GPS讲义princle
《GPS绝对定位原》课件
GPS信号接收器通常采用高精度 振荡器来确保时间基准的准确性
。
GPS信号接收器的使用方法
01
开启GPS信号接收器， 搜索并锁定至少四颗 GPS卫星信号。
02
等待接收机计算出位置 和时间信息，通常需要 几秒钟时间。
03
使用GPS信号接收器的 导航功能，输入目的地 坐标或地名，获取导航 路线和指示。
交通导航
车辆导航
为驾驶员提供准确的定位和导航 服务，避免迷路和走错路线。
航空导航
为飞机提供精确的定位和导航信 息，确保飞行安全。
地质测量
矿产资源勘探
通过GPS进行地质测量，帮助寻找和 确定矿产资源的分布和储量。
地形地貌测绘
对地形地貌进行精确测量，为土地规 划、城市建设和环境保护提供数据支 持。
气象观测
04
在行驶过程中，保持接 收器与卫星的持续通信 ，以便实时更新位置和 导航信息。
04
绝对定位的误差来源
卫星轨道误差
卫星轨道误差是指卫星在地球轨道上 运行时产生的偏差，可能是由于地球 引力、太阳辐射压和其他因素的影响 。
轨道误差可以通过轨道修正模型进行 修正，以减小其对定位精度的影响。
轨道误差会导致卫星位置和速度的不 准确，从而影响GPS定位的准确性。
气象监测
利用GPS观测气象数据，如风速、风向、气压等，为天气预报提供准确数据。
气候变化研究
通过GPS观测地球气候变化，为气候变化研究提供重要数据支持。
THANKS
感谢观看
受多种因素影响，包括 卫星轨道误差、信号传 播误差、接收机误差等
。
实时定位精度
通常在10米左右，但在 某些条件下可达到厘米
级精度。
《第一节 什么是GPS》讲义
《第一节什么是GPS》讲义同学们好，今天咱们要开启一段超级有趣的学习之旅，来了解一下全球定位系统，也就是GPS。
这个GPS啊，就像是我们生活中的一个超级智能小助手，不过在深入了解它之前呢，我先给大家讲个我自己的小故事。
有一次我去一个特别大的森林公园游玩，那公园大得就像一个迷宫似的。
我走着走着就迷路了，周围全是树，根本分不清东南西北。
当时我就想啊，要是能有个东西告诉我我现在在哪儿，该往哪儿走就好了。
这时候呢，我就想到了GPS。
要是我的手机有信号能打开GPS，那我肯定能轻松找到出口。
那这个GPS到底是个啥神奇的东西呢？咱们这就来好好讲讲。
一、GPS的诞生背景在以前啊，人们要确定自己的位置可不容易。
比如说古代的航海家们，他们在茫茫大海上航行，只能依靠星星、太阳的位置，还有一些简单的航海工具，像罗盘之类的。
但是这些方法呢，都不是很精确，而且很容易受到天气等因素的影响。
随着科技的不断发展，人们对精确位置信息的需求越来越大。
不管是在军事上，军队需要准确知道自己的位置，敌人的位置，这样才能制定出好的作战计划；还是在民用方面，像我们刚刚说的在大森林里迷路了，或者是在城市里找一个不熟悉的地方，都需要一种能精确确定位置的工具。
于是，GPS就应运而生了。
二、GPS的基本概念GPS呢，简单来说，它是一个由卫星组成的系统。
这些卫星就像一个个在空中的小灯塔，它们在距离地球很远的太空中绕着地球转。
GPS 系统主要由三大部分组成，这就像是一个团队，每个部分都有自己重要的任务。
1. 空间部分空间部分就是那些在天上的卫星啦。
GPS的卫星可不少，一共有24颗卫星（当然还有一些备用卫星）。
这些卫星均匀地分布在6个轨道平面上，就像把24个小卫士安排在6个不同的岗位上，这样就能保证在地球的任何一个地方，至少能接收到4颗卫星的信号。
为什么要至少4颗卫星呢？这就像我们要确定一个点在三维空间中的位置，需要知道三个坐标（x、y、z），再加上一个时间参数，这样才能准确地定位，所以至少需要4颗卫星的信号才行。
《全球定位系统及其应用》 讲义
《全球定位系统及其应用》讲义全球定位系统及其应用讲义一、全球定位系统（GPS）的概述全球定位系统，英文全称为 Global Positioning System，简称 GPS。
它是一种基于卫星的导航系统，能够为全球用户提供高精度的定位、导航和时间信息。
GPS 系统由三大部分组成：空间部分、地面控制部分和用户设备部分。
空间部分由 24 颗卫星组成，这些卫星分布在 6 个轨道平面上，以确保在地球上的任何位置、任何时间都至少能接收到4 颗卫星的信号。
地面控制部分包括监测站、主控站和注入站，它们负责监测卫星的运行状态、计算卫星轨道和时钟参数，并将这些信息上传至卫星。
用户设备部分则是我们常见的 GPS 接收机，如手机、车载导航仪、手持GPS 设备等。
GPS 系统的工作原理是通过测量卫星与接收机之间的距离来确定接收机的位置。
卫星会不断发送包含其位置和时间信息的信号，接收机接收到这些信号后，通过计算信号的传播时间，就可以计算出卫星与接收机之间的距离。
然后，利用至少 4 颗卫星的距离信息，通过三角测量原理，就可以确定接收机在地球上的位置（包括经度、纬度和高度）。
二、GPS 的特点和优势1、高精度GPS 能够提供非常高的定位精度，在理想条件下，甚至可以达到厘米级的精度。
这使得它在诸如测绘、地质勘探、精准农业等领域得到广泛应用。
2、全天候无论白天黑夜、晴天雨天，GPS 系统都能正常工作，不受天气和时间的影响。
3、全球覆盖GPS 信号覆盖全球，用户在地球上的任何地方都可以使用 GPS 进行定位和导航。
4、实时性GPS 能够实时提供位置和速度信息，这对于交通运输、军事等需要实时掌握动态的领域非常重要。
5、多功能除了定位和导航，GPS 还可以用于时间同步、测量速度、监测地壳运动等多种应用。
三、GPS 在日常生活中的应用1、汽车导航这是我们最常见的应用之一。
通过车载 GPS 导航仪或手机上的导航软件，我们可以轻松规划路线、避开拥堵路段，准确到达目的地。
《全球定位系统及其应用》 讲义
《全球定位系统及其应用》讲义一、全球定位系统（GPS）简介全球定位系统，简称 GPS，是一种基于卫星的导航系统，能够为全球用户提供高精度的位置、速度和时间信息。
它最初是由美国国防部开发的，旨在为军事行动提供精确的定位支持，但随着技术的发展和普及，GPS 已经广泛应用于民用领域，成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
GPS 系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分和用户设备部分。
空间部分由 24 颗卫星组成，这些卫星分布在 6 个轨道平面上，以确保在地球上的任何地点、任何时间都至少能接收到4 颗卫星的信号。
卫星不断地向地球发送包含其位置和时间信息的无线电信号。
地面控制部分包括主控站、监测站和注入站。
主控站负责收集和处理来自监测站的数据，计算卫星的轨道和时钟参数，并将这些信息发送给卫星。
监测站负责监测卫星的运行状态，收集卫星信号数据。
注入站则负责将主控站计算得到的导航信息注入到卫星中。
用户设备部分则是我们通常所说的 GPS 接收器，它可以是手持式设备、车载导航系统、智能手机中的 GPS 模块等。
用户设备接收来自卫星的信号，并通过计算接收到的信号的时间差来确定自己的位置、速度和方向。
二、GPS 工作原理GPS 的工作原理基于三角测量原理。
当 GPS 接收器接收到来自至少 4 颗卫星的信号时，它可以通过测量信号从卫星传播到接收器所需的时间，来计算出卫星与接收器之间的距离。
由于卫星的位置是已知的，通过多个卫星与接收器之间的距离信息，就可以通过数学计算确定接收器在地球上的位置。
具体来说，GPS 接收器会测量卫星信号的传播时间，并将其乘以光速，得到卫星与接收器之间的距离。
由于信号传播时间的测量存在一定的误差，因此计算得到的距离也被称为“伪距”。
为了更精确地确定位置，GPS 接收器还会考虑卫星时钟与接收器时钟之间的误差，以及大气层对信号传播的影响等因素。
通过同时接收到来自至少4 颗卫星的信号，并进行复杂的数学计算，GPS 接收器可以解算出自己在地球上的三维位置（经度、纬度和高度）、速度和时间。
《全球定位系统及其应用》 讲义
《全球定位系统及其应用》讲义一、全球定位系统（GPS）的概述全球定位系统，简称 GPS，是一种基于卫星的导航系统，它能够为全球范围内的用户提供精确的位置、速度和时间信息。
GPS 最初是由美国国防部开发的，主要用于军事目的，但随着技术的不断发展和普及，它已经广泛应用于民用领域，如交通运输、测绘、农业、救援等。
GPS 系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分和用户设备部分。
空间部分由 24 颗卫星组成，这些卫星分布在 6 个轨道平面上，每个轨道平面上有 4 颗卫星。
地面控制部分包括主控站、监测站和注入站，它们负责监测卫星的运行状态、计算卫星的轨道参数，并将这些信息发送给卫星。
用户设备部分则是指各种接收GPS 信号的设备，如手机、车载导航仪、手持 GPS 接收机等。
GPS 系统的工作原理是通过测量卫星信号的传播时间来计算用户设备与卫星之间的距离，然后利用多颗卫星的距离信息和卫星的位置信息，通过三角测量的方法来确定用户设备的位置。
GPS 系统能够提供非常精确的位置信息，在理想条件下，其定位精度可以达到厘米级。
二、全球定位系统的应用领域1、交通运输在交通运输领域，GPS 发挥着至关重要的作用。
例如，汽车导航系统可以帮助驾驶员规划最佳路线，避免交通拥堵，提高出行效率。
此外，GPS 还可以用于车辆跟踪和监控，方便运输公司对车队进行管理，确保货物的安全运输。
在航空领域，GPS 可以为飞机提供精确的导航信息，帮助飞行员准确地到达目的地。
在航海领域，GPS 可以帮助船只避开危险区域，确保航行安全。
2、测绘测绘是 GPS 的一个重要应用领域。
传统的测绘方法需要大量的人力和物力，而且精度有限。
而 GPS 技术的出现，大大提高了测绘的效率和精度。
通过使用GPS 接收机，可以快速、准确地测量地面点的坐标，绘制出高精度的地图。
此外，GPS 还可以用于监测地壳运动、土地沉降等地质现象。
3、农业在农业领域，GPS 也有广泛的应用。
第07章讲义GPS定位原理
二、GPS定位的基本原理
B C
A
ρ2
ρ1
ρ3
D
ρ4
确定卫星与接收机之间的距离ρ为。
GPS定位就是把卫星看成是“飞行”的控制点，根据测量的 星站距离，进行空间距离后方交会，确定地面接收机的位置。
A2 (x xA)2 (y yA)2 (z zA)2
B2 (x xB)2 (y yB)2 (z zB)2
C2 (x xC)2 (y yC)2 (z zC)2
D2 (x xD)2 (y yD)2 (z zD)2
其中：xA，yA，zA为A点的空间直角坐标： xB，yB，zB为B点的空间直角坐标； xC，yC，zC为C点的空间直角坐标； xD，yD，zD为D点的空间直角坐标。
地面控制部分
Colorado springs
55
Hawaii
Ascencion Diego Garcia
kwajalein
一个主控站： Colorado springs 三个注入站： Ascencion
Diego Garcia
kwajalein 五个监测站=1个主控站+3个注入站+ Hawaii
地面控制部分 ——监测站
功能多、精度高，连续提供动态目标的 三维位置信息、三维速度和时间信息
实时定位速度快 抗干扰性能好，保密性强
对大地测量的优势
• 作用灵活，操作简便
– 无需站间通视，与地面点的几何图形无关
• 定位精度高 • 观测时间短，经济效益高 • 全天候作业
GPS 系统的组成
GPS基础知识培训课件
2023《gps基础知识培训课件》•GPS概述•GPS基础知识•GPS应用领域目录•GPS技术拓展•GPS市场现状与趋势•GPS未来展望01 GPS概述全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是一种基于卫星导航定位系统的空间信息基础设施，由美国政府于1970年代开始研制并逐步投入使用。
GPS由空间部分、地面控制系统和用户系统三大部分组成。
GPS采用无源信号接收和多路径干扰抑制技术，能够提供高精度的位置、速度和时间信息。
GPS定义GPS发展历程1970年代初，美国开始研制GPS，1994年全面建成并投入使用。
20世纪末，我国开始自主研制卫星导航系统，2000年成功发射第一颗北斗导航试验卫星。
2018年，中国第三代导航卫星系统“北斗三号”完成全球组网，标志着中国成为世界上第三个拥有全球卫星导航系统的国家。
空间部分由24颗GPS卫星组成，其中21颗工作卫星和3颗备用卫星。
这些卫星分布在6个轨道平面上，每个轨道平面有4颗卫星。
地面控制系统由主控站、监控站和注入站三部分组成。
主控站负责处理所有卫星的观测数据，监控站负责监测各卫星的工作状态和信号质量，注入站负责将导航电文和其他数据注入到卫星上。
用户系统由GPS接收机和数据处理软件组成。
GPS接收机接收来自卫星的信号并提取出导航电文和伪距观测值，数据处理软件根据这些数据计算出用户的位置、速度和时间信息。
GPS系统组成02GPS基础知识伪距测量GPS定位的基本原理是伪距测量。
用户接收机通过测量卫星信号的传播时间，计算出卫星信号的传播距离，从而得到用户位置与卫星之间的伪距。
卫星导航系统GPS是一种基于卫星的导航系统，它利用高轨道卫星为地球表面或近地空间的用户提供导航和定位服务。
多路径效应在GPS测量中，由于地形、建筑物和其他物体反射卫星信号，导致接收机接收到多个信号，这种现象称为多路径效应。
GPS定位原理GPS测量方法静态测量静态测量是指将接收机固定在地面某一点，连续接收卫星信号并记录数据，最后对数据进行处理和计算得到高精度测量结果的方法。
2024版《GPS基本原理培训》课件
衡量接收机在干扰环境下的性能指标，如抗多径干扰、抗同 频干扰和抗欺骗式干扰等能力。
04
误差来源分析与处理方法
卫星钟差、星历误差及相对论效应
卫星钟差
由于卫星上原子钟与地面标准时 间之间的差异导致的误差。处理 方法包括使用地面监测站对卫星 钟进行校准，以及通过差分技术
消除钟差影响。
星历误差
接收机噪声
由于接收机内部电子元件热噪声等引起的误差。处理方法包括使用高性能的接收机设备，降低接收机内部噪声水 平；通过长时间观测和数据处理提高定位精度。
05
差分GPS技术及应用
差分GPS原理及优势分析
01
02
差分GPS原理：利用已 知位置的基准站接收 GPS信号，并与用户接 收机接收到的同一组卫 星信号进行比较，通过 计算两者之间的差异来 修正用户位置，从而提 高定位精度。
关键性能指标评价方法
灵敏度
衡量接收机在弱信号环境下的性能指标，通常以能够捕获和 跟踪的最低信号功率或信噪比来表示。
动态性能
衡量接收机在动态环境下的性能指标，包括加速度、速度和 位置变化的适应性以及快速重新定位能力等。
定位精度
衡量接收机定位结果的准确性指标，通常以水平和高程方向 的误差来表示。定位精度受到多种因素的影响，如卫星几何 分布、大气效应、多径效应等。
采用更先进的调制方式、编码技 术和信号处理算法，提高信号的 传输效率和抗干扰能力；同时， 通过优化信号结构和参数设计， 提升接收机性能和定位精度。
挑战与机遇
新型信号体制的设计将面临技术 实现难度、兼容性问题和市场推 广等方面的挑战。然而，随着技 术的不断进步和应用需求的推动， 新型信号体制将为GPS的发展带 来新的机遇和突破。
GPS的基本知识ppt课件
四、GPS测量误差
GPS卫星在距离地面约20200公里的高空，向 地面上的广大用户发送测距信号和导航电文等 信息。
• 这项工作的主要内容：
• 精度指标的合理确定 • 网的图形设计 • 网的基准设计
精度指标的合理确定度指标，均以网中相邻点之间的距离误差来表示。根据 我国GPS测量规范的要求。
精度指标，直接影响GPS网的布设方案、观测计划、观测 数据的处理方法以及作业的时间和经费。所以，在实际设计 工作中，要根据实际需要确定。
• 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。
三、内业数据处理
根据上述处理所获得的标准化数据文件，便可进行观测数据的 平差计算工作。平差计算的主要内容包括：
•同步观测基线向量的解算。所得到的平差结果为，基线向量 (坐标差)及其相应的方差与协方差。
•观测成果检核与网平差。对各基线向量按网形构成检核同步 环、异步环以及重复观测边的闭合差。检查合格后，就可以 利用上述基线向量的平差结果，作为相关观测量，进行网的 整体平差，消除不符值。平差的结果是网点的空间直角坐标 ，大地坐标和高斯平面坐标，以及相应的方差与协方差。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、位置基准（续）
• GPS应用中所采用的位置基准
– WGS84（World Geodetic System 1984）
• 广播星历 • 由美国国防部研制确定，其原点在地球质心，Z轴指向
2. 载波
• 两种频率的正弦波
• L1：f1 15 .4M 735H 1c z9m , • L2：f1 12 .6M 207H 2c z4m ,
3. 导航电文
• 方波 • 码速：50bps • 内容：
– 广播星历（导航信息） – 卫星钟改正 – 历书（概略星历） – 电离层信息 – 卫星健康状况
Block Ⅰ卫星
一、GPS的空间部分（续）
Block Ⅱ卫星
一、GPS的空间部分（续）
Block ⅡR卫星
一、GPS的空间部分（续）
• GPS星座
– 设计星座：21+3
• 21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星 • 6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角
55 ，周期11h 58min（顾及地球自转，地球-卫星 的几何关系每天提前4min重复一次） • 保证在15高度角以上，能够同时观测到4至8颗 卫星
一、位置基准（续）
• 类型
–习/惯用天体参照系（Conventional Celestial Reference System）
例：ICRF，IERS (International Earth Rotation Service)制定，由500颗河外星系的天体所构成
–习/惯用地面参照系（Conventional Terrestrial Reference System）
• 通过注入站将卫星星历注入卫星，向卫星发送控 制指令
• 卫星维护与异常情况的处理
二、 GPS的控制部分（续）
– 数量：1 – 分布：美国克罗拉多州法尔孔空军基地
• 注入站
– 作用：将导航电文注入GPS卫星 – 数量：3 – 分布：阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚
（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）
二、 GPS的控制部分（续）
一、位置基准（续）
• GPS应用中所采用的位置基准（续）
– WGS84与ITRF的关系
• WGS84地面站坐标精度为1m到2m的精度，ITRF 则为厘米级精度
• 引力常数不同
一、位置基准（续）
• GPS应用中所采用的位置基准（续）
– WGS84与ITRF的关系（续）
• 转换关系
X WG 8S 4cRIX TRF
– 依用途：大地型（测地型）、导航型与授 （守）时型
– 依能否接收测距码（伪距码）：有码与无码 – 依接收伪距码的种类：P码与C/A码 – 依接收不同频率载波的数量：单频与双频
第二节 GPS的位置基准与时间基准
一、位置基准
• 概述
– 坐标系统
原点、坐标轴指向、长度基准
– 惯性系与非惯性系 – 地心系与参心系
GPSprincle
精品jing
第一部分 GPS原理概要
• 发展简史 • 系统组成 • 工作原理 • 信号结构 • 误差来源 • 定位类型
ห้องสมุดไป่ตู้
第一章 GPS发展简史
“哪儿？”与“怎么去？”
现代卫星导航定位系统
• TRANSIT 与CICADA
– 多普勒导航定位系统
• GPS与GLONASS
– NAVSTAR-GPS: NAVigation System with Time And Ranging - Global Positioning System. （美国）
BIH1984.0定义的协议地球极（CTP），X轴指向 BIH1984.0的零子午面与CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构 成右手系。椭球采用IUGG在第17届大会给出的推荐值： 长半轴为6378137，扁率为1/298.257223563。大地水准面 模型采用EGM。
– ITRFyy
• IGS精密星历 • Z轴指向CIO ，利用SLR、VLBI和GPS等技术维持。 • 提供站坐标及速度场信息
二、时间基准（系统）
• 时间的起点和时间的长度 • 时间系统
– 太阳时与恒星时 – 力学时 – 原子时
• GPS时
– 为原子时 – 1980年1月6日0时与UTC一致 – GPS时用GPS周+一周内的秒数来表示
三、GPS信号的结构
1. GPS信号的组成
用于导航定位的GPS信号由三部分组成： • 载波（L1和L2） • 导航电文 • 测距码（C/A码和P(Y)码）
• GPS卫星的类型：
– Block Ⅰ（实验卫星） – Block Ⅱ（正式工作卫星） – Block ⅡA（正式工作卫星） – Block ⅡR（正式工作卫星） – Block ⅡF（正式工作卫星）
一、GPS的空间部分（续）
• GPS卫星的组成：
– 原子钟 – 无线电发射器 – 计算机
一、GPS的空间部分（续）
4. 测距码
• 方波 • 伪随机噪声码 • 两种测距码：
– C/A码 - 粗码
• 码速：1.023MHz • 码元长度：300m
– P(Y)码 - 精码
– GLONASS: GLObal NAvigation Satellite System. （俄罗斯）
第二章 GPS的系统及其信号
第一节 GPS的系统构成
• 空间部分 • 控制部分 • 用户部分 • （地面部分）
一、GPS的空间部分
• GPS的空间部分是由由GPS卫星所组成的 卫星星座所构成。
• 监测站
– 作用：接收卫星数据，采集气象信息，并将 所收集到的数据传送给主控站
– 数量：5 – 分布：夏威夷、主控站及三个注入站
二、 GPS的控制部分（续）
GPS的控制部分
二、 GPS的控制部分（续）
GPS的控制部分
三、GPS的用户部分
• GPS信号接收机
– 采用石英钟
• GPS信号接收机的类型
– 当前星座：26颗
一、GPS的空间部分（续）
GPS卫星星座（=35 ，=90）
一、GPS的空间部分（续）
• 作用
– 发送导航定位信息 – 其他特殊用途（如通讯、检测核暴等）
二、GPS的控制部分
• 组成：主控站、注入站和监测站。 • 主控站
– 作用：
• 收集各检测站的数据，编制导航电文，监控卫星 状态