导航定位技术基础知识
导航和定位技术的原理和应用
导航和定位技术的原理和应用随着现代科学技术的不断发展，各种导航和定位技术的应用范围越来越广泛。
从最基本的地图导航，到现代化的卫星定位系统，这些技术可用于汽车、手机、船只甚至飞行器的导航和定位。
在这篇文章中，我们将探究导航和定位技术的原理和应用，以及它们给我们带来的方便和便利。
一、导航和定位技术的原理导航和定位技术的原理基于全球定位系统 (GPS)，是由美国空军开发的一种卫星导航系统。
GPS系统有24个卫星位于地球轨道上，同时发射无线电信号。
设备接收器接受这个信号并通过计算来确定物体在地球上的位置。
根据常规做法，在天空中至少能接收到3个卫星的信号，就可以确定地球上的位置。
而在更新的设备中，这个数目在5个卫星以上。
另外，众所周知，地球是一个巨大的磁场。
因此，磁动力学导航技术也应运而生。
磁动力学导航技术通过测量物体的地磁场和运动状态，从而通过计算和测量物体在空间中的运动轨迹来确定位置。
最后，惯性导航技术也是一种非常先进的技术，它利用了加速计和陀螺仪等传感器来测量物体的加速度和速度等信息，从而计算位置。
这种技术在飞行器导航中是最常用的技术之一。
二、导航和定位技术的应用GPS技术已经成为了各种导航和定位系统的重要组成部分。
从汽车导航系统、智能手机导航系统，到船舶和飞行器导航系统，都大量应用了GPS技术。
GPS技术不仅能够让我们精准地了解当前位置，还能帮助我们制定最佳路线和规划行程。
这也是为什么它成为了现代生活中一个不可或缺的技术。
汽车导航系统是GPS技术应用的一个最佳例子。
通过这个系统，我们只需输入目的地，汽车导航系统会自动规划最佳路线，并提供实时交通信息。
这些信息都是通过GPS技术实现的。
我们可以看到，GPS技术在现代交通系统中发挥着不可或缺的作用。
另外，GPS技术也被广泛应用于自动驾驶汽车技术中。
借助于LIDAR传感器和高精度地图数据，自动驾驶汽车可以自动识别和驾驶车辆，这正式基于GPS技术所实现的准确位置来完成的。
导航定位技术基础知识
其中e为参考旋转椭球的偏心率。
3.重力加速度
设P为地球上某一点，该点有由万由引力引起 的引力加速度G是实际存在的，而维持物体跟随地 球自转的向心加速度F和重力加速度g是G的两个分 量。 g和G的偏差角δθ随纬度而变，当L＝45º时， δθ达到最大值约为10’，重力加速度随纬度的 变化规律为:
时间间隔：发生某一现象所经历的过程，是这一过 程始末的时刻之差。 ——相对时间测量
2.3 时间基准
世界时系统
以地球自转为基准的时间系统。
（1）恒星时：以春分点为参考点，由春分点的 周日视运动所确定的时间。
（2）平太阳时：以平太阳为参考点，由平太阳 连续两次经过本地子午圈的时间间隔。
（3）世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治 平太阳时称为世界时。
2 导航定位技术基础知识
主要内容
2.1 地球的描述 2.2 坐标系 2.3 时间基准
2.1 地球的描述
地球及其附近的导航是相对地球而言的，经度与 纬度是导航的基本参数，重力加速度和地球自转 角速度是基本的自然参考量，因此诸如地球的形 状和重力的描述是必须考虑的问题。
1.形状
地球是不规则的形状，有三种近似的数学 描述：
e Re Rp
常用参考旋转Re椭球参数
名称
Re（m）
Rp（m）
1/ e
备注
克拉所夫斯基 海福德 1975年国际 克拉克
6378254 6378389 6378140 6378206
6356803 6356912 6356755 6356584
298.3 297.0 298.257 295.0
俄、中 西欧
（1） 大地水准体： 在地球表面由地球重力场 的等势面所围成的几何体
GPS卫星导航定位技术与方法知识点总结
知识点总结的不容易一页一页总结的，用积分来换吧！第一章全球定位系统概论全球导航卫星系统GNSS目前包括全球定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯系统GLONASS。
中国的北斗卫星定位系统COMPASS以及欧洲联盟正在建设的伽利略系统GALILEO GPS利用卫星发射无线电信号进行导航定位，具有全球、全天候、高精度、快速实时的三维导航、定位、测速和授时功能。
GPS主要由GPS（GPS卫星星座）空间部分、地面监控部分、用户接受处理部分组成，GPS地面监控部分有分布在全球的若干个跟踪站组成的监控系统组成，跟踪站被分为主控站、监控站和注入站。
GPS用户部分有GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备（如计算机气象仪）组成。
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，宣告了GPS系统进入了工程建设阶段，这种工作卫星称为Block Ⅱ和BlockⅡA型卫星。
这两组卫星差别是：Block Ⅱ只能存储14天用的导航电文（每天更新三次）；而BlockⅡA卫星能存储180天用的导航电文，确保在特殊情况下使用GPS卫星。
实用的GPS网即(21颗工作卫星+3颗备用卫星)GPS星座已建立，今后将根据计划更换失效的卫星。
GPS的特点：定位精度高、观测时间短、测站无需通视、可提供三维坐标、操作简便、全天候作业。
功能多，应用广GPS卫星信号包括测距码信号(即P码和C/A码信号)、导航电文(或称D码，即数据码信号)和载波信号。
GPS卫星的导航电文主要包括：卫星星历、时钟改正参数、电离层时延改正参数、遥测码，以及由C/A码确定P 码信号时的交接码等参数。
《“GPS”卫星定位》 知识清单
《“GPS”卫星定位》知识清单一、什么是 GPS 卫星定位GPS 卫星定位，全称为全球定位系统（Global Positioning System），是一种基于卫星的导航和定位技术。
它通过接收来自太空中多颗卫星发射的信号，来确定地球上物体的精确位置、速度和时间信息。
GPS 系统最初是由美国国防部开发和维护的，如今已经广泛应用于各个领域，包括民用、军事、交通、测绘、农业等等。
二、GPS 卫星定位的工作原理GPS 卫星定位的工作原理主要基于三角测量原理。
太空中的 GPS 卫星会不断地发射包含卫星位置、时间等信息的无线电信号。
当地面上的 GPS 接收机接收到至少四颗卫星的信号时，就可以通过测量信号传播的时间，计算出接收机与每颗卫星之间的距离。
然后，利用这些距离信息和卫星的已知位置，通过复杂的数学计算，就能够确定接收机在地球上的位置（经度、纬度和高度）、速度以及时间。
三、GPS 卫星系统的组成GPS 系统主要由三个部分组成：空间部分、地面控制部分和用户设备部分。
1、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。
卫星的轨道高度约为 20200 千米，运行周期约为 12 小时。
2、地面控制部分包括主控站、监测站和注入站。
主控站负责整个系统的运行管理和控制；监测站负责监测卫星的运行状态和收集数据；注入站则负责将导航电文等信息注入到卫星中。
3、用户设备部分即我们常见的 GPS 接收机，它可以是手持式的、车载式的、船载式的等等。
接收机接收卫星信号，并进行处理和计算，以提供位置、速度和时间等信息。
四、GPS 卫星定位的精度GPS 定位的精度受到多种因素的影响，例如卫星的几何分布、信号传播过程中的误差、接收机的性能以及周围环境的干扰等。
在理想条件下，民用 GPS 定位的精度可以达到 10 米以内。
但在实际应用中，由于各种误差的存在，精度可能会有所降低。
为了提高精度，可以采用差分 GPS 技术、增强型 GPS 系统或者与其他定位技术相结合的方法。
导航定位知识点总结大全
一、导航定位的概念及基本原理1. 导航定位的概念导航定位是指在空间中确定和描述目标位置的过程。
在航海、航空、旅行以及军事活动等领域，导航定位都具有重要的应用价值。
2. 导航定位的基本原理导航定位的基本原理是通过一定的手段和方法确定目标的位置。
常用的导航定位方法包括地面标志物导航、星座导航（GPS）、惯性导航等。
这些方法都是依靠目标与地球空间中的参照物之间的相对关系来确定位置。
二、导航定位的技术与方法1. 地面标志物导航地面标志物导航是最古老的导航方法之一。
通过观察地面的山脉、河流、建筑物等自然或人工标志物，确定目标的位置和方位。
2. GPS导航系统全球定位系统（GPS）是一种基于卫星导航技术的导航定位系统。
它利用一组卫星和地面接收机组成的系统，可以精确确定接收机的位置、速度和时间等信息。
3. 惯性导航系统惯性导航系统是一种利用惯性传感器实时测量目标运动状态，计算目标位置和速度的导航方法。
惯性导航系统不依赖于外部参考物，可以在没有GPS信号的情况下进行定位。
4. 无人飞行器导航随着无人飞行器技术的发展，无人飞行器导航成为了一个热门的研究领域。
无人飞行器导航涉及自主飞行路径规划、避障、定点悬停等技术。
5. 水下导航水下导航是指在水下环境中进行目标定位和路径规划。
目前，水下导航系统主要依靠声纳、水下通信、惯性导航等技术手段进行定位。
6. 安全导航技术在航海、航空、交通运输、探险等领域中，安全导航技术是保障人员和物品安全的重要手段。
综合利用GPS、气象雷达、船舶警示系统等技术，可以实现对目标的安全导航。
1. 航海导航导航在航海领域中具有极其重要的作用，能够指导船只安全通行、选择最佳航线，同时也是海洋资源开发和海洋科学研究的重要工具。
2. 航空导航航空导航是民航和军航的基础。
航空导航技术的发展，不仅提升了民航的航班安全和运营效率，也推动了航空工业的进步。
3. 汽车导航汽车导航系统的普及，为车辆驾驶员提供了路线规划、交通状况、位置跟踪等服务，提高了驾驶的安全性和便捷性。
GPS基础知识一
GPS基础知识⼀GPS 复习题⼀1.GPS 卫星定位技术的发展过程推算定位-天⽂导航-惯性导航-⽆线电导航 2.GPS 系统的组成空间部分:24颗卫星（21颗⼯作卫星+3颗备⽤卫星），6个近圆形轨道⾯，⾼度约20200km ，地⾯控制部分: 1个主控站、5个监测站、3个注⼊站⽤户设备部分: ⽤户设备主要是GPS 接收机，它由天线前置放⼤器、信号处理、控制与显⽰、记录和供电单元组成。
3.GPS 系统特点定位精度⾼观测时间短测站间⽆需通视可提供三维坐标操作简便,全天候作业功能多，应⽤⼴ 4.名词解释黄道 :地球公转的轨道⾯与天球相交的⼤圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。
黄道⾯与⾚道⾯的夹⾓ε称为黄⾚交⾓，约23.50。
春分点 : 当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运⾏时，黄道与天球⾚道的交点γ。
岁差 : 春分点在黄道上产⽣缓慢西移，此现象在天⽂学上称为岁差。
章动 : 瞬时北天极将绕瞬时平北天极产⽣旋转，轨迹⼤致为椭圆。
这种现象称为章动。
极移 :地球⾃转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表⾯上的位置随时间⽽变化的现象称为极移。
历元: 在天⽂学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。
5．什么是协议坐标系？建⽴⽅法，协议天球坐标系与协议地球坐标系的转换坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的。
在GPS 定位中，坐标系原点⼀般取地球质⼼，⽽坐标轴的指向具有⼀定的选择性，为了使⽤上的⽅便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系。
RM ——极移改正RS —— GAST 改正RN ——章动改正 RP ——岁差改正 6．什么是WGS —84坐标系？WGS —84坐标系采⽤什么椭球体参数？原点位于地球质⼼，z 轴指向国际时间局1984年0时定义的BIH1984.0协议地球极⽅向，x 轴指向BIH1984.0的零⼦午⾯和CTP ⾚道的交点，Y 轴与Z ，X 轴构成右⼿系坐标系。
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。
gps定位的基本方法
gps定位的基本方法摘要：1.GPS定位原理简介2.GPS定位的基本方法3.常见GPS定位技术的应用4.GPS定位的误差与优化5.我国GPS定位技术的发展正文：随着科技的飞速发展，全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）已成为人们生活中不可或缺的一部分。
GPS定位技术在导航、测绘、军事等领域发挥着重要作用。
本文将介绍GPS定位的基本方法，以及常见GPS 定位技术的应用和发展。
一、GPS定位原理简介GPS定位系统由美国国防部研制和运行，卫星星座由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成。
GPS卫星发射的信号包含精确的时间和位置信息，接收器接收到至少4颗卫星的信号后，可以计算出接收器所在位置的经纬度、高度和时间。
二、GPS定位的基本方法1.单点定位：接收器接收到至少4颗卫星信号后，通过解算卫星与接收器之间的距离，计算出接收器的位置。
单点定位精度受大气层影响较大，一般可达到10米左右。
2.差分定位：在基准站和移动站之间建立差分观测值，通过基准站和解算中心计算出移动站的位置。
差分定位可以显著提高定位精度，达到厘米级别。
3.实时动态定位：在运动载体上安装接收器，实时解算载体位置。
实时动态定位适用于导航、监控等应用场景，精度可达1-2米。
三、常见GPS定位技术的应用1.导航：GPS导航系统广泛应用于汽车、船舶、航空等领域，为用户提供实时位置信息、路线规划和语音提示等功能。
2.测绘：GPS测绘技术应用于地形测绘、土地利用、城市建设等领域，提高测绘工作效率和精度。
3.气象：GPS气象观测系统通过接收卫星信号，反演大气层垂直结构，为气象预报提供数据支持。
4.地震预警：GPS地震预警系统可以实时监测地壳形变，提前预警潜在地震风险。
四、GPS定位的误差与优化1.误差来源：大气层影响、卫星钟误差、接收器噪声等。
2.优化方法：选用高精度接收器、改进算法、建立差分观测值等。
五、我国GPS定位技术的发展1.北斗卫星导航系统：我国自主研发的卫星导航系统，已发射50余颗卫星，为全球用户提供导航、定位、通信等服务。
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地球质心力学时的基本单位是国际制秒，与 原子时的尺度一致。
2.3 时间基准
协调世界时 协调世界时是一种以原子时秒长为基础，在
时刻上尽量接近于世界时的一种折衷的时间系 统。
协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长。
2.3 时间基准
GPS时间系统 GPS时间系统是全球定位系统专用的时间系
2.2 常用坐标系
（3） 地理坐标系g
地理坐标系是指原点位于运载体所在的 地球表面，其中一轴与地理垂线重合的右 手直角坐标系。地理坐标系的原点O选取在 载体重心处，对于地理坐标系的坐标轴有 不同的取法，如东北天、北西天、北东地 等。
2.2 常用坐标系
（4） 载体坐标系b
OXbYbZb载体坐标系原点在载体的质心， OXb轴和OYb轴在当地水平面内，OXb轴指向 载体的右侧，OYb轴沿载体纵轴方向并指向 前，OZb垂直于载体竖直向上。OXbYbZb坐 标系构成右手直角坐标系，当载体没有俯 仰、倾斜时，OXbYb即为水平面，OZb轴沿 垂线指向天顶。载体坐标系相对于地理坐 标系所确定的状态可以用姿态角来表示。
其中： 重力加速度随高度的变化规律为：
4.地球的主曲率半径
设P为地球上某点，n为参考椭球面在P点的法线，见图。
由于地球被看做椭球，所以在P点处沿各个方向的曲率都不 相同。过P点作纬线lPl的切线tt。
由ntt与和地法轴线相n交确确定定的的平平面面截去椭截球椭面球得，平得面m曲P线mr—Pr——子—午卯圈酉。圈；
2 导航定位技术基础知识
主要内容
2.1 地球的描述 2.2 坐标系 2.3 时间基准
2.1 地球的描述
地球及其附近的导航是相对地球而言的，经度与 纬度是导航的基本参数，重力加速度和地球自转 角速度是基本的自然参考量，因此诸如地球的形 状和重力的描述是必须考虑的问题。
1.形状
地球是不规则的形状，有三种近似的数学 描述：
Lct L Lc esin 2L
其中e为参考旋转椭球的偏心率。
3.重力加速度
设P为地球上某一点，该点有由万由引力引起 的引力加速度G是实际存在的，而维持物体跟随地 球自转的向心加速度F和重力加速度g是G的两个分 量。 g和G的偏差角δθ随纬度而变，当L＝45º时， δθ达到最大值约为10’，重力加速度随纬度的 变化规律为:
2.3 时间基准
原子时
以物质内部原子运动的特征为基础的时间 系统。
原子时秒长定义：位于海平面上的CS133原子基 态有两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震 荡9192631770周所持续的时间，为一原子时 秒。
2.3 时间基准
力学时 （1）太阳系质心力学时：相对于太阳系质心的
运动方程所采用的时间参数。 （2）地球质心力学时：相对于地球质心的运动
2.2 常用坐标系
（1） 惯性坐标系i
原点在地球中心，它不参与地球自转， OXi、OYi轴在赤道平面内正交并指向空间 的两颗星，OZi轴平行与地球自转周并指向 地球的北极。三个坐标轴指向惯性空间固 定不动，这个坐标系是惯性仪表测量的参 考标准。
2.2 常用坐标系
（2） 地球坐标系e
地球坐标系是指固联在地球上的坐标 系，原点在地球的质心，它相对于惯性坐 标系以地球自转角速度15.041088°/h旋转。 OZe轴平行于地球自转周并指向北极，OXe 轴在赤道平面内指向格林尼治子午线，OYe 在赤道平面内指向东经90°方向, OZe轴与 OYe和OXe构成右手系。
（1） 大地水准体： 在地球表面由地球重力场 的等势面所围成的几何体
（2） 圆球： 平均半径R＝6370km（粗略） （3） 参考旋转椭球
5
2.1 地球的描述
大地水准体与旋转椭球十分相似，在垂直方向 的最大误差为150米，真垂线方向（大地水准面的 法线方向）与该椭球体的法线方向相差不超过3角 秒。因此在导航中常用旋转椭球体代之。常用的 参考旋转椭球见下表。其中 Re 为长半轴，Rp 为短 半轴，e 为椭圆度或扁率。
e Re Rp
常用参考旋转Re椭球参数
名称
Re（m）
Rp（m）
1/ e
备注
克拉所夫斯基 海福德 1975年国际 克拉克
6378254 6378389 6378140 6378206
6356803 6356912 6356755 6356584
298.3 297.0 298.257 295.0
俄、中 西欧
•大地水准面法线PP1称天文垂线或真垂线。天文垂线与 赤道平面的夹角Lg称天文纬度。 •参考旋转椭球面法线PP0称地理垂线。地理垂线与与赤 道平面的夹角L称地理纬度，也叫测地纬度和大地纬。 •P点与参考椭球中心C的连线地心垂线。地心垂线与与 赤道平面的夹角Lc称地心纬度。
地理垂线与地心垂线间的偏差为：
在P点的曲率半径称为
P点处沿小量，可写为： 利用级数展开公式，可得P点处地球沿北向和东向的曲率：
2.2 常用坐标系
惯导系统所处理的物理量很多都是空间向 量，为便于各物理量间内在关系的描述， 采用了不同的直角坐标系，常用的坐标系 如下： （1） 惯性坐标系i （2） 地球坐标系e （3） 地理坐标系g （4） 载体坐标系b
2.3 时间基准
1.时间的概念 2.世界时系统 3.原子时 4.力学时 5.协调世界时 6.GPS时间系统
2.3 时间基准
时间的概念
在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天 体和人造卫星运行位置及其相互关系的重要基准，因而也 是人类利用卫星进行定位的重要基准。
时刻（历元）：发生某一现象的瞬间。 ——绝对时间测量
美
WGS-84
6378137
6356752
298.257
2.垂线与纬度
设P为地球表面的一点，过P点分别向参考旋转椭球面 和大地水准面作法线，分别得交点P0和P1。由于两几何面 几乎重合，所以它们靠得很近。
ie
P P1 P0
RP
大地水平面
旋转椭球面
C Lc (地心)
L
Lg Re
(赤道平面)
图 3.1-2 几 种 垂 线 和 纬 度
时间间隔：发生某一现象所经历的过程，是这一过 程始末的时刻之差。 ——相对时间测量
2.3 时间基准
世界时系统
以地球自转为基准的时间系统。
（1）恒星时：以春分点为参考点，由春分点的 周日视运动所确定的时间。
（2）平太阳时：以平太阳为参考点，由平太阳 连续两次经过本地子午圈的时间间隔。
（3）世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治 平太阳时称为世界时。
统，由GPS主控站的原子钟控制。
GPST属于原子时系统，其秒长与原子时相 同，但与国际原子时具有不同的原点。