GPS基本知识

北京合众思壮科技有限责任公司BeijingUnistrongScience&TechnologyCo.LtdGPS世界---最佳的全面解决方案GPS系统简介GPS系统简介•GPS的发展过程•GPS系统的组成•GPS定位原理•GPS应用•GPS应用实例•GPS发展前景•其他卫星定位系统导航定位系统•早期的导航定位方法:天文观测•无线电导航定位（双曲线导航）·Decca(二次大战前）100kHz,数十米，数百公里·Loran-A(二次大战中）1.75-1.95M,100M,1000km·Loran-C(二次大战后）100kHz,100M,2000-3000km·Omiga系统（70年代）10-14kHz,100M,全球·子午仪系统(NNSS,Transit)--1967年·58年研制，64年投入军用·67年解密，对民用用户开放·GPS系统子午仪系统概况•轨道:近圆形极轨道•轨道高度:约1100公里•运行周期:约107分钟•卫星颗数:4-6颗•工作频率:150MHz,400MHz•调制方式:相移键控•定位方式:测定多普勒频移•应用:船舶导航、大地测量子午仪系统的局限性•每隔0.8-1.6小时才能有一次观测，即没有卫星可供观测的时间段较长。不能提供全球范围连续的导航定位服务•定位观测时间长、精度低：•要得到10米的单台定位精度需要观测一天半•要得到0.5米的联测定位精度也需要观测一天半•大地测量应用----连续观测3-7天GPS系统发展过程•第一阶段（1973--1979）：方案论证初步试验、发射四颗试验卫星、试验样机研制、建立地面跟踪站网•第二阶段（1979--1987...）：试验阶段发射7颗试验卫星、地面跟踪站网完善、接收机研制、试验观测（导航、授时和测量应用）。•第三阶段（1994--…..）正式投入运行1989年2月4日第一颗工作卫星发射，1993年底24颗工作卫星全部升空，完成组网1994年投入全面运行。目前有在轨工作卫星27颗GPS系统的技术特点•全球任何地方任何时间均可观测到4颗以上卫星--可以提供24小时的连续的三维导航定位服务•全天候，不受天气条件的限制•定位精度高：单点定位（导航）2-6米，静态相对测量（大地测量）10-6-10-9•操作简便、重量轻、体积小、耗电省•功能多、应用范围广GPS系统组成NAVigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositioningSystem•空间部分--卫星星座•地面跟踪网跟踪站、主控站、注入站•用户接收机GPS卫星星座•星座卫星颗数:24（21+3）•轨道面数:6•轨道倾角:55°•轨道高度:20,183公里•运行周期:11小时58分•载波频率(Mhz):L1:1575.42,L2:1224.60•调制码:伪随机噪声码:C/A,P•应用：导航、测量、时频服务GPS星座用户接收机分类•按用途分：测量型、RTD、RTK、导航型（高中低动态，民用军用）、时频型、姿态测量型•按使用的GPS信号种类分：C/A-码、P-码、载波相位、单频双频等•整机（分体机和一体机）和OEM板（供二次开发用）GPS测量方法•C/A码单点定位15--25米（5.7M)•P-码单点定位1--3米•伪距实时差分(RTD)亚米级•载波相位实时差分(RTK)厘米级•静态相对定位毫米-厘米级•快速静态定位厘米级•相对动态定位（后处理）厘米-分米级GPS单点定位原理•已知点--卫星位置(X,Y,Z)•未知点--地面点或其他待测点(x,y,z)•观测量--卫星到接收机天线的距离(R)R=电波传播时间x光速•观测方程:R2=(X-x)2+(Y-y)2+(Z-z)2+(tc)2•四个方程解四个未知数：观测四颗以上卫星才能求出三维坐标DGPS(RTD)定位原理•基准站位置已知，对卫星进行伪距观测*伪距改正数=计算伪距-观测伪距*电台传送伪距改正数•流动站对卫星进行伪距观测*流动站接收基准站电台传送的伪距改正数*改正后的伪距=观测伪距+伪距改正数*流动站接收用改正后的伪距计算位置•特点：*需要数据链进行实时传送伪距改正*实时定位数据可达亚米级精度GPS应用•导航--海陆空导航、近场着陆，车辆跟踪、调度和管理、航空器和弹道制导监控•授时校频•测量应用•各种等级的大地测量、控制测量、GIS•道路和线路放样•水下地形测量•地壳形变、大坝和大型建筑物变形测量•GIS应用•大型机械控制--铺路机、挖掘机、轮胎吊等GPS给多种行业带来了革命性的技术变革•导航--精度大大提高、实时性和全天候、车辆实时管理调度•授时校频--稳定度相当于铯钟•测量应用•三维定位一次完成•全球统一的坐标系统•作业效率提高、劳动强度大大减轻•可完成常规方法不能完成的任务•全天候、实时、高精度、高动态•军事应用-沙漠风暴取得成功最重要的技术、弹道测定、炮兵定位、姿态测定……GPS最新应用实例•板块运动和形变监测（地震预报、大坝、大型建筑物监测等）•高精度实时变形监测（隔河岩大坝、帝王大厦金马大桥…)•精密机械控制（挖土机、露天矿开采、轮胎吊)•精密农业（耕作、播种、施肥……)•水上施工作业（水下地形测量、航道开挖、清淤...）•船舶航行性能测试•GIS应用•电网、邮电、通讯等系统的时间同步…...GPS系统发展前景•在L2上增加C/A码--2003年•增加第三个民用频道L5--2005年•广域差分系统（WAAS)•高精度实时监测系统•伪星应用•多种空间资源应用•应用软件开发其他卫星定位系统•国际民航组织（ICAO)的GNSS•俄罗斯的GLONASS•欧洲空间局的NAVSAT•欧洲空间局的Galileo系统•国际海事卫星（INMASAT)•中国的北斗导航卫星系统•SLR和VLBI