卫星定位技术简介
卫星定位技术的历史与进展
卫星定位技术的历史与进展卫星定位技术，顾名思义，是一种利用卫星信号来确定地面位置的技术。
它已成为现代社会中实现精准定位的重要手段之一。
从1978年美国GPS卫星首次发射开始，卫星定位技术经历了近四十年的发展，已经成为人们生活中必不可少的一部分。
历史与起源众所周知，卫星定位技术是由美国发明的。
在上世纪六七十年代，冷战期间，美国政府为了提高自身的军事战备能力，开始研制全球定位系统（GPS）。
1978年，第一颗 GPS 卫星成功发射升空，为卫星定位技术的历程打下了第一块基石。
然而，GPS 卫星的研制和投入使用都需要投入巨额资金。
为此，美国政府开始寻求向其他国家出售 GPS 技术，并与欧盟达成了协议，建立了欧美合作的 Galileo 系统。
当然，GPS 技术并不是最早的卫星定位技术。
苏联在上世纪六七十年代也开始研制自己的卫星定位系统。
然而，由于技术难度和资金问题，该系统并没有像 GPS 那样受到全球的广泛应用。
卫星定位技术的工作原理卫星定位技术主要分为 GPS、GLONASS、Beidou 和 Galileo 四种系统。
其中，GPS 系统是最早投入使用的卫星定位系统，也是最为成熟和可靠的系统之一。
GPS 卫星和其他卫星一样都是环绕地球运行的人造卫星。
当用户需要定位时，其设备会同时接收至少四颗GPS 卫星发出的信号，利用这些信号计算用户所在地的经纬度和高度信息。
由于信号传播速度极快，计算速度也极快，用户只需要数秒钟就可获得位置信息。
此外，各种卫星定位系统之间的协作也可以提高卫星定位的精度和覆盖范围。
例如，欧盟的 Galileo 系统就可以与 GPS 和GLONASS 系统同时使用，提供更稳定更准确的定位服务。
卫星定位技术在不同领域的应用现在，卫星定位技术已经广泛应用于各个领域。
以下是部分应用举例：1. 交通运输：行车导航、交通管理、车辆监控等。
2. 天气预报：卫星数据可以实时反映地球大气层和海洋状况，为气象预报提供数据支持和科学依据。
卫星定位技术—GNSS概述(工程测量)
GNSS的基本定位原理
我们先要清楚几个问题！
根据几何与物理基本原理，利用空间分 布的卫星以及卫星与地面点间距离交会 出地面点位置。
R3
R1
R2
GNSS的基本定位原理
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
1、考虑到各种误差的影响，为了达到 定位精度要求，至少需要同步观测4颗 以上的卫星。
2 、 GPS 定 位 包 括 确 定 一 个 点 的 三 维 坐 标与实现同步这四个未知参数。
2、根据接收机运动状态的不同
动态定位：至少有一台接收机处于运动状态
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位采用的方法主要有哪些？
3、根据接收机的数量
单点定位
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位采用的方法主要有哪些？
3、根据接收机的数量
相对定位
3、未知数：纬度，经度，高程和时间。
GPS系统定位原理图
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位基本原理图所示，有四颗已知坐标的卫星S1（x1，y1，z1），S2（x2，y2，z2）， S3（x3，y3，z3），S4（x4，y4，z4），以及一个位置坐标的观测点rP（x，y，z）。
由 以 上 四 个 方 程 即 可 解 出 观 测 点 的 坐 标 （ x ， y ， x ） 和 本 地 钟 差 tp ， 其 中 c 为 光 速 299792458m/s，从而得到观测点的位置信息。
多个卫星星座
• GPS • GLONASS • BeiDou • Galileo •…
>100颗卫星
增强系统
• WAAS • EGNOS • MASAS •…
GNSS的基本定位原理
卫星导航定位技术概述
卫星导航定位技术概述
卫星导航定位技术是一种利用专用定位卫星系统及其地面发射站测定
地点位置的技术。
由于其高精度、实时性、全球性及条件可控等优势，卫
星导航定位技术已成为当今最先进的定位技术，广泛应用于铁路、桥梁、
道路、水运、航空等各个领域。
卫星导航定位技术有很多种，其中最常用的是基于卫星定位技术的流
行性定位系统（GPS），它是由美国军方发展的现代卫星导航定位系统，
实现全球导航定位，并可供大量用户使用。
GPS 由卫星空间部分和地面信
号处理系统两部分构成，它以若干台绕地轨道卫星作为导航卫星，位于北
美地区（United States）及其它部分地区的全球性控制站负责卫星数据
收发、传输和处理，通过向定位用户发射准确的卫星信号，实现定位和测
距等功能，提供高精度、全球性的定位服务。
卫星导航定位技术的核心是定位卫星系统，它是新一代卫星导航定位
技术的基础，其中包括卫星轨道、地球站网和地面控制站等有机组成部分。
它主要通过地面控制站对卫星进行定时定期的远程控制，掌握每颗卫星的
轨道、姿态和性能参数，从而保证定位卫星系统的准确性和稳定性，并实
现全球定位功能。
卫星定位基础知识
卫星定位基础知识一、引言卫星定位技术是一种利用卫星信号来确定地理位置的方法。
随着科技的不断发展，卫星定位技术已经成为现代社会中不可或缺的一部分，广泛应用于导航、定位、测量等领域。
本文将详细介绍卫星定位的基础知识，包括卫星定位原理、卫星系统组成、定位算法与解算技术、卫星导航信号与接收、位置精度与误差分析、卫星定位应用领域以及卫星导航系统发展历程等方面。
二、卫星定位原理卫星定位的基本原理是利用多颗卫星同时向地面发送信号，地面接收设备接收到这些信号后，通过测量信号的传播时间或频率差异，可以计算出接收设备与卫星之间的距离。
根据这些距离信息，结合卫星的位置信息，就可以确定地面接收设备的位置。
三、卫星系统组成卫星定位系统主要由卫星、地面控制站和用户设备三部分组成。
卫星负责向地面发送信号，地面控制站负责控制卫星的运行和接收地面设备发送的信号，用户设备负责接收卫星信号并计算位置信息。
四、定位算法与解算技术定位算法是确定地面接收设备位置的关键技术。
常用的定位算法有基于伪距的定位算法和基于载波相位观测值的定位算法。
解算技术是对接收到的信号进行处理和分析，以提取出有用的位置信息。
五、卫星导航信号与接收卫星导航信号是卫星发送的用于定位的信号。
地面接收设备通过接收这些信号并对其进行处理和分析，可以提取出位置信息。
为了提高定位精度，现代卫星定位系统通常采用多种信号形式和调制方式。
六、位置精度与误差分析位置精度是衡量卫星定位系统性能的重要指标。
影响位置精度的因素有很多，包括卫星时钟误差、卫星轨道误差、大气层影响、多径效应等。
为了提高位置精度，需要采取一系列措施来减小这些误差的影响。
七、卫星定位应用领域卫星定位技术在许多领域都有广泛的应用，如：1.导航：为用户提供精确的导航服务，帮助用户规划出行路线。
2.定位：为地面设备提供位置信息，用于各种测量和监测任务。
3.军事应用：为军事行动提供精确的位置信息，提高作战效率和安全性。
4.科研领域：用于地球观测、地震监测、气象观测等科研任务。
卫星定位技术在精准农业中的应用
卫星定位技术在精准农业中的应用随着人口增长和气候变化等环境问题的加剧，全球粮食安全越来越受到关注。
在这种情况下，精准农业正在成为农业发展的重要趋势之一。
卫星定位技术作为现代科技中的一项重要应用之一，已经在精准农业中得到了广泛应用。
一、卫星定位技术简介卫星定位技术是通过地球上的卫星系统提供的信号，对目标在地球上的位置进行精确定位和定时测量。
目前常见的卫星定位系统主要有美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统和中国的北斗系统等。
这些系统在全球范围内提供了定位和导航服务，广泛应用于交通运输、计算机网络、地球物理勘探、电信传输等多个领域。
二、卫星定位技术在精准农业中的应用由于卫星定位技术能够精确定位和测量目标位置，因此被广泛应用于现代农业中，尤其是精准农业中。
下面将从土地利用、植被监测和施肥管理三个方面介绍卫星定位技术在精准农业中的具体应用。
1. 土地利用卫星定位技术可以对农田进行三维建模，提高耕作效率和土地利用率。
通过收集并分析农田数据，并利用卫星图像进行土地识别和分类，可以获得种植区域的形状、大小、土壤种类、土壤含水量以及有毒物质污染情况等信息，进而为农田管理提供精确的指导。
此外，卫星定位技术还可以使用水分传感器对农田的水分状况进行监测，调整灌溉计划。
2. 植被监测卫星定位技术可以监测植被的现状和变化情况。
通过收集卫星图像和植被指数等数据，可以对植被盖度、叶面积指数、植株生长状况等进行定量分析和比较。
同时，卫星定位技术还可以进行精准植物识别，辨别出病虫害和作物品种等信息，为施肥、病虫害防治等提供参考。
3. 施肥管理卫星定位技术可以实现农田施肥的精确定位和计量。
通过使用无人机或机器人等工具搭载传感器，进行实时监控并根据植被指数、土壤信息和气象数据等判断施肥的时间、数量和种类。
这样可以有效减少施肥浪费以及对环境及人体的不良影响，提高施肥效率和作物品质。
三、卫星定位技术在精准农业中的优势和不足卫星定位技术在精准农业中的应用具有如下优势：1. 提高了农业生产效率和减少了成本；2. 降低了对农业环境的大量污染；3. 为精准农业管理提供了科学依据，促进了农业可持续发展。
卫星定位系统GLONASS简介
卫星定位系统GLONASS简介卫星定位系统是一种利用卫星和地面设备相互配合的技术，能够提供准确的地理位置信息。
GLONASS（全球导航卫星系统）是俄罗斯开发的一种卫星定位系统，与美国的GPS（全球定位系统）相似，能够在全球范围内提供精确的定位和导航服务。
本文将向读者介绍GLONASS系统的背景、原理、应用领域以及与GPS的比较。
背景GLONASS系统起源于20世纪70年代末，是苏联时期为解决军事需求而研发的一项技术。
当时，GPS系统由于国家安全原因不对外开放，因此苏联决定发起自己的卫星定位系统项目。
随着苏联解体，这个项目陷入困境，但在21世纪初，俄罗斯恢复了对GLONASS的投资并进行了改革，使其成为一个全球性的导航系统。
原理GLONASS由一组在轨道上运行的卫星组成，这些卫星覆盖了地球的各个区域。
使用GLONASS系统，用户的设备通过接收由卫星发射的信号，然后计算出自身的准确经度、纬度和海拔高度。
GLONASS系统与GPS的不同之处在于其卫星数量更多。
目前，GLONASS系统拥有大约30颗活跃的卫星，其中包括24颗用于定位和导航的卫星，其余卫星用于备份和进行系统维护。
与其他卫星定位系统相比，GLONASS系统的卫星数量多，这对于提供更好的全球覆盖和更准确的位置信息至关重要。
应用领域GLONASS系统在各个领域都有广泛的应用。
首先，它被用于车载导航系统，为驾驶员提供准确的导航和路线规划。
此外，GLONASS系统还在船舶、飞机和火车等交通工具上得到应用，用于实时监控和导航。
GLONASS系统还被广泛应用于军事领域，为军队提供战略部署和行动的关键支持。
其高精度和全球覆盖特性使其在导弹、飞机和无人机等军事设备中得到广泛应用。
此外，GLONASS系统还用于灾难救援和应急响应领域。
在灾难发生时，GLONASS系统可以为搜救团队提供准确的位置信息，以加快搜救行动。
与GPS的比较GLONASS系统与GPS系统类似，它们都是卫星定位系统。
GPS卫星导航原理：卫星信号定位技术
GPS卫星导航原理：卫星信号定位技术全球定位系统（GPS）是一种通过卫星信号进行定位的导航技术。
GPS系统由一组卫星、地面控制站和接收设备组成。
以下是GPS卫星导航的基本原理：1. GPS卫星系统组成：卫星： GPS系统由一组绕地球轨道运行的卫星组成，这些卫星携带精确的时钟和GPS系统的控制信息。
地面控制站：位于地球表面的控制站负责监测卫星的状态、时钟校准和轨道调整等任务，以确保系统的正常运行。
接收设备：用户使用的GPS接收器通过接收卫星发射的信号来确定自身的位置。
2. 卫星信号传播原理：GPS卫星发射射频信号，这些信号包含了卫星的位置、时间等信息。
这些信号以电磁波的形式向地球传播。
GPS接收器接收来自多颗卫星的信号，并通过测量信号的传播时间来计算卫星与接收器之间的距离。
3. 距离测量和三边测量原理：GPS接收器通过测量信号传播的时间（即信号的往返时间）来计算卫星与接收器之间的距离。
速度等于距离除以时间。
GPS接收器同时接收多颗卫星的信号，并根据这些卫星与接收器之间的距离，采用三边测量的原理确定自身的位置。
4. 多普勒效应：GPS接收器还利用接收到的信号的多普勒效应，即由于接收器和卫星之间的相对运动，信号频率发生变化。
通过测量频率的变化，接收器可以计算速度。
5. 位置计算：GPS接收器通过测量来自至少三颗卫星的距离，可以在三维空间中确定自身的位置。
更多卫星的信号可以提高精度和稳定性。
6. 误差校正：GPS系统引入了一些误差校正的方法，如差分GPS、增强型GPS等，以提高定位的准确性。
GPS卫星导航系统利用卫星信号的传播时间和多普勒效应，通过测量距离和计算位置，为用户提供准确的定位信息。
该技术在航海、航空、汽车导航、军事应用等领域得到了广泛应用。
卫星定位技术及应用重点
卫星定位技术及应用重点
卫星定位技术是一种通过利用天空中的卫星来确定地球上物体位置的技术。
它是高级技术和计算机技术在航空、轨道、海洋等领域的应用，将位置定位技术引向一个新的高度。
卫星定位技术主要包括全球定位系统（GPS）、伽利略导航系统、北斗导航系统等。
其中最为普及和应用广泛的是GPS系统。
利用卫星定位技术可以极大的提高人类生产力，为国家和人民做出重大贡献。
卫星定位技术在航空和导航领域的应用，可以使飞机、船舶、车辆等运输工具的位置、速度、方向进行精准的测量和定位，使得其安全可靠。
此外，卫星定位技术在军事、测绘、气象、地震预警等领域中也有着广泛的应用。
在航空领域，通过卫星定位技术，可以实现飞行器自动导航和自动驾驶，降低飞行人员的工作负荷和驾驶风险。
在轨道领域，卫星定位技术可以为实现卫星精确定位、导航和控制提供强有力的技术支持。
在海洋领域，卫星定位技术可以帮助船只进行安全导航和渔船定位。
在军事领域，卫星定位技术可以为军方实现兵力部署、精确制导、情报侦查等提供优质的技术保障。
在气象领域，卫星定位技术可以帮助预测天气变化，提高灾害预警和保护人民生命安全的能力。
在地震预警领域，利用卫星定位技术可以实现地震预警信息的及时发布，提高抗震救灾工作的效率和准确度。
总之，卫星定位技术是现代社会不可或缺的重要技术之一，它不仅可以满足人类对空间和地理信息的需求，还能为人类发展提供巨大的推动力量，并有望在未来更加广泛和深入地应用到人们的日常生活中。
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GPS信号接收机的基本构成
天线：（带前置放大器）接收放大GPS信号。 信号处理器：用于信号接收、识别和处理。 微处理器：用于接收机的控制、数据采集和导航计算。 用户信息传输：包括操作板、显示板和数据存储器。 精密振荡器：用以产生标准频率。 电源:一般使用可充电电源。
GPS卫星定位原理
❖ 就是把卫星视为“动态已知点”，在已知其瞬时坐标的条件 下，以GPS卫星和用户接收机天线 之间的距离为观测量， 进行空间距离交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。
GPS卫星信号的内容
❖ 载波信号
L1载波（1575.42MHz）：C/A码、P码、数据码 L2载波（1227.60MHz ) ：P码、数据码
❖ 测距码
C/A码：又称粗码或捕获码，易于捕获但测距精度低。 P码：又称精密测距码或精码，测距精度高。
❖ 数据码
即导航电文，它包含着卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟 运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正、由C/A码捕获P码的信息等。
坐标系
GPS卫星星历
概念：是描述卫星运行轨道和状态的各种参数值 分类：按来源分 1、广播星历：通过卫星发射的导航电文获得的星历。
可实时获得，但精度低 包括17个轨道参数：2个时间参数、6个开普勒轨 道参 数、9个轨道摄动参数 2、实测星历：通过自己的地面卫星跟踪站观测得到 的卫星 星历。 事后计算获得，但精度高
用户接收机部分：接收、跟踪、变换、测量GPS卫星信 号。
GPS的坐标系统
❖ 参心坐标系 是指以参考椭球的几何中心为原点的坐标系统。
❖ 地心坐标系 是指以地球质心为原点的坐标系统。
GPS的坐标系统
WGS-84大地坐标系
几何定义： 坐标系的原点是地球质心。 Z轴指向协议地球极方向。 X轴指向零度子午面和 赤道的交点。 Y轴和ZX轴构成右手
电离层折射、对流层折射、多路径误差 3、与接收设备有关的误差
接收机钟误差、相位中心误差
与GPS卫星有关的误差
❖ 卫星星历误差 1、产生原因：地面监控部分无法准确测定卫星星历。 2、消除途径： 相对定位方法 建立自己的卫星跟踪网独立定轨 轨道松弛法
卫星信号传播误差
❖ 电离层折射误差 （1）产生的原因： （2）减弱误差的途径： 相对定位方法、双频观测
卫星导航定位技术简介
美国卫星定位技术的发展
❖ 第一代卫星导航——子午卫星导航系统 优点：经济快速、精度均匀、不受天气和时间限制 缺点：观测时间长、不能进行连续实时定位、精度 低
❖ 第二代卫星导航——GPS(全球定位系统）
Global Positioning System 分三个阶段：
1、方案论证（1974－1978） 2、系统论证（1979－1987） 3、生产实验（1988－1993）
秒速至几公里
GPS的定位方式
❖ 2、按接收机的数量： （1）单点定位 （2）相对定位 至少有一台接收机要架设在 已知点上 多台接收机同时观测相同的 GPS卫星信号，此观测量 称为同步观测值。
两种定位优缺点：单点定位精度低，相对定位精度高。
X = X` + (ΔX2-ΔX1) Y = Y` + (ΔY2-ΔY1) Z = Z` + (ΔZ2-ΔZ1)
美国的GPS政策
❖ 精密定位服务（PPS）：美国军事部门和其他特许用户。 ❖ 标准定位服务（SPS）：广大民间用户。 ❖ SA（Selective Availability)技术
1、人为降低卫星星历精度
2、在钟频信号中加入高频抖动
❖Hale Waihona Puke AS(Anti-Spoofing)技术
在P码上加上W码成为Y码，Y码严格保密。
GPS系统概况
❖ 定位系统组成 一、空间卫星部分 二、地面监控部分 主控站1个、监测站5个、注入站3个 三、用户接收机部分
GPS系统概况
❖ GPS卫星星座
GPS的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成， 它们均匀分布在6个相对于赤道的倾角为55º的近似圆形轨道 上，每个轨道上有4颗卫星运行，它们距地面的平均高度为 20200KM，运行周期为11小时58分。
电离层改正模型 ❖ 对流层折射误差
相对定位方法、对流层改正模型
水汽辐射计
卫星
1000KM 电离层
50KM 40KM
对流层 地面
卫星信号传播误差
❖ 多路径误差
（1）产生的原因 （2）减弱误差的途径： 恰当选择站址，避开信号 反射物；在天线中设置 抑径板。
小结
❖ 卫星星历误差、电离层折射误差、对流层折射误差是影响 GPS定位精度的主要因素。
公共误差：卫星星历误差、卫星钟误差、电离层折射误 差、对流层折射误差
差分GPS
❖ 概念 差分动态定位 差分静态定位 按照差分改正数的不同 (1) 位置差分 (2) 伪距差分 (3) 载波相位差分 RTK 修正法、差分法
GLONASS全球轨道 导航卫星系统
与GPS在系统组成及定位原理上极为相似 通信方式不同： GLONASS：频分多址FDMA GPS：码分多址CDMA 由于俄罗斯经济形势持续恶化，国防 和航天经费严重不足，
❖ GPS的测量精度与卫星的空中几何分布有关。 1、接收机与卫星所形成的多面体体积越大，测量精度越高。 2、卫星分布越均匀，测量精度越高。
GPS的定位方式
1、按接收机天线所处的状态： （1）静态定位 ： （2）动态定位： 用户的广泛性、定位的实时性、速度的多异性 低动态：秒速至几十米、中等动态：秒速至几百米、高动态：
❖ 三球交会
GPS卫星定位原理
P=[(X-x) ²+(Y-y) ²+(Z-z) ²]½ ①
p`=p+ △ p ②
△ p=c* △ t
③
p`=[(X-x) ²+(Y-y) ² +(Z-z) ²]½
+c* △ t ④ 观测方程
GPS卫星定位误差
主要误差源： 1、与GPS卫星有关的误差
卫星星历误差、卫星钟误差、相对论效应 2、与信号传播有关的误差
GPS卫星星座均匀覆盖全球表面，保证全球任何时间、 任何地点的用户能够至少同时观测到4颗星。
GPS系统概况
各组成部分作用
卫星部分：向用户连续播发导航电文。 地面监控部分
监测站：对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。
主控站：采集数据、编辑导航电文、诊断功能、调整卫 星。 注入站：向卫星注入导航电文。