GPS卫星定位原理及其应用.
GPS全球定位系统原理及应用
GPS全球定位系统原理及应用一、简介GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。
二、GPS发展历程1. GPS实施计划共分三个阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。
从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。
研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
第二阶段为全面研制和试验阶段。
从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。
实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。
第三阶段为实用组网阶段。
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。
1993年底实用的GPS 网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。
2.卫星导航的发展历史1957年十月四日，第一课人造卫星Sputink I（苏联）发射。
1959年，从卫星上发回第一张地球照片。
1960年，从“泰罗斯”与“云雨”气象卫星上获得全球云图。
1971年，美国“阿波罗”对月球表面进行航天摄影测量，且“水手号”对水星进行测绘作业。
目前，空间在轨卫星约为3000颗。
三、定位原理1.GPS构成：①空间部分GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。
gps原理及应用
GPS存在问题（一） GPS存在问题（一） 定位精度
GPS卫星定位因为受到美国军方的SA干扰政策的影 响，而且民用只能接收粗码C/A码，精度受到很大的限 制，目前的定位精度范围是20米左右。
GPS存在问题（二） GPS存在问题（二） 定位方式
GPS的卫星信号传输采用高频传播，不能穿透建筑 物，并且易受到太阳电磁爆的影响，一般GPS接收机必 须见到至少三颗星才可以定位（绝对定位或相对定 位），所以在高楼林立的地方或地下室不能接收到信 号，所以此时此地不能定位。
GPS在公安、 GPS在公安、交通系统中的应用 在公安
车辆GPS定位管理系统 定位管理系统 车辆 车辆GPS定位管理系统主要是由车载GPS自主定位， 结合无线通信系统对车辆进行调度管理和跟踪。已经 研制成功的如车辆全球定位报警系统，警用GPS指挥 系统等。分别用于城市 公共汽车调度管理，风景旅游 区车船报警与调度，海关、公安、海防等部门对车船 的调度与监控。 由于差分GPS设备能够实时地提供精确的位置、速度、 航向等信息，车载GPS差分设备还可以对车辆上的各 种传感器（如计程仪、车速仪、磁罗盘等）进行校准 工作。
GPS系统组成 GPS系统组成 ——空间星座 ——空间星座
全球定位系统的空间部分： 使用24颗高度约2.02万千米的 卫星组成卫星星座； 21+3(备用)颗卫星均为近圆形 轨道，运行周期约为11小时58 分； 均匀分布在六个轨道面上（每 轨道面四颗），轨道倾角为55 度；各个轨道平面之间相距60度，
GPS特点（二） GPS特点（二）
3）实时导航 实时导航： 实时导航 利用GPS定位时，在1s 内 可取得几次位置数据，这种 近乎实时的导航能力对于高 动态用户具有很大的意义。 4）抗干扰能力强、保密性好 ）抗干扰能力强、 GPS采用扩频技术和伪码 技术、用户不发射信号，导 航定位速度快，在战时不易 受到电子战的影响。
gps的原理及其应用
GPS的原理及其应用1. GPS的原理GPS（全球定位系统）是一种通过卫星定位来确定地球上任意位置的系统。
其原理基于距离测量和三角定位。
1.1 距离测量GPS系统中有24颗卫星，它们围绕地球运行并向地面发送精确的时间信号。
用户接收到来自多颗卫星的信号后，通过测量信号的传播时间来计算用户与卫星之间的距离。
1.2 三角定位GPS系统至少需要接收到三颗卫星的信号以确定用户的位置。
通过在三个卫星上的已知位置和与这些卫星之间的距离，可以通过三角计算方法来定位用户的位置。
更多的卫星信号可以提高定位的准确性。
2. GPS的应用2.1 航海和航空GPS在航海和航空领域具有广泛的应用。
航海员和飞行员可以通过GPS确定他们的位置、航向和速度，以便更好地导航和控制航行路径。
2.2 汽车导航现代汽车导航系统几乎都使用了GPS技术。
通过GPS定位，汽车导航系统可以提供实时的导航指引，包括行驶方向、转向提示和道路交通情况等信息，帮助驾驶员更安全、高效地到达目的地。
2.3 手持设备定位手机、平板电脑和手持式GPS设备都可以利用GPS技术来定位。
这使得用户可以随时随地获得自己的地理位置信息，并在地图上查找周边设施、规划路线等。
2.4 建筑和测量在建筑领域和土地测量中，GPS可以提供准确的位置信息。
这对于工程测量、土地勘测和建筑设计等方面非常重要。
2.5 军事应用军事部门是GPS技术最早应用的领域之一。
GPS系统为军队提供了高精度的导航、目标定位和时间同步等功能，对于军事行动的成功至关重要。
2.6 太空探索在太空探索中，GPS系统被用于监测和导航航天器。
它可以提供准确的时间参考和航向信息，帮助航天器在太空中定位和导航。
2.7 天气预报GPS系统中的卫星可以通过测量大气中水蒸汽的含量来提供天气预报所需的数据。
这些数据对于预测天气模式、监测气候变化非常有帮助。
3. 总结GPS通过距离测量和三角定位原理，可以提供准确的地理位置信息。
它在航海、航空、汽车导航、建筑测量等诸多领域有重要应用。
gps的原理与应用pdf
GPS的原理与应用1. GPS的基本原理GPS（全球定位系统）是一种通过卫星定位的导航系统，它基于卫星的测量技术来确定地理位置、速度和时间。
GPS系统由三个主要部分组成：空间部分、控制部分和用户部分。
1.1 空间部分空间部分由一组24颗运行在距离地球约20000公里的轨道上的卫星组成。
这些卫星被均匀地分布在六个轨道平面上，每个轨道平面上有四颗卫星。
这样可以确保任何地点在任何时刻都能接收到至少四颗卫星的信号。
这些卫星以固定的速度和高度绕地球旋转。
1.2 控制部分控制部分由多个全球监测站和一个主要的控制中心组成。
全球监测站用于跟踪卫星并测量它们的位置和速度。
控制中心负责分析监测站收集到的数据，并计算卫星的精确位置和时钟误差。
控制中心还负责将这些数据发送给卫星，以确保卫星的正常运行。
1.3 用户部分用户部分由GPS接收器组成，这些接收器可以接收卫星发送的信号并计算出用户的位置。
GPS接收器使用三角测量原理来计算出用户的位置。
接收器同时接收来自多颗卫星的信号，并使用这些信号之间的差异来计算出用户与每颗卫星之间的距离。
通过测量多个卫星的距离，接收器可以确定用户的精确位置。
2. GPS的应用GPS技术在各个领域都有广泛的应用，以下是一些典型的应用领域：2.1 车辆导航GPS技术可以用于车辆导航系统，帮助司机快速准确地找到目的地。
车辆导航系统通过接收卫星信号，计算出车辆的当前位置和目的地的位置，然后根据实时交通情况提供最佳的行驶路线和导航指引。
2.2 航空导航GPS技术在航空领域也有广泛的应用。
航空导航系统使用GPS技术来确定飞机的位置、航向和速度，以便飞机能够准确地飞行和降落。
GPS技术还可以用于航空交通管制，帮助调度员更好地管理航班。
2.3 物流管理GPS技术在物流管理中起着重要的作用。
物流公司可以使用GPS技术来实时追踪货物的位置和运输进程，以便更好地管理物流。
同时，GPS技术还可以用于优化路线和调度，提高物流效率。
卫星定位技术的原理与应用
卫星定位技术的原理与应用随着科技的不断发展，卫星定位技术已经成为了我们生活中十分重要的一项技术。
通过卫星定位技术，我们可以知道自己的位置，而且无论在何时何地，只要信号强度足够，就能够精确定位。
本文将会探讨卫星定位技术的原理和应用。
一、卫星定位技术的原理卫星定位技术是通过一系列的卫星来精确测量地球上任何一点的位置。
这些卫星中包括了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略卫星和中国的北斗卫星。
其中GPS是目前使用最为广泛的卫星定位系统，因此我们会以GPS为例来讲解卫星定位技术的原理。
GPS系统由一组运行于卫星轨道上的卫星、地球上的控制站和GPS接收器组成。
GPS卫星利用高精度的原子钟定时，发送跟踪者可用的信号。
GPS接收器接收到卫星发来的信号后，依据其信号的时间差来确定信号所来自的卫星的位置，最终通过三个或更多卫星信号的定位来计算出接收器自己的位置。
这种方法被称作三角定位。
三角定位的原理非常简单。
GPS接收器通过接收三个或更多卫星的信号，通过卫星与接收器之间的距离差异计算出三个或以上的圆，恰好有一个点处在三个圆的交点上，就是接收器的位置。
而这个位置，由于计算精度的增加，可达到亚米级别。
二、卫星定位技术的应用卫星定位技术在很多领域都有广泛的应用。
下面列举一些典型的应用场景。
1. 导航系统导航系统是卫星定位技术的最大应用领域之一。
我们现在非常熟悉的GPS导航系统就是卫星定位技术的一种应用。
导航系统可以帮助司机找到最佳路线，同时也可以帮助船长、飞行员和其他所需导航的人员更好地控制航行。
2. 坐标测量与测绘卫星定位技术也可以用于坐标测量和测绘领域。
通过使用GPS 系统，可以测量出地球上方的某些点的坐标，从而还原出地球上任意一个地点的三维坐标。
3. 精准农业卫星定位技术可以帮助农业生产链的各个环节，包括播种、灌溉和收割。
农民可以通过GPS系统将自己的农田精细地分割成不同的区域，并将适当的量的水和化肥分发给每个区域。
卫星导航定位系统的原理与应用
卫星导航定位系统的原理与应用随着科技的持续发展，卫星导航定位系统在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。
比如，在出行时可以使用导航系统帮助我们找到目的地，或者在农业、林业等领域中，利用导航系统进行精准定位和作业控制等方面的应用。
本文将着重介绍卫星导航定位系统的原理和应用。
一、卫星导航定位系统的原理卫星导航定位系统包括全球定位系统（GPS）、伽利略卫星定位系统、中国北斗卫星导航系统、俄罗斯GLONASS卫星导航系统等。
不管是哪种卫星导航定位系统，其原理都是类似的。
我们以GPS为例进行讲解。
GPS系统通常由24颗卫星、地面控制站和GPS接收器三部分构成。
卫星会以高速绕着地球运转，定时向地球发送信号，接收器会接收这些信号，并计算出它们从卫星开始发射到接收器接收到的时间，然后根据这个时间来推算出接收器所在的位置。
这个过程的计算原理是三角测量法，也称为距离测量法。
接收器接收到卫星发射的信号后，会计算信号的传播时间，并观测到当前接收器到卫星的距离。
如果卫星的位置已知，则可以计算出接收器所在的位置。
不过，由于GPS信号的传播速度很快，如果只通过一个卫星来进行定位，精度会比较差。
所以，需要同时接收多颗卫星的信号，并使用三角测量法对这些测量结果进行处理，从而得出更为准确的位置。
二、卫星导航定位系统的应用卫星导航定位系统在军事领域早已广泛应用，并在战争中扮演着重要的角色。
但是，在日常生活中，它也有着广泛的应用。
比如：1.导航和地图应用在交通出行中，人们通常会利用导航和地图应用来寻找目的地。
只要打开导航软件，输入目的地的地址，GPS接收器就可以获取到周围多颗卫星的信号，并通过计算后得出最准确的行驶路线和引导信息。
2.运动健身和运动数据分析在跑步、骑行等运动中，人们也会使用GPS来记录自己的运动路线和数据。
这些数据可以帮助人们了解自己的运动状态、运动轨迹和消耗的卡路里等信息，从而更好地进行运动和健身。
3.农业、渔业和林业等领域应用在农业、渔业和林业等领域，卫星导航定位系统也有着广泛的应用。
GPS卫星定位原理及其应用GPS定位技术的应用
1 天气影响
2 建筑物遮挡
3 增强定位精度
恶劣的天气条件可能 会影响GPS信号的接收 和精度。
高层建筑物或密集树 林可能会影响GPS信号 的强度和可靠性。
通过使用其他技术 （如增强定位系统）， 可以提高GPS定位的精 度。
GPS系统与其他定位技术的比较S设备和服务的成本相对较低。
3 三角测量
通过三角测量原理，GPS接收器计算出位置的经纬度坐标。
GPS定位系统的组成
卫星
24颗GPS卫星，组成一个全球覆盖的卫星网络。
控制段
地面上的控制站和控制中心，负责卫星的运行和时间同步。
用户段
包括GPS接收器和用户设备，用于接收和处理卫星信号。
GPS定位技术的发展历程
1
1973
美国开始研发GPS系统。
可用性
GPS系统在全球范围内可用。
实时性
GPS定位提供实时的位置信息。
GPS定位的优势及其经济效益
GPS定位提供准确的位置信息，可以应用于车辆管理、物流追踪、救援行动等 领域，提高效率并节省成本。
2
1995
GPS系统在民用领域开始应用。
3
2000
第一代民用GPS接收器问世。
GPS定位的应用领域
车辆导航
GPS定位系统可以帮助驾驶员 准确导航，避免迷路。
户外探险
GPS定位设备可用于追踪和记 录户外探险的路线。
测量与勘探
GPS定位技术在测绘、土地勘 测等领域有着重要的应用。
GPS定位技术的局限与发展趋势
GPS卫星定位原理及其应 用 GPS定位技术的应用
GPS卫星定位原理及其应用: 通过卫星信号和三角测量技术，GPS定位系统能够 足够准确地计算出一个位置的经纬度坐标。
简述gps的工作原理及应用
简述GPS的工作原理及应用工作原理GPS（全球定位系统）是一种通过使用地球上的卫星系统来确定地理位置的系统。
GPS系统主要由三部分组成：卫星，控制台和用户设备（如GPS接收器）。
GPS接收器是用于接收和解码卫星信号以确定位置的设备。
GPS的工作原理基于“三角测量”原理。
GPS接收器通过接收来自多颗卫星的信号，并测量信号从卫星传输到接收器的时间。
接收器从不同的卫星获取时间和位置信息后，利用三角形几何学原理计算出接收器的精确位置。
具体而言，GPS接收器通过接收来自至少四颗卫星的信号来进行位置测量。
每颗卫星发送包含卫星的精确位置和时间信息的信号。
接收器接收到这些信号后，计算每个信号的传播时间，并从中推算出接收器到卫星的距离。
通过收集并处理多个卫星的距离信息，接收器能够准确计算出自身的位置。
应用1. 导航与定位GPS最常见的应用是导航和定位。
凭借其高精度、全球覆盖的特点，GPS能够提供实时的位置信息，帮助人们准确地确定自己的位置，并提供导航指引。
人们可以使用GPS设备或智能手机上的GPS功能来导航驾车、步行或进行户外活动。
2. 航空和航海在航空和航海领域，GPS发挥着重要的作用。
飞机和船只可以利用GPS系统来准确确定自己的位置，确保航行的安全和准确性。
GPS系统还提供了导航和航线规划的功能，帮助飞行员和船员更好地控制航行路径。
3. 交通管理GPS在交通管理中也发挥着重要的作用。
交通管理部门可以使用GPS系统来监控车辆的位置和速度，实时了解交通流量，并做出相应的调整。
通过GPS系统，交通管理者能够更好地规划交通路线，减少拥堵，提高交通效率。
4. 物流和运输GPS系统在物流和运输领域也有广泛的应用。
物流公司可以使用GPS来跟踪货物的位置，实时了解货物的运输情况，并提供给客户准确的配送时间。
GPS系统还能帮助物流公司规划最优的配送路线，提高运输效率。
5. 农业农业领域也是GPS应用的一个重要领域。
农民可以使用GPS设备来优化土地利用，规划农田，精确测量施肥和灌溉量，提高作物的生产效率。
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电磁波的传播与GPS卫星的信号
2018/9/22
1
GPS定位的基本观测量
GPS定位的基本观测量 是观测站（用户接收机天线）到GPS卫星（信号发 射天线）的距离（或称为信号传播路径）。 是通过测定卫星信号在该路径上的传播时间（时间 延迟），或测定卫星载波信号相位在该路径上变化的周 数（相位延迟）来导出的。
接收到的 卫星相位
接收仪复制 出的相位
T
D = c TN
2018/9/22 18
测距码伪距测定
测距伪随机码 每一卫星播发一个伪随机测 距 码 信 号，该 信 号 大 约 每 1 毫 秒播发一次 接 收 仪 同 时 复 制 出 一 个 同 样 结 构的 信 号 并 与 接 收 到 的 卫 星 信 号 进行 比 较 由 信 号 的 延 迟 时 间 (dT) 推 算出卫星至接收仪的距离 接 收 仪 时 钟 应 与 卫 星 钟 校 时
减弱对流层折射改正项残差影响的主要措施
1.尽可能充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料。
2.利用水汽辐射计，准确地测定电磁波传播路径上的水汽积 累量，以便精确的计算大气湿分量的改正项。
3.利用相对定位的差分法来减弱对流层大气折射的影响。
4.完善对流层大气折射改正模型。
2018/9/22
11
电离层改正模型
y Ae sin(t振幅
0
t 0
y Ae sin 0 y Ae sin(t1 0 )
Ae
2018/9/22
7
电磁波传播中常用公式的转换
2f
1 f T t 0 T 0 2 0 t y A sin 2 ( 0 ) T T 其中为波长
2
f 0 f 0 f
2
f1 1 f2
2
f f f
1 2
f 2 f1 2 1 f 2
2
2
f 4 0.2 8
2
f f
2
f1 1 f2
2018/9/22 8
v f
大气层对电磁波传播的影响
根据电磁波传播的不同影响，一般可将大气层分为： 1.对流层 系指从地面上约40Km范围内的大气底层。 对流层具有很强的对流作用，云、雾、雨、雪、风 等主要天气现象，均出现在其中，这些对电磁波的
传播具有很大的影响。
2.电离层 约为地面上70Km以上的范围。 由于太阳和其它天体的各种射线作用，使该层的大 气分子发生电离。从而具有密度较高的带电粒子，对电 磁波的传播具有很大的影响。
N f1 40.28 2 f1 N f 2 40.28 2 f2 注：N为信号传播路径上电子 的总量。
2018/9/22
12
减弱电离层影响的措施
1.利用两种不同的频率进行观测
f 0 f
1 2 1
f 4 0.2 8
1
N 2 f1 N 2 f2
载波相位观测
载 波 L1 的 波 长 为 19 cm ，L2 的 波 长为 24 cm 接 收 仪 将 接 收 到 的 卫 星 载 波 信 号的 相 位 与 其 自 身 产 生 的 参 考 载 波信 号 的 相 位 进 行 比 较 接 收 仪 开 机 后，相 位 整 周 数 未 知 (带 有 整 周 模 糊 度 ) 跟 踪 卫 星 时 间 较 长 时 距 离 的 变 化可 以 测 定 ( 整 周 数 保 持 不变)
S 7.46512 10 2
其中： S d 为干分量，主要与地面 大气压力和温度有关
S 为湿分量，主要与传播 路径上的大气状况湿度 密切相关
w
H T 为观测站的高程 P为大气压力（ m bar ）
Tk 为绝对温度（ k C 273.2)
e0 为水汽分压
2018/9/22 10
f
1
2 f2 2 2 f f 1 2 2 f2 2 2 f 2 f1
0 f
1
2.两观测站同步观测量求差
2018/9/22 13
GPS卫星的测距码信号
GPS卫星所发射的信号包括：
载波信号 P码（或Y码）
C/A码
2018/9/22 9
对流层的处理办法
采用模型进行改正。 将对流层大气对电磁波的影响可以分为干分量和湿 分量的联合影响
S S S
d d w
S 1.552 105
w
P [ 40136 148.72(Tk 273.16) H T ] Tk e0 (11000 H T ) 2 Tk
基准频率
10.23 MHz /10 L1 1575.42 MHz L2 1227.60 MHz C/A 码 1.023 MHz P (Y) 码 10.23 MHz P (Y)-Code 10.23 MHz
x 154 x 120
50 bit/s
2018/9/22
卫星信悉 ( 状态信悉和星历)
17
载波相位测距
数据码（又称作D码）
其中：C/A码和P码统称为测距码。
2018/9/22
14
GPS卫星信号的产生与构成的要求
1.适应多用户系统的要求 2.满足实时定位的要求 3.满足高精度定位的要求
4.满足军事保密的要求
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15
GPS卫星的导航电文（数据码）
导航电文主要包括： 1.与卫星有关的星历
2.卫星的工作状态
3.时间系统 4.卫星钟运行状态 5.轨道摄动改正 6.大气摄动改正
7.导航信息的数据码
2018/9/22
16
GPS卫星信号的构成
•每 个 GPS 卫 星 播 发 一 组 信 号 •每 组 信 号 包 括 两 个 不 同 频 率 的 载 波 信 号 (L1 和 L2)、两 个 不 同 的 测 距 码 信 号 (C/A 码 调 制 在 L1 载 波 上，P 码 或 Y 码 同 时 调 制 在 L1 及 L2 载 波 上) 以 及 卫 星 的 轨 道 信 息
v t
2018/9/22 2
距离测定原理
Xll
2018/9/22
Vl
3
距离测定原理
Xll
2018/9/22
Vl
4
距离测定原理
Xll
2018/9/22
Vl
5
距离测定原理
Xll
距离 = 传播时间 x 光速
2018/9/22 6
Vl
电磁波传播原理简述
电磁波是一种随时间 t变化的正弦（或余弦）波。其数学表 达式为：