GPS各章节知识点总结

GPS各章节知识点总结 第一章 绪论 1、GPS的应用：导航、授时、定位测量 2、卫星定位经历了三个发展阶段：卫星三角测量、卫星多普勒测量、GPS卫星定位测量 卫星三角测量：卫星仅作为一种空间动态观测目标，由地面通过拍摄卫星的位置而测定 地面点的坐标。 卫星多普勒测量：利用地面跟踪站上的多普勒测量资料可以精确确定卫星轨道。定位原 理是基于“多普勒效应” 3、子午卫星系统：利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统。 （6颗卫星，6个轨道，轨道夹角30，轨道倾角90，卫星高度1075， 周期107min） 局限性：①一次定位所需时间过长 ②不是连续的、独立的卫星导航系统 ③效率低、精度低 4、GPS在各个领域的应用： ①军事：配备GPS的士兵；导航的导弹；核潜艇；舰载飞弹 ②交通运输：航运、航空搜索；陆路交通（车辆导航、监控）；船舶远洋导航和进 港引水 ③测量：建立和维持全球性的参考框架； 板块运动和监测； 建立各级国家平面控制网； 布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量； 在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用。 ④其他：精细农业；遥感；卫星定轨；资源勘探；GPS气象学；个人旅游… 5、美国政府的GPS政策 SPS：标准定位服务，使用C/A码，民用 PPS：精密定位服务，可使用P码，军用 SA：选择可用性技术；1991.7.1-2000.5.2；人为降低普通用户的测量精度；方法：降低星历精度（加入误差）；卫星钟加高频抖动（短周期，快变化） AS：反电子欺骗技术；1994.1.31-今天；P码加密。P+W→Y 6、GPS现代化： ①在Block IIＲ卫星的L2载波上调制C/A码，在Block II F卫星中增加 f =1 176.45MHz的民用频率； ②增强卫星信号强度，增加抗干扰能力； ③增设新的军用码(M码)，与民用码分开，并具有更好的保密性和抗干扰能力； ④使用新技术，以阻止或干扰敌方使用GPS； ⑤军用接收机具有更好的保护装置，特别是抗干扰能力，具有快速初始化功能。 7、其他卫星导航系统： ①GPS：6个轨道面；平均轨道高度20200km；轨道倾角55度；设计星座：24； 周期11h58min（估计地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次） 保证在每天24小时的任何时刻，在高度角15度以上能够同时观测到4颗以上卫星 ②GLONASS（俄罗斯）；系统构成：卫星星座；地面控制部分；用户设备； 卫星数24，轨道3，倾角64.8度；高度19390km；运行周期11h15min ③Galileo（欧盟）：27颗工作卫星加3颗备用卫星，分布在3个轨道平面；轨道倾角 56，具有公开服务，安全服务，商务服务和政府服务功能，前两 种自有公开，后两种要经过批准后才能使用 ④北斗卫星导航系统：系统由空间卫星，地面控制中心站和北斗用户终端3部分构成； 空间部分包含2-3颗同步轨道卫星；用户终端分为：定位、通信 终端；差分、校时终端；集团用户管理站终端。 优点：投资少，组建快，具有通信功能，捕获信号快； 缺点：用户隐蔽性差；无测高和测速功能；用户数量受限制；用户的设备 体积大，重量重，能耗大

第二章 坐标系统和时间系统 1、坐标系统： 分为空间固定坐标系、与地面固联坐标系 大地坐标系：以参考椭球面为基准面、以起始子午面为东西向参考面、以赤道面为南北向参考面 2、天球坐标系 天球：以地球质心 M 为中心，半径 r 为任意长度的一个假想的球体。 岁差：在日、月和其他天体的作用下，地球自转轴方向不再保持不变，使春分点在黄道 上产生缓慢西移现象。 章动：在日、月等引力因素的影响下，瞬时北天极绕瞬时平北天极产生旋转的现象。 3、协议天球坐标系： 选择某一时刻 t0 作为标准历元，将此刻地球的瞬时自转轴和地心至瞬时春分点的方 向，经该瞬时岁差和章动改正后，分别作为z轴和x轴的指向，称为所取标准历元 t0 时 刻的平天球坐标系或协议天球坐标系。 协议-》瞬时平天球：岁差旋转 瞬时平天球-》瞬时天球：章动旋转 （我们把仅顾及岁差而不顾及章动时的北天极和春分点称为平北天极和平春分点； 把同时顾及岁差和章动，能反映其真实位置的北天极和春分点成为真北天极和真春分点） 4、协议地球坐标系： 采用国际上5个纬度服务站，以1900年至1905年的平均纬度所确定的平均地极位置作 基准点，称为国际协议原点。以协议地极为基准点的地球坐标系，称为协议地球坐标系。 极移：地球自转轴相对地球体的位置并不固定，造成地极点在地球表面上的位置随时间 而变化的现象。 5、协议天球坐标系到协议地球坐标系的转换 两坐标系之间的关系： 1）原点相同，均位于地球质心； 2）瞬时天球坐标系的z轴和瞬时地球坐标系的Z轴指向相同； 3）瞬时天球坐标系的x轴和瞬时地球坐标系的X轴指向不同，其间夹角为春分点的格 林尼治恒心时。 协议天球---->瞬时天球---->瞬时地球--->协议地球 （岁差章动旋转；旋转瞬时春分点时角；极移旋转） 6、GPS定位中时间系统的意义： 1) GPS卫星在不断运动，要求其位置观测误差小于1cm，则时刻误差小于5.6×10-6s 2) GPS接收机通过测量信号传播时间而确定距观测卫星的距离，要求距离观测误差小 于1cm，则时间测定误差小于3.0×10-11s 3）地球在不断自转，要求赤道上位置测量误差小于1cm，则时间测定误差小于5.1× 10-5s 7、时间基准的必要性： 包含时刻、时间间隔 时刻：指发生某一现象的瞬间，也称为历元 时间间隔：指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末时刻之差 ①运动是连续的，周期性的 ②运动的周期应具有充分的稳定性 ③运动的周期必须具有复现性，即要求任何地方和时间，都可以通过观测和实验，复现 这种周期性运动 8、世界时系统： 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。 春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日。 ②平太阳时：平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一个平太阳日。 ③世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。 由于地球自转的不稳定性，破坏了建立时间系统的基本条件，为了弥补这一缺陷，从 1956年开始，在世界时中引入极移改正和地球自转速度的季节性改正。 未经改正的世界时为UT0，经极移改正后卫UT1，经地球自转速度季节性改正后卫UT2 9、原子时：以物质内部原子运动的特征为基础而建立的时间系统 力学时：在天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论建立的运动方程而编算的，其 中所采用的独立变量是时间参数T，变量T被定义为力学时。 协调世界时：以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的时间系统；采用闰秒 （或跳秒）的办法，使协调时与世界时的差小于0.9s GPS时间系统：属于原子时系统，秒长与原子时相同； 与国际原子时有不同的原点 IAT-GPST=19s； 与协调世界时规定1980年1月6日0时一致其后随时间积 GPST=UTC+1’×n-19’

10、时间标示法： 历法：年、月、日、时、分、秒 儒略日：用连续数值表示时间的方法 约化儒略日：从儒略日中减去2400000.5 周秒：从1980年1月6日0时开始起算的周数＋每周内从周六/日子夜开 始起算的秒数 年积日：从每年1月1日开始累计的天数 第三章 全球定位系统的组成及信号结构 1、GPS系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分、用户设备部分 （1）空间部分：6轨道面；平均轨道高度20200km；轨道倾角55度；周期12h（顾及地球 自转，地球-卫星的几何关系每天提前 4min重复一次）；设计星座21+3； 保证在每天24小时的任何时刻在高度角15度以上能够同时观测到4颗以 上卫星。 GPS卫星作用：①接收、存储导航电文 ②生成用于导航定位的信号（测距码、载波） ③发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导 航电文） ④接受地面指令，进行相应操作 ⑤其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 主要设备：①太阳能电池板 ②原子钟（2台铯钟、2台铷钟） ③信号生成与发射装置 （2）地面控制部分：主控站1个；监测站5个；注入站3个；通讯与辅助系统组成。 ①主控站作用：管理、协调地面监控系 统各部分的工作； 收集各监测站的数据， 编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星； 监控卫星状态，向卫星发送控制指令； 卫星维护与异常情况的处理。 ②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。 ③注入站作用：将导航电文注入GPS卫星。 （3）用户部分：用户；接收设备（GPS信号接收机，其他仪器设备） GPS信号接收机：天线单元（接收天线、前置放大器） 接收单元（信号通道、存储器、微处理器、输入输出设备、电源） 2、GPS信号结构： ❤GPS卫星发射的信号：载波、测距码、导航电文 （1）载波：可运载调制信号的高频震荡波称为载波。 类型：L1-频率：154fo；L2-频率：120fo 作用：搭载其它调制信号；测距；测定多普勒频移 特点：所选择的频率有利于测定多普勒频移； 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响； 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于 信号的频率有关） （2）测距码：用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码； 作用：测距；为随机噪声码；（随机、可准确复制） 不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n，（n为码元数）； 对齐的同一组码间的相关系数为1。 相关系数的计算方法为：（相同码元数-不同码元数）/总码元数。 类型：C/A码：粗码/捕获码； P(Y)码：精码。 现代化后：在L2上调至C/A码，在L1和L2上增加调制M码。