GPS基礎(chǔ)知識精編PPT文檔

1、什么是什么是GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)導(dǎo)航定位系統(tǒng) GPS全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Positioning System-GPS)是美國從本世紀(jì)70年代開始研制，于1994年全面建成，歷時20年，耗資200億美元，前后共發(fā)射35顆衛(wèi)星，目前仍在軌道上正常工作的有25顆衛(wèi)星，其中1顆為實驗衛(wèi)星，24顆為工作衛(wèi)星。它具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 一、一、GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成 GPS由三大部分組成:1、空間部分2、地面監(jiān)控部分3、用戶設(shè)備（接收機）部分。 空間部分：衛(wèi)星星座：由天空的24顆衛(wèi)星構(gòu)成。美國用來控制衛(wèi)星的運行。 地面

2、監(jiān)控部分： 用戶設(shè)備部分（接收機）： 用戶接收GPS衛(wèi)星的信號的設(shè)備。 美國天寶GPS接收機 國產(chǎn)蘇一光SGS328 SGS828二二GPS的工作原理，以及這個原的工作原理，以及這個原理的必要條件。理的必要條件。GPS的工作原理是：后方交會原理后方交會原理“后方交會”意思是從一個未知點從一個未知點上分別觀測幾個已幾個已知點知點，然后根據(jù)測量出的幾個距離測量出的幾個距離計算出未知點坐標(biāo)的測量方法。1、 首先需要知道衛(wèi)星的確切位置，衛(wèi)星軌道位置通過地面控制站監(jiān)測出來后，以星歷星歷的形式發(fā)給GPS衛(wèi)星，在由GPS衛(wèi)星發(fā)送給接收機。2 、其次需要知道GPS衛(wèi)星到地面GPS接收機的距離。由GPS衛(wèi)星以無

3、線電廣播的形式發(fā)出偽距碼，接收機收通過接受到的偽距碼偽距碼計算出信號由從發(fā)射到接收的時間差時間差。時間差和光速的乘積時間差和光速的乘積就是接收機到衛(wèi)星距離。3、通過對接收機得到3顆以上的衛(wèi)星的位置和距離信息后，進行后方交會計算，得到接收機的定位位置。（第四顆衛(wèi)星用于修正時間精度）三GPS定位中主要的誤差來源，以及降低誤差的方式。主要誤差來源分為：時間計算的誤差，時間計算的誤差，傳播途徑的誤差，傳播途徑的誤差，政策導(dǎo)致編碼本身的誤差政策導(dǎo)致編碼本身的誤差1 消除時間的誤差是：通過GPS衛(wèi)星的原子鐘技術(shù)將時間計算到非常高的精度，并通過接收機接收第4顆衛(wèi)星的冗余觀測量改正了接收機因為時鐘不準(zhǔn)帶來的時

4、間誤差。原子鐘是利用放射性元素的原子運行周期非常穩(wěn)定的特性制作出的時鐘，我國通過與多個國家進行科技合作，成功研發(fā)出銫原子噴泉鐘，使我國時間頻率基準(zhǔn)的精度從30萬年不差1秒提高到600萬年不差1秒，而世界上目前最先進的原子鐘已經(jīng)提高到1億年誤差1秒的精度，未來將研制出來的光學(xué)原子鐘更是預(yù)期能達到1000億年誤差1秒的超高精度。 銫原子鐘 銣原子鐘 2 消除傳播途徑中帶來的誤差主要有：通過雙頻誤差改正的方式將光在不同狀態(tài)的大氣層中傳播速度變化光在不同狀態(tài)的大氣層中傳播速度變化修正，通過接收機算法消除多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)誤差。不同狀態(tài)的大氣層導(dǎo)致光傳播速度誤差。復(fù)雜的地面構(gòu)造物導(dǎo)致傳播信號多次反射帶

5、來多路徑效應(yīng)3 美國的SA政策將衛(wèi)星定位編碼精度限制在單點定位精度100米，這個政策已經(jīng)在2000年被美國總統(tǒng)克林頓取消。目前的單點定位精度在5米。四、差分GPS的定位的原理，以及單個GPS與差分GPS的精度對比 1、差分GPS是指多臺接收機在一個范圍不大的區(qū)域內(nèi)同時接收衛(wèi)星信號，由于這些接收機相距不遠，所以這些設(shè)備都能通過對相同的幾顆衛(wèi)星的同步觀測定位，且處于相似的大氣條件下，這樣我們將這幾臺接收機的誤差視為完全相同。2、由于這些接收機的誤差被視為等同，所以他們的相對位置通過計算相對可靠，如果有偏移誤差，那么這些接收機就偏移相同的方向和距離，如果旋轉(zhuǎn)，那么他們就都圍繞同一個遠點旋轉(zhuǎn)相同的角度

6、，不論怎么偏差，他們之間的相對位置關(guān)系非常可靠。3 、將這些接收機中的一臺或者多臺架設(shè)在已知點上作為固定點，那么其他的接收機的相對固定點位置和已知點的坐標(biāo)位置進行差分計算后就能得到相對精確的定位位置，這樣其他的接收機就通過差分定位得到了高精度的坐標(biāo)位置。定位精度: 單點定位GPS（5米） DGPS（0.45米） RTK（1厘米）五、更先進的廣域差分技術(shù) 即使數(shù)據(jù)鏈的作用距離可以無限遠，受到差分原理的約束，流動站離基準(zhǔn)站越遠，改正的效果越差，流動站也不能離基準(zhǔn)站太遠，否則大氣條件大氣條件和共同可視衛(wèi)星共同可視衛(wèi)星將會有很大的不同，差分將失效。在一個大范圍內(nèi)得到穩(wěn)定的改正數(shù)呢？人們發(fā)展了許多技術(shù)，

7、在這里我們說兩種，一種是“基于衛(wèi)星的增強系統(tǒng)（SBAS）”，一種是“虛擬基準(zhǔn)站（VRS）”。 1、 基于衛(wèi)星的增強系統(tǒng) Satellite-Based Augmentation System (SBAS)。 這種系統(tǒng)一般由針對某個區(qū)域的靜地衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星對GPS作補充，提高了GPS的精度和可靠性。目前有多個這種系統(tǒng)存在，比如：廣域增強系(WAAS), 歐洲靜地衛(wèi)星導(dǎo)航重疊系統(tǒng) (EGNOS), 日本的MSAS衛(wèi)星增強系統(tǒng) (MSAS)，中國的北斗系統(tǒng)。因為這類技術(shù)對定位精度提高這類技術(shù)對定位精度提高有限有限（單點精度從5米提高到1米），但是不需要架設(shè)不需要架設(shè)差分基準(zhǔn)站差分基準(zhǔn)站，使得這種

8、技術(shù)往往應(yīng)用與導(dǎo)航型GPS的精度提高，常用于飛行器導(dǎo)航，野外考察導(dǎo)航。 支持SBAS的天寶手持GIS設(shè)備 支持SBAS的麥哲倫手持GIS設(shè)備 2、 VRS（VirtualReferenceStation 虛擬參考站）。 由于單獨一個基站的種種不便（區(qū)域小、精度隨著與基站距離的增加而降低等），人們設(shè)想，為什么不能建立多個基站，并且這些基站長年不間斷運行，隨時提供差分信息呢？于是“CORS”這種系統(tǒng)就出現(xiàn)了。 CORS(Continuous Operational Reference System連續(xù)連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng))，是建立于現(xiàn)代衛(wèi)星技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化實時定

9、位服務(wù)技術(shù)、現(xiàn)代移動通信技術(shù)基礎(chǔ)之上的大型城市定位與導(dǎo)航綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，是城市“空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”的最為重要的組成部分，也是數(shù)字城市多種空間數(shù)據(jù)采集的基準(zhǔn)參考框架，是現(xiàn)代化城市獲取和采集各類空間信息的位置、時間和與此相關(guān)的動態(tài)變化的一種基礎(chǔ)設(shè)施。 VRS就是在CORS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，依靠數(shù)據(jù)處理中心的軟件將各個CORS基站的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)提前綜合運算，當(dāng)流動站需要差分數(shù)據(jù)時，先將自己單點定位的坐標(biāo)通過手機網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心的服務(wù)器并請求差分數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理中心計算出流動站附近的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和氣象改正后將這個虛擬數(shù)據(jù)發(fā)送給流動站，就好像該流動站附近架設(shè)了一個基準(zhǔn)站一樣，其定位精度仍然能夠達到RTK

10、的1厘米精度。 六GNSS是什么意思？為什么GNSS正逐漸取代GPS這種稱呼？ GNSS是Global Navigation Satellite System的縮寫。中文譯名應(yīng)為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。目前，GNSS包含了美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國的BD2、歐盟的Galileo系統(tǒng)。美國GPS衛(wèi)星 俄羅斯GLONASS衛(wèi)星 歐盟的伽利略衛(wèi)星 中國的北斗衛(wèi)星 早在20世紀(jì)90年代中期開始，歐盟為了打破美國在衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、授時市場中的壟斷地位，獲取巨大的市場利益，增加歐洲人的就業(yè)機會，一直在致力于一個雄心勃勃的民用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)計劃，稱之為Global Navigation Satellite System。該計劃分兩步實施：第一步是建立一個綜合利用美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)的第一代全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(當(dāng)時稱為GNSS-1，即后來建成的EGNOS)；第二步是建立一個完全獨立于美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)之外的第二代全