定 的几何图形，基本形式有：
1. 三角形网 2. 环形网 3. 星形网
(1)、三角形网
优点：
图形几何结构强，具有较多 的检核条件，平差后网中相 邻点间基线向量的精度比较 均匀。
独立的。
GPS 控制网的观测基线
仪器台数 同步图形 独立基线
N=2 N=3
N=4
N=5
GPS网设计的一般原则
应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的 可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且分 布均匀。
应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度的水准联测点 。
(4~11)
（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）
Colorado springs
55
Hawaii
GSP 地面控制站分布
kwajalein
Ascencion Diego Garcia
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司(推遍星历及修正参数、时间基准、轨道
纠偏、启动备用卫星）
三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋
，L1和L2上的 P 码或 Y 码，还有卫星轨道信息 • 所有信号均由同一个震荡器产生
《GPS定位系统》课件
GPS硬件构成
卫星
GPS软件构成
软件平台
GPS硬件构成
接收机
GPS软件构成
S信号传输原理
通过卫星传输GPS信号到接收机
3 GPS信号处理原理
对接收到的GPS信号进行处理和计算
2 GPS信号接收原理
接收机接收并解读GPS信号
GPS定位系统的应用
• 军事领域 • 民用领域 • 科学领域
GPS定位系统在各领域发挥着重要作用，推动了现代导航和定位技术的发展。
2 GPS定位系统的应用前景
随着技术的不断发展，GPS定位系统的应用前景将更加广阔，为人们的生活带来更多便 利。
GPS定位系统的优缺点
优点
• 便捷准确 • 大范围覆盖 • 全天候使用
缺点
• 受信号干扰 • 定位误差存在 • 隐私问题
GPS定位系统的发展前景
发展趋势
• 定位精度提升 • 应用领域拓展 • 技术与智能设备结合
发展方向
• 增强定位性能 • 解决现有问题 • 保护用户隐私
结论
1 GPS定位系统的重要性
《GPS定位系统》PPT课 件
GPS定位系统是一种使用全球卫星导航系统来确定位置的技术。通过介绍 GPS定位系统的概述、构成、工作原理、应用领域、优缺点和发展前景，本 课件将带您深入了解这一重要技术。
什么是GPS定位系统
• GPS系统概述 • GPS定位与原理 • GPS定位技术的应用领域
GPS定位系统的构成
《Gps测量基础》课件
GPS数据处理算法
使用算法对GPS数据进行分析和 处理，提取有用的信息。
GPS数据处理流程
将采集到的GPS数据进行清理、 筛选、转换和分析。
GPS应用
1
GPS在地图制图中的应用
GPS技术可以帮助绘制精确的地图，并提供导航和定位功能。
2
GPS在导航系统中的应用
GPS导航系统可用于车辆导航、船舶导航等领域，方便用户准确到达目的地。
3
GPS在军事与航海中的应用
军事和航海领域利用GPS技术进行定位、导航和目标追踪等操作。
GPS未来发展
GPS技术发展概述
未来GPS技术将更加精确、智能 化，能够应对更多复杂的定位需 求。
GPS技术趋势展望
新的GPS技术趋势包括增强导航 功能、室内定位、自动驾驶和无 人机等。
GPS行业前景预测
GPS技术将在交通、通信、军事 等领域继续发挥重要作用，有着 广阔的应用前景。
《Gps测量基础》PPT课 件
欢迎来到《Gps测量基础》PPT课件，本课程将带您深入了解GPS测量的基本原 理、应用和未来发展。准备好开始您的GPS之旅吧！
GPS概述
GPS定义
全球定位系统（GPS）是一种 基于卫星导航的技术，用于 确定地球上任意位置的地理 坐标。
GPS分类
GPS可以分为无差分GPS和差 分GPS，差分GPS在测量精度 上比无差分GPS更高。
总结
GPS测量基础知识的重 要性
深入了解GPS的基础知识对于 正确应用和解读GPS数据至关 重要。
GPS的应用前景
GPS技术在各个领域的应用将 带来更多便利和创新。
GPS在未来的发展方向
GPS技术将不断发展，并与其 他技术相结合，为我们带来 更强大的定位和导航能力。
GPS的基本知识ppt课件
(f0=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载波上的信号包括的C/A码，P码和D码,其中：
• C/A码 (粗码，对应的波长为293.1m)。
(1)选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权； (2)网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或拟稳平差，确 定网的位置基准；
(3)在网中选若干点的坐标值并加以固定； (4)选网中若干点(直至全部点)的坐标值并给以适当的权。
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
(1)编制GPS卫星可见性预报图：利用卫星预报软件，输入测区 中心点概略坐标、作业时间、卫星截止高度角≥15°等，利用不 超过20天的星历文件即可编制卫星预报图。
(2)编制作业调度表：应根据仪器数量、交通工具状况、测区 交通环境及卫星预报状况制定作业调度表。作业表应包括：
• 观测时段(测站上开始接收卫星信号到停止观测，连续工 作的时间段)，注明开、关机时间；
• 测站号、测站名；接收机号、作业员；
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
2、野外观测
野外观测应严格按照GPS测量规范的技术设计要求进行。
3 GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是测量学中的空间距离交会方法。
S1
SS22：
• 按观测值的不同，分为伪距观测定位 和载波相位测量定位；
• 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分，有单点定位 (绝对定位)和差分定位(相对定位)； • 根据接收机的运动状态可分为静态定位 和动态定位。
网的图形设计
• 调制在L载波上的信号包括的C/A码，P码和D码,其中：
• C/A码 (粗码，对应的波长为293.1m)。
(1)选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权； (2)网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或拟稳平差，确 定网的位置基准；
(3)在网中选若干点的坐标值并加以固定； (4)选网中若干点(直至全部点)的坐标值并给以适当的权。
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
(1)编制GPS卫星可见性预报图：利用卫星预报软件，输入测区 中心点概略坐标、作业时间、卫星截止高度角≥15°等，利用不 超过20天的星历文件即可编制卫星预报图。
(2)编制作业调度表：应根据仪器数量、交通工具状况、测区 交通环境及卫星预报状况制定作业调度表。作业表应包括：
• 观测时段(测站上开始接收卫星信号到停止观测，连续工 作的时间段)，注明开、关机时间；
• 测站号、测站名；接收机号、作业员；
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
2、野外观测
野外观测应严格按照GPS测量规范的技术设计要求进行。
3 GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是测量学中的空间距离交会方法。
S1
SS22：
• 按观测值的不同，分为伪距观测定位 和载波相位测量定位；
• 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分，有单点定位 (绝对定位)和差分定位(相对定位)； • 根据接收机的运动状态可分为静态定位 和动态定位。
网的图形设计
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• P码(精码，对应的波长为29.3m)。
• 测距码：粗码和精码；
• D码 为卫星导航电文，数据率为50bps。若测距精度为
波长的百分之一，则C/A码和P码的测距精度为2.93m和 0.29m。
图3：GPS信号的结构
二、地面监控部分
• 地面监控系统：由一个主控站、三个注入站 和五个监测站 组
成。
• 该系统是美国从70年代开始研制，历时20年，耗资200亿 美元，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三 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：全球覆盖、全天候、高精度、自动化、实时三维动 态定位、高效益无用户数量限制、应用广泛等。
• 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。其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。
• 导航电文：GPS用户所需要的一项重要信息，通过导航电
文能确定GPS卫星在各时刻的具体位置。
• 监测站主要任务： 为主控站编算导航电文提供原始观测数据
。每个监测站上都有GPS接收机对所见卫星观测，采集环境要素 等数据，经初步处理后发往主控站。
三、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。
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：
a) 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可以精确测定测站的平面位置和大地 高。
c) 观测时间短：快速静态相对定位法，观测时间可少至数分钟 ；实时动态定位(RTK) 可提供厘米级的实时三维定位。
• 主控站作用： 收集各个监测站所测观测值、环境要素等数据
，计算每颗GPS卫星的星历、时钟改正量、状态数据、以及信号 的大气层传播改正，并按一定的形式编制成导航电文，传送到 主控站：此外还控制和监视其余站的工作情况并管理调度GPS卫 星。
• 注入站作用： 将主控站传来的导航电文，分别注入到相应的
GPS卫星中，通过卫星将导航电文传递给地面上的广大用户。
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；
——受地面监控站的指令，调整卫星姿态和 启用备用卫星；
——进行必要的数据处理工作；
——通过星载的高精度原子钟提供精密的标 准时间；
——向用户广播GPS信号。
GPS信号
• GPS 卫星广 播的 GPS 信 号 是 定 位 基 础 ， 它 由 基 准 频 率
• 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。
• 静态定位时接收机是静止不动的，动态定位是确定安置接收机 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 和载波相位相对 定位，其他的定位模式均识
主要内容
概述 GPS定位系统的组成 GPS卫星定位的基本原理 GPS测量的实施 GPS测量的作业模式
1 概述
全球定位系统(GPS)是“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。
一、空间部分(GPS卫星星座)
• 共有24颗GPS工作 卫星构成GPS卫星星 座。
• 地球上任何地方、 高 度 角 在 15 以 上 的 空间，可同时观测到 4～12颗卫星,卫星分 布在6个面相对于地 球赤道面倾斜角为 55 的 近 圆 形 轨 道 面 上，高度距地面约 2.02万km。
GPS星座示意图
• 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。
一、伪距单点定位
• 伪距 就是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。
2 GPS定位系统的组成
• GPS定位技术：空中GPS卫星向地面发射信号，地面用户接 收机实时地连续接收，并计算出接收机位置。
• GPS的组成：(1) GPS卫星星座(空间部分)；(2) 地面监控系统( 地面控制部分)；(3) GPS用户接收机(信号接收处理部分)。
全球定位系统(GPS) 构成示意图
(f0=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载波上的信号包括的C/A码，P码和D码,其中：
• C/A码 (粗码，对应的波长为293.1m)。
3 GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是测量学中的空间距离交会方法。
S1
SS22
S3
S4
GPS接收机
Ti
GPS定位方法：
• 按观测值的不同，分为伪距观测定位 和载波相位测量定位；
• 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分，有单点定位 (绝对定位)和差分定位(相对定位)； • 根据接收机的运动状态可分为静态定位 和动态定位。
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数据处理也由软件自动完成。
e) 全天候作业：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。
• 测距码：粗码和精码；
• D码 为卫星导航电文，数据率为50bps。若测距精度为
波长的百分之一，则C/A码和P码的测距精度为2.93m和 0.29m。
图3：GPS信号的结构
二、地面监控部分
• 地面监控系统：由一个主控站、三个注入站 和五个监测站 组
成。
• 该系统是美国从70年代开始研制，历时20年，耗资200亿 美元，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三 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：全球覆盖、全天候、高精度、自动化、实时三维动 态定位、高效益无用户数量限制、应用广泛等。
• 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。其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。
• 导航电文：GPS用户所需要的一项重要信息，通过导航电
文能确定GPS卫星在各时刻的具体位置。
• 监测站主要任务： 为主控站编算导航电文提供原始观测数据
。每个监测站上都有GPS接收机对所见卫星观测，采集环境要素 等数据，经初步处理后发往主控站。
三、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。
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：
a) 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可以精确测定测站的平面位置和大地 高。
c) 观测时间短：快速静态相对定位法，观测时间可少至数分钟 ；实时动态定位(RTK) 可提供厘米级的实时三维定位。
• 主控站作用： 收集各个监测站所测观测值、环境要素等数据
，计算每颗GPS卫星的星历、时钟改正量、状态数据、以及信号 的大气层传播改正，并按一定的形式编制成导航电文，传送到 主控站：此外还控制和监视其余站的工作情况并管理调度GPS卫 星。
• 注入站作用： 将主控站传来的导航电文，分别注入到相应的
GPS卫星中，通过卫星将导航电文传递给地面上的广大用户。
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；
——受地面监控站的指令，调整卫星姿态和 启用备用卫星；
——进行必要的数据处理工作；
——通过星载的高精度原子钟提供精密的标 准时间；
——向用户广播GPS信号。
GPS信号
• GPS 卫星广 播的 GPS 信 号 是 定 位 基 础 ， 它 由 基 准 频 率
• 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。
• 静态定位时接收机是静止不动的，动态定位是确定安置接收机 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 和载波相位相对 定位，其他的定位模式均识
主要内容
概述 GPS定位系统的组成 GPS卫星定位的基本原理 GPS测量的实施 GPS测量的作业模式
1 概述
全球定位系统(GPS)是“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。
一、空间部分(GPS卫星星座)
• 共有24颗GPS工作 卫星构成GPS卫星星 座。
• 地球上任何地方、 高 度 角 在 15 以 上 的 空间，可同时观测到 4～12颗卫星,卫星分 布在6个面相对于地 球赤道面倾斜角为 55 的 近 圆 形 轨 道 面 上，高度距地面约 2.02万km。
GPS星座示意图
• 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。
一、伪距单点定位
• 伪距 就是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。
2 GPS定位系统的组成
• GPS定位技术：空中GPS卫星向地面发射信号，地面用户接 收机实时地连续接收，并计算出接收机位置。
• GPS的组成：(1) GPS卫星星座(空间部分)；(2) 地面监控系统( 地面控制部分)；(3) GPS用户接收机(信号接收处理部分)。
全球定位系统(GPS) 构成示意图
(f0=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载波上的信号包括的C/A码，P码和D码,其中：
• C/A码 (粗码，对应的波长为293.1m)。
3 GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是测量学中的空间距离交会方法。
S1
SS22
S3
S4
GPS接收机
Ti
GPS定位方法：
• 按观测值的不同，分为伪距观测定位 和载波相位测量定位；
• 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分，有单点定位 (绝对定位)和差分定位(相对定位)； • 根据接收机的运动状态可分为静态定位 和动态定位。
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数据处理也由软件自动完成。
e) 全天候作业：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。