北師大地理信息系統(tǒng)課件14 GPS原理及應(yīng)用

12007-06第十四章

GPS原理與應(yīng)用22007-06GPS原理一、GPS的定義及歷史1．定義

全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystem）,是一種可以授時(shí)和測(cè)距的空間交會(huì)定點(diǎn)的導(dǎo)航系統(tǒng),可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置，三維速度和時(shí)間信息。

2．GPS的產(chǎn)生與發(fā)展——由TRANSIT到GPS1957年10月第一顆人造地球衛(wèi)星上天，天基電子導(dǎo)航應(yīng)運(yùn)而生利用多普勒頻移原理1964年建成子午衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(TRANSIT)。美國(guó)從1973年開始籌建全球定位系統(tǒng)，1994年投入使用。

經(jīng)歷20年，耗資300億美元，是繼阿波羅登月計(jì)劃和航天飛機(jī)計(jì)劃之后的第三項(xiàng)龐大空間計(jì)劃。

目前的全球覆蓋率為98%32007-06GPS原理

“導(dǎo)航、授時(shí)和測(cè)距全球定位系統(tǒng)”（GPS）由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)軌道平面上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，接受并傳遞信息。如果要確定一個(gè)人（或船只、車輛、飛機(jī)等）所處的位置，使用的衛(wèi)星不能少于

A、一顆B、兩顆

C、三顆D、六顆

根據(jù)三顆衛(wèi)星提供的資料，運(yùn)用數(shù)學(xué)原理就可以計(jì)算出地面靜止物體的位置。如右圖所示，有四顆衛(wèi)星提供資料，除可進(jìn)一步提高定位的精準(zhǔn)度外，還可迅速計(jì)算出（）物體的空間位置。

C運(yùn)動(dòng)42007-06GPS原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。

3．GPS定位原理52007-06GPS原理衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的時(shí)間為t1，接收機(jī)收到信號(hào)的時(shí)間為t2,則Δt=t2-t1ρ=cΔt其中ρ為星站距離，由接收機(jī)測(cè)得。因衛(wèi)星鐘很精確，而接收機(jī)時(shí)鐘有誤差δt，故ρ=cΔt+cδt

在地面任一點(diǎn)最少可觀測(cè)4顆衛(wèi)星，得4個(gè)距離，解4個(gè)未知數(shù)x,y,z,δt。觀測(cè)四顆衛(wèi)星，列出四個(gè)方程式如下：3．GPS定位原理62007-06GPS原理1973年，美國(guó)國(guó)防部（DOD）開始建立新一代全球定位系統(tǒng)GPS，目的是用于美國(guó)軍隊(duì)的定位、導(dǎo)航、武器制導(dǎo)等。該系統(tǒng)分三個(gè)階段進(jìn)行：論證方案階段：1973年12月-1978年2月22日，1973年12月組成聯(lián)合辦公室。工程研制階段：1978-1989年2月14日。1978年2月22日第一顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功。生產(chǎn)作業(yè)階段：1990-1999，1993年滿24顆，1995年達(dá)預(yù)定工作能力1989年2月14日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。1994年6月完成第二代衛(wèi)星發(fā)射。1996年開始發(fā)射第三代（BlockIIR)衛(wèi)星。2000年5月2日-2030為改進(jìn)更新階段4．GPS的特點(diǎn)與問題TRANSIT系統(tǒng)問題：

1.衛(wèi)星少，不能實(shí)時(shí)定位。

2.軌道低，難以精密定軌。

3.頻率低，難以補(bǔ)償電離層效應(yīng)的影響72007-06GPS原理4．GPS的特點(diǎn)與問題美國(guó)對(duì)利用GPS的限制政策——GPS的加密措施

美國(guó)實(shí)行所謂“選擇可用性”—SA政策(SelectiveAvailability)一、精密定位服務(wù)與標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)

1）精密定位服務(wù)（5-10m）：PPS—P碼(精碼)美國(guó)軍方使用，包括：

L1：C/A碼，P碼；L2：P碼；消除SA的密匙，導(dǎo)航電文。

2）標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（100m）：SPS—C/A碼(粗碼)

出于經(jīng)濟(jì)考慮，83年提供民用。L1：C/A，導(dǎo)航電文。二、A-S措施P碼保密，只有美國(guó)軍方可用，后來被解密。美國(guó)引入W碼，并將P碼與W碼進(jìn)行模二相加得Y碼，難以破解。82007-06GPS原理4．GPS的特點(diǎn)與問題三、SA政策84年民用結(jié)果，精度遠(yuǎn)高于100m，美國(guó)為保證自身安全，1990年3月25日起對(duì)民用信號(hào)進(jìn)行干擾，包括：

ε技術(shù)：干擾衛(wèi)星星歷；

δ技術(shù)：干擾定位信號(hào)。因美國(guó)國(guó)內(nèi)的就業(yè)壓力及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，1996年3月29日，克林頓宣布10年內(nèi)終止SA，2000年5月2日終止，但可隨時(shí)在區(qū)域內(nèi)恢復(fù)。四、政策調(diào)整與技術(shù)更新

1、美國(guó)對(duì)GPS的政策調(diào)整與技術(shù)改進(jìn)

1）政策調(diào)整（1）1983年提供民用；（2）1990年實(shí)施SA政策；（3）2000年5月取消SA；（4）1999年決定既保證軍用安全，又提高民用精度。92007-06GPS原理4．GPS的特點(diǎn)與問題2）技術(shù)改進(jìn)GPS現(xiàn)代化內(nèi)容改進(jìn)時(shí)間發(fā)射BlockⅡR-M衛(wèi)星L1加M碼，L2加C/A、M2005，5顆發(fā)射BlockⅡF衛(wèi)星L1加M，L2加C/A、M，L52006~2012GPSⅢ增強(qiáng)L1加M，L2加C/A、M，L5，其它未來能力2012~2030星數(shù)：30+22004五、GPS應(yīng)用的最新發(fā)展1）精密單點(diǎn)定位；2）GPS測(cè)高程；因精確的大地水準(zhǔn)面模型已建立，目前GPS可代替三等水準(zhǔn)。3）室內(nèi)GPS接收機(jī)。發(fā)展趨勢(shì)：高精度，快速，小型，自動(dòng)，抗遮擋，抗電磁干擾。102007-06GPS原理4．GPS的特點(diǎn)與問題(一)GPS相對(duì)于其它導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)全球地面連續(xù)覆蓋。功能多，精度高。實(shí)時(shí)定位速度快?？垢蓴_性能好，保密性強(qiáng)。(二)GPS應(yīng)用于定位方面的特點(diǎn)觀測(cè)站之間無需通視。定位精度高。觀測(cè)時(shí)間短。提供三維坐標(biāo)。操作簡(jiǎn)便。全天候作業(yè)。（三）問題軍民兩用。無安全承諾。三維精度不一致。112007-06GPS原理

(1)美國(guó)政府曾向全世界宣稱：任何國(guó)家都可以免費(fèi)使用美國(guó)的GPS來進(jìn)行定位工作.美國(guó)在給其他國(guó)家使用時(shí)，在技術(shù)上打了很大的折扣，美國(guó)自己運(yùn)用的是精碼，定位精度在10米以內(nèi)，甚至達(dá)到3-5米，別的國(guó)家想用，定位精度大約僅有100米的精度，為什么美國(guó)自己定位要非常精確，就是為了在軍事上的應(yīng)用，進(jìn)行精確制導(dǎo)打擊。比如說，我們1999年南聯(lián)盟使館被炸，那5枚精確制導(dǎo)炸彈，全部是GPS精確制導(dǎo)的炸彈，那5枚導(dǎo)彈均勻地分布在我們的大使館樓頂?shù)纳让嫔?，這是GPS在軍事上運(yùn)用獲得的效能。(2)以近年發(fā)生的危機(jī)和戰(zhàn)爭(zhēng)為例，每每到了這種時(shí)刻，美國(guó)方面操縱GPS的機(jī)構(gòu)便做出決定，為了保證和加強(qiáng)GPS的軍事用途，暫時(shí)關(guān)閉它的民用性能，比如關(guān)閉高速公路和電話手機(jī)對(duì)GPS信號(hào)的接收。

一個(gè)作戰(zhàn)軍人或作戰(zhàn)小組靠GPS在劃定方位,但是美國(guó)軍方可以隨時(shí)篡改、偽造和關(guān)閉信號(hào)。科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)人就關(guān)閉了信號(hào)，造成整個(gè)巴爾干地區(qū)都無法收到信號(hào)。因?yàn)樗麄儞?dān)心塞爾維亞的防空系統(tǒng)利用該信號(hào)操控導(dǎo)彈，毗鄰的奧地利就受到波及。

122007-065．GPS主要的誤差來源與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差相對(duì)論效應(yīng)與傳播途徑有關(guān)的誤差電離層延遲對(duì)流層延遲多路徑效應(yīng)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化接收機(jī)鐘差接收機(jī)內(nèi)部噪聲132007-06GPS原理5．GPS主要的誤差來源1、衛(wèi)星星歷誤差

1）來源：地面監(jiān)測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差及星歷數(shù)據(jù)計(jì)算方法不合理帶來的誤差。

2）大小：衛(wèi)星位置偏差達(dá)數(shù)米至數(shù)十米。

3）性質(zhì)：當(dāng)?shù)孛鎯牲c(diǎn)間的距離較近（<20km）時(shí)，對(duì)兩點(diǎn)定位的影響具有相關(guān)性。4）減弱措施：（1）相對(duì)定位；（殘余誤差隨邊長(zhǎng)的增大而增大）（2）差分定位；（3）采用后處理星歷；（4）建立自己的地面監(jiān)測(cè)站，進(jìn)行GPS衛(wèi)星的定軌觀測(cè)，求精密星歷。2、衛(wèi)星鐘差

1）來源：鐘頻穩(wěn)定性。

2）對(duì)星站距離的影響達(dá)300km，改正后仍有6m。

3）性質(zhì)：同星歷誤差。

4）減弱措施：主要是相對(duì)定位或差分定位；142007-06GPS原理5．GPS主要的誤差來源3、電離層折射

1）不改正使星站距離產(chǎn)生100多米誤差；

2）影響性質(zhì)：（1）碼相位觀測(cè)與載波相位觀測(cè)的電離層折射大小相等，符號(hào)相反；（2）對(duì)相對(duì)定位的影響因相關(guān)性而大大減弱；

3）影響電離層折射的因素（1）電磁波頻率250MHz電磁波的折射數(shù)為1600MHz電磁波折射數(shù)的約30倍，L1載波與L2載波的折射數(shù)顯著不同。（2）電磁波傳播路徑上的帶電離子密度及帶電粒子數(shù)4）減弱措施：雙頻觀測(cè)（P95式6.16至6.20）；模型改正；相對(duì)定位（殘余誤差隨邊長(zhǎng)的增大而增大）；差分定位；載波相位觀測(cè)與碼相位觀測(cè)取平均。152007-06GPS原理5．GPS主要的誤差來源4、對(duì)流層折射

1）對(duì)星站距離的影響達(dá)20米。

2）影響對(duì)流層折射的因素：溫度、氣壓、濕度、衛(wèi)星高度。

3）措施：（1）模型改正

90年代以前研究測(cè)距儀的大氣折射影響，90年代以后直到目前還在研究對(duì)流層對(duì)GPS定位的影響。（2）作為未知數(shù)求解；（3）相對(duì)定位（殘余誤差隨邊長(zhǎng)的增大而增大）。162007-06GPS原理5．GPS主要的誤差來源5、多路徑誤差由衛(wèi)星發(fā)射的電磁波經(jīng)多條路徑到達(dá)接收機(jī)而引起的誤差，其中一條路徑是直接到達(dá)接收機(jī)，其它路徑是經(jīng)多次反射后到達(dá)接收機(jī)。措施：

1）靜態(tài)定位；

2）測(cè)站點(diǎn)避開反射物（建筑物、光滑地面、水域等）；

3）改善天線。172007-06GPS原理5．GPS主要的誤差來源6、接收機(jī)自身誤差接收機(jī)鐘差接收機(jī)安置誤差，包括對(duì)中和整平誤差，觀測(cè)前應(yīng)嚴(yán)格校正對(duì)點(diǎn)器。觀測(cè)誤差：接收機(jī)對(duì)時(shí)間的觀測(cè)精度有限引起的誤差天線相位中心位置偏差，即接收機(jī)天線的相位中心與幾何中心不一致。

性質(zhì)：與信號(hào)強(qiáng)弱及到達(dá)接收機(jī)的方向有關(guān)。措施：改進(jìn)天線、相對(duì)定位時(shí)采用同一型號(hào)的接收機(jī)并使定向標(biāo)志朝北、觀測(cè)前檢驗(yàn)接收機(jī)天線相位中心位置偏差。182007-06GPS原理6．DGPS(差分GPS)差分GPS產(chǎn)生的誘因：絕對(duì)定位精度不能滿足要求GPS絕對(duì)定位的精度受多種誤差因素的影響，不能完全滿足某些特殊應(yīng)用的要求美國(guó)的GPS政策對(duì)GPS絕對(duì)定位精度的影響（選擇可用性SA）差分GPS（DGPS–DifferentialGPS）利用設(shè)置在坐標(biāo)已知的點(diǎn)（基準(zhǔn)站）上的GPS接收機(jī)測(cè)定GPS測(cè)量定位誤差，用以提高在一定范圍內(nèi)其它GPS接收機(jī)（流動(dòng)站）測(cè)量定位精度的方法192007-06GPS原理6．DGPS(差分GPS)差分GPS的基本原理誤差的空間相關(guān)性以上各類誤差中除多路徑效應(yīng)均具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性，從而定位結(jié)果也有一定的空間相關(guān)性。差分GPS的基本原理利用基準(zhǔn)站（設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上）測(cè)定具有空間相關(guān)性的誤差或其對(duì)測(cè)量定位結(jié)果的影響，供流動(dòng)站改正其觀測(cè)值或定位結(jié)果。差分改正數(shù)的類型距離改正數(shù)：利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計(jì)算出站星間的計(jì)算距離，計(jì)算距離減去觀測(cè)距離即為距離改正數(shù)。位置（坐標(biāo)改正數(shù)）改正數(shù)：基準(zhǔn)站上的接收機(jī)對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，確定出測(cè)站的觀測(cè)坐標(biāo)，測(cè)站的已知坐標(biāo)與觀測(cè)坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。202007-06GPS原理6．DGPS(差分GPS)差分GPS對(duì)測(cè)量定位精度的改進(jìn)212007-06GPS原理6．DGPS(差分GPS)差分GPS的分類根據(jù)時(shí)效性實(shí)時(shí)差分事后差分根據(jù)觀測(cè)值類型偽距差分載波相位差分根據(jù)差分改正數(shù)位置差分（坐標(biāo)差分）距離差分根據(jù)工作原理和差分模型局域差分（LADGPS–LocalAreaDGPS）單基準(zhǔn)站差分多基準(zhǔn)站差分廣域差分（WADGPS–WideAreaDGPS）位置差分距離差分距離改正坐標(biāo)改正222007-06GPS原理二、GPS的組成

GPS定位系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星空間部分、地面控制部分和用戶GPS接收機(jī)三部分組成。

232007-06GPS原理1、空間部分

由21顆工作衛(wèi)星

和3顆備用衛(wèi)星組成。

當(dāng)前星座：28顆GPS衛(wèi)星圖片242007-06GPS原理保證在每天24小時(shí)的任何時(shí)刻，在高度角15度以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星為了減少誤差，一般要求4顆衛(wèi)星，用于定位的4顆衛(wèi)星稱為定位星座。252007-06GPS原理GPS衛(wèi)星星座平面圖262007-06GPS原理GPS衛(wèi)星地面軌跡272007-06GPS原理GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲(chǔ)導(dǎo)航電文生成用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（測(cè)距碼、載波）發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文）接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測(cè)核暴等。主要設(shè)備太陽(yáng)能電池板原子鐘（2臺(tái)銫鐘、2臺(tái)銣鐘）信號(hào)生成與發(fā)射裝置282007-06GPS原理BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同類型的GPS衛(wèi)星292007-06GPS原理2、地面控制部分Coloradosprings55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajalein1個(gè)主控站:Coloradosprings(科羅拉多.斯平士)。3個(gè)注入站:Ascencion(阿森松群島)、DiegoGarcia(迭哥伽西亞)、kwajalein(卡瓦加蘭)。5個(gè)監(jiān)控站：以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。302007-06GPS原理衛(wèi)星上各種設(shè)備是否正常工作,是否一直沿預(yù)定軌道運(yùn)行,要由地面設(shè)備監(jiān)控主控站對(duì)地面監(jiān)控部實(shí)行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對(duì)GPS衛(wèi)星的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機(jī)、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計(jì)算機(jī)。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。5個(gè)監(jiān)控站均為無人守值的數(shù)據(jù)采集中心。注入站的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。312007-06GPS原理類型應(yīng)用特點(diǎn)用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，分為車載型、航海型、航空型和星載型能夠?qū)崟r(shí)給出載體的位置和速度，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛用于精密大地測(cè)量定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴用于天文臺(tái)及無線電通訊利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間進(jìn)行授時(shí)3、用戶接收機(jī)部分導(dǎo)航接收機(jī)測(cè)地接收機(jī)授時(shí)接收機(jī)322007-06GPS原理圖片：導(dǎo)航型GPS接收機(jī)手持型GPS機(jī)車載型GPS機(jī)332007-06GPS原理應(yīng)用領(lǐng)域性能優(yōu)點(diǎn)功能手持型GPS接受機(jī)多為導(dǎo)航使用液晶顯示，導(dǎo)航畫面清晰，配有背景燈，方便夜間操作，功能齊全不需要地面設(shè)備，只要收到衛(wèi)星信號(hào)，就能快速定位，不受天氣、行政區(qū)域的限制能夠計(jì)算當(dāng)?shù)氐膰?guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還能指出正北方，并將經(jīng)過的地點(diǎn)、路線記錄下來，方便返回時(shí)用；計(jì)算兩點(diǎn)的距離，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換；計(jì)算日出、日落時(shí)間手持型GPS接收機(jī)342007-06GPS原理信息接收信息發(fā)射應(yīng)用領(lǐng)域通過車載GPS可以在屏幕上及時(shí)查看車輛所在的經(jīng)緯度、運(yùn)行軌跡、速度、行進(jìn)方向車載電臺(tái)把定位信息發(fā)給監(jiān)控中心，在電子地圖上顯示出來，可對(duì)車輛進(jìn)行調(diào)度指揮城市公共汽車調(diào)度管理，旅游區(qū)車輛報(bào)警與調(diào)度，海關(guān)、公安、海防等部門對(duì)車輛的調(diào)度與監(jiān)控車載GPS的功用使裝有GPS的出租車配備合理，能最大程度的滿足乘客的要求，從而減少了空載率，降低能源消耗，節(jié)省運(yùn)行成本，并使行車、乘車安全系數(shù)大大提高等功能。352007-06GPS原理

1、衛(wèi)星軌跡：

這里有24顆GPS衛(wèi)星沿六條軌道繞地球運(yùn)行（每四顆一組），一般不會(huì)有超過12個(gè)衛(wèi)星在地球的同一邊，大多數(shù)GPS接收器可以追蹤8-12顆衛(wèi)星。計(jì)算LAT/LONG（2維）坐標(biāo)至少需要3顆衛(wèi)星。再加一顆就可以計(jì)算3維坐標(biāo)。對(duì)于一個(gè)給定的位置，GPS接收器知道在此時(shí)哪些衛(wèi)星在附近，因?yàn)樗煌５亟邮諒男l(wèi)星發(fā)來的更新信號(hào)。

2、并行通道：

一些消費(fèi)類GPS設(shè)備有2-5條并行通道接收衛(wèi)星信號(hào)。因?yàn)樽疃嗫赡苡?2顆衛(wèi)星是可見的（平均值是8），這意味著GPS接收器必須按順序訪問每一顆衛(wèi)星來獲取每顆衛(wèi)星的信息。

市面上的GPS接收器大多數(shù)是12并行通道型的，這允許它們連續(xù)追蹤每一顆衛(wèi)星的信息，12通道接收器的優(yōu)點(diǎn)包括快速冷啟動(dòng)和初始化衛(wèi)星的信息，而且在森林地區(qū)可以有更好的接收效果。一般12通道接收器不需要外置天線，除非你是在封閉的空間中，如船艙、車廂中。

導(dǎo)航型GPS的常見功能362007-06GPS原理3、定位時(shí)間：

這是指你重啟動(dòng)你的GPS接收器時(shí)，它確定現(xiàn)在位置所需的時(shí)間。對(duì)于12通道接收器，如果你在最后一次定位位置的附近，冷啟動(dòng)時(shí)的定位時(shí)間一般為3-5分鐘，熱啟動(dòng)時(shí)為15-30秒，而對(duì)于2通道接收器，冷啟動(dòng)時(shí)大多超過15分鐘，熱啟動(dòng)時(shí)為2-5分鐘。

4、定位精度：

大多數(shù)GPS接收器的水平位置定位精度在5m-10m左右，但這只是在SA沒有開啟的情況下。

5、DGPS功能：

為了將SA和大氣層折射帶來的影響降為最低，有一種叫做DGPS發(fā)送機(jī)的設(shè)備。它是一個(gè)固定的GPS接收器（在一個(gè)勘探現(xiàn)場(chǎng)100km-200km的半徑內(nèi)設(shè)置）接收衛(wèi)星的信號(hào)，它確切地知道理論上衛(wèi)星信號(hào)傳送到的精確時(shí)間是多少，然后將它與實(shí)際傳送時(shí)間相比較，然后計(jì)算出“差”，這十分接近于SA和大氣層折射的影響，它將這個(gè)差值發(fā)送出去，其他GPS接收器就可以利用它得到一個(gè)更精確的位置讀數(shù)（5m-10m或者更少的誤差）。

許多GPS設(shè)備提供商在一些地區(qū)設(shè)置了DGPS發(fā)送機(jī)，供它的客戶免費(fèi)使用，只要客戶所購(gòu)買的GPS接收器有DGPS功能。

導(dǎo)航型GPS的常見功能372007-06GPS原理6、信號(hào)干擾：

要給予你一個(gè)很好的定位，GPS接收器需要至少3-5顆衛(wèi)星是可見的。如果你在峽谷中或者兩邊高樓林立的街道上，或者在茂密的叢林里，你可能不能與足夠的衛(wèi)星聯(lián)系，從而無法定位或者只能得到二維坐標(biāo)。同樣，如果你在一個(gè)建筑里面，你可能無法更新你的位置，一些GPS接收器有單獨(dú)的天線可以貼在擋風(fēng)玻璃上，或者一個(gè)外置天線可以放在車頂上，這有助于你的接收器得到更多的衛(wèi)星信號(hào)。

7、物理指標(biāo)：

選購(gòu)導(dǎo)航型GPS設(shè)備時(shí)，大小、重量、顯示畫面、防水、防震、防塵性能、耐高溫、耗電等物理指標(biāo)都要考慮在內(nèi)。

導(dǎo)航型GPS的常見功能382007-06GPS原理圖片：大地測(cè)量GPS接收機(jī)單頻機(jī)雙頻機(jī)392007-06GPS原理GPS信號(hào)接收機(jī)天線單元帶前置放大器接收天線接收單元信號(hào)通道存儲(chǔ)器微處理器輸入輸出設(shè)備電源天線單元接收單元402007-06GPS原理三、GPS定位方法分類

（1）絕對(duì)/單點(diǎn)定位(pointpositioning)——確定觀測(cè)點(diǎn)在WGS-84系中的坐標(biāo)，即絕對(duì)位置。（2）相對(duì)定位(relativepositioning)——確定觀測(cè)點(diǎn)在國(guó)家或地方獨(dú)立坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，即相對(duì)位置。

412007-06GPS原理四、GPS的后處理測(cè)量方法

1．靜態(tài)測(cè)量(staticsurveying)（1）方法：將幾臺(tái)GPS接收機(jī)安置在基線端點(diǎn)上，保持固定不動(dòng)，同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星?？捎^測(cè)數(shù)個(gè)時(shí)段，每時(shí)段觀測(cè)十幾分鐘至1小時(shí)左右。最后將觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件解算得各點(diǎn)坐標(biāo)。（2）用途：是精度最高的作業(yè)模式。主要用于大地測(cè)量、控制測(cè)量、變形測(cè)量、工程測(cè)量。（3）精度：

可達(dá)到（5mm+1ppm）422007-06GPS原理2．動(dòng)態(tài)測(cè)量(kinematicsurveying)（1）方法：先建立一個(gè)基準(zhǔn)站，并在其上安置接收機(jī)連續(xù)觀測(cè)可見衛(wèi)星，另一臺(tái)接收機(jī)在第1點(diǎn)靜止觀測(cè)數(shù)分鐘后，在其他點(diǎn)依次觀測(cè)數(shù)秒。最后將觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件解算得各點(diǎn)坐標(biāo)。動(dòng)態(tài)相對(duì)定位的作業(yè)范圍一般不能超過15km。（2）用途：適用于精度要求不高的碎部測(cè)量。（3）精度：可達(dá)到（10~20mm+1ppm）

432007-06GPS原理圖形：相對(duì)定位模式靜態(tài)相對(duì)定位模式流動(dòng)站動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模式基準(zhǔn)站442007-06GPS原理五、GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）方法

1．RTK(real-timekinematic)工作原理及方法與動(dòng)態(tài)相對(duì)定位方法相比，定位模式相同，僅要在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站間增加一套數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)時(shí)計(jì)算、實(shí)時(shí)輸出。

2．RTK用途：適用于精度要求不高的施工放樣及碎部測(cè)量。

3．作業(yè)范圍：目前一般為10km左右。4．精度：可達(dá)到（10~20mm+1ppm）452007-06GPS應(yīng)用GPS的應(yīng)用主要有5個(gè)方面：1.定位：確定一點(diǎn)的位置。2.導(dǎo)航：從一個(gè)地方到另一個(gè)地方。3.跟蹤：跟蹤-監(jiān)視人或物體的運(yùn)動(dòng)。4.繪圖：用于繪制世界地圖。5.定時(shí)：提供精確的時(shí)間。一、軍用領(lǐng)域GPS是自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、先進(jìn)武器系統(tǒng)及新的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)理論的一項(xiàng)關(guān)鍵性基本保障技術(shù)，能為地面車輛、人員以及航空、航海、航天等領(lǐng)域的飛機(jī)、船只、潛艇、衛(wèi)星、航天飛機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航定位；武器發(fā)射、偵察、飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸、交通管制、搜索營(yíng)救，戰(zhàn)場(chǎng)部隊(duì)、車輛以及單兵定位；精確制導(dǎo)導(dǎo)彈打擊目標(biāo)坐標(biāo)定位及彈道導(dǎo)引。462007-06GPS應(yīng)用GPS的用途

GPS最初就是為軍方提供精確定位而建立的，至今它仍然由美國(guó)軍方控制。軍用GPS產(chǎn)品主要用來確定并跟蹤在野外行進(jìn)中的士兵和裝備的坐標(biāo)，給海中的軍艦導(dǎo)航，為軍用飛機(jī)、導(dǎo)彈等提供位置和導(dǎo)航信息等。

472007-06GPS應(yīng)用美國(guó)地面部隊(duì)在人生地不熟的沙漠里，正是靠GPS的指向，才順利完成了各項(xiàng)軍事任務(wù)；現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，從幾千公里外發(fā)射的導(dǎo)彈能準(zhǔn)確地命中目標(biāo)，也是靠的GPS技術(shù)。我們1999年南聯(lián)盟使館被炸，那5枚精確制導(dǎo)炸彈，全部是GPS精確制導(dǎo)的炸彈，那5枚導(dǎo)彈均勻地分布在我們的大使館樓頂?shù)纳让嫔?，這是GPS在軍事上運(yùn)用獲得的效能。導(dǎo)彈的飛行、飛機(jī)的導(dǎo)航、精確打擊的實(shí)現(xiàn)，無不依賴于GPS，所以，當(dāng)前的美伊戰(zhàn)爭(zhēng)，GPS也成了雙方爭(zhēng)斗的重要一環(huán).如果沒有這一系統(tǒng)，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)的兩枚導(dǎo)彈先后攻擊同一目標(biāo)，后一枚導(dǎo)彈通過前一導(dǎo)彈炸開的洞鉆入目標(biāo)內(nèi)部進(jìn)行攻擊是不可能的）。由于它的精確度目前已達(dá)到10米內(nèi)，該系統(tǒng)曾被美軍在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中廣泛運(yùn)用，并發(fā)揮了巨大威力。為了提高精確度，美國(guó)國(guó)防部在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，又增加4顆衛(wèi)星，使得衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到28顆，精確度也相應(yīng)地提高到了7米。再加上美軍使用的是能更好彌補(bǔ)大氣偏差的加密接收機(jī)，它們可以得到更精確的實(shí)時(shí)精度。據(jù)國(guó)外媒體早先報(bào)道，即使是美國(guó)的民用手持GPS接收器在水平面上的定位精度都可以達(dá)到5米。足見其軍用系統(tǒng)定位精度之高。應(yīng)用案例482007-06GPS應(yīng)用陸地應(yīng)用：主要包括車輛導(dǎo)航、景點(diǎn)導(dǎo)游、應(yīng)急反應(yīng)、高精度時(shí)頻對(duì)比、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源戡探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、市政規(guī)劃控制等；

海洋應(yīng)用：遠(yuǎn)洋船只航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋控寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋井平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等；

航空航天應(yīng)用：飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、航空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等。

492007-06GPS應(yīng)用GPS應(yīng)用領(lǐng)域主要功能在林業(yè)管理方面的應(yīng)用GPS技術(shù)在確定林區(qū)面積，估算木材量，計(jì)算可采伐木材面積，確定原始森林、道路位置，對(duì)森林火災(zāi)周邊測(cè)量，尋找水源和測(cè)定地區(qū)邊界方面可以發(fā)揮獨(dú)特的重要作用在合理施肥，精確農(nóng)業(yè)管理方面的應(yīng)用依據(jù)農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量分布圖，設(shè)置有GPS接收機(jī)的“受控應(yīng)用”的噴施器，在GPS的控制下，依據(jù)土壤養(yǎng)分含量分布圖，能夠精確地給田地各點(diǎn)施肥。(1)可以監(jiān)測(cè)作物產(chǎn)量(計(jì)算機(jī)\產(chǎn)量監(jiān)視器\GPS接收機(jī))(2)幫助合理施肥(3)應(yīng)用于土壤養(yǎng)分的分布調(diào)查(GPS接收機(jī)把樣品的位置)在精確定時(shí)方面的應(yīng)用每顆GPS衛(wèi)星上都有精密的原子鐘，所以GPS接受器可以接收到精確的時(shí)間信息在農(nóng)業(yè)方面GPS也有用武之地．以往飛機(jī)向農(nóng)田噴灑農(nóng)藥，用人在地面搖動(dòng)紅旗做方位指示，經(jīng)常由于不夠準(zhǔn)確造成噴灑效率低，而有GPS定位儀后，合理分布航線,飛機(jī)可以按事先設(shè)計(jì)好的經(jīng)緯度，利用定位儀確認(rèn)坐標(biāo)后噴灑，大大提高了噴灑效率,大大節(jié)省飛機(jī)作業(yè)的費(fèi)用,噴殺化肥農(nóng)藥時(shí),減少重疊,避免浪費(fèi),避免過多的用量影響農(nóng)作物生長(zhǎng).502007-06GPS應(yīng)用GPS的應(yīng)用將進(jìn)入人們的日常生活

最近幾年，越來越多普通消費(fèi)者買得起的GPS接收器出現(xiàn)了。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些設(shè)備的功能越來越完善，幾乎每月都有新的功能出現(xiàn)，但價(jià)格在下跌，尺寸也越來越小了。兩三年前GPS設(shè)備還像藝術(shù)品一樣令人望而卻步，而現(xiàn)在消費(fèi)者終于可以擁有一款夢(mèng)想已久的GPS接收器了，還帶有以前做夢(mèng)也想不到的很多先進(jìn)的功能。消費(fèi)類GPS手持機(jī)的價(jià)格從幾百元到幾千元不等，它們基本上都有12個(gè)并行通道