01、GPS学习课件绪论
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全球定位系统(GPS)使用 教学PPT课件
全球定位系统（GPS）使用
内容
1、 2、 3、
GPS简介 GPS定位原理 GPS测量的特点
全球定位系统（Global Positioning System， 简称GPS）是美国从20世纪70年代开始研制 的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统， 历时20年，耗资200多亿美元，分三阶段研制， 陆续投入使用，并于1994年全面建成。GPS 是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统， 它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实 时性的精密三维导航与定位功能，而接收机、数据处理 软件及其终端设备（如计算机）等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择 的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信 号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相 应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收 机中心（测站点）的三维坐标。
2、 GPS定位原理
GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实 现的。如图15所示，在待 测点Q设置GPS接 收机，在某一时刻tk同时接收到3颗（或3颗以 上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数 据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心 （测站点）至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据 卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标 （Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，从而由公式解 算出Q点的三维坐标（X，Y，Z）：
图15 GPS定位原理
3、 GPS测量的特点
①测量精度高。 ②测站间无需通视。 ③观测时间短。 ④仪器操作简便。 ⑤全天候作业。 ⑥提供三维坐标。 ⑦功能多、应用广
1、 GPS简介
GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用 户设备三部分构成。
（1）GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗 在轨备用卫星组成。卫星用L波段的两个无线 电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信 号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使 卫星成为一个动态的已知点。
内容
1、 2、 3、
GPS简介 GPS定位原理 GPS测量的特点
全球定位系统（Global Positioning System， 简称GPS）是美国从20世纪70年代开始研制 的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统， 历时20年，耗资200多亿美元，分三阶段研制， 陆续投入使用，并于1994年全面建成。GPS 是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统， 它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实 时性的精密三维导航与定位功能，而接收机、数据处理 软件及其终端设备（如计算机）等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择 的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信 号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相 应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收 机中心（测站点）的三维坐标。
2、 GPS定位原理
GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实 现的。如图15所示，在待 测点Q设置GPS接 收机，在某一时刻tk同时接收到3颗（或3颗以 上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数 据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心 （测站点）至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据 卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标 （Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，从而由公式解 算出Q点的三维坐标（X，Y，Z）：
图15 GPS定位原理
3、 GPS测量的特点
①测量精度高。 ②测站间无需通视。 ③观测时间短。 ④仪器操作简便。 ⑤全天候作业。 ⑥提供三维坐标。 ⑦功能多、应用广
1、 GPS简介
GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用 户设备三部分构成。
（1）GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗 在轨备用卫星组成。卫星用L波段的两个无线 电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信 号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使 卫星成为一个动态的已知点。
《gps导航定位》课件
GPS导航定位的优缺点
GPS导航定位的优点包括高精度、全球覆盖和多功能性。 然而，缺点包括对天气和建筑物的影响，以及可能的隐私和安全问题。
GPS导航定位的安全问题
GPS导航定位存在安全隐患，包括可能的信号干扰、定位误差和位置欺骗。 为了确保安全性，需要采取措施，例如加密通信和强化用户验证。
结语
《GPS导航定位》PPT课 件
探索令人着迷的GPS导航定位世界。了解导航定位的原理、系统、技术，以及 其在车辆、船舶和航空导航中的应用。
什么是GPS导航定位
GPS导航定位是一种基于卫星系统的定位技术，可精确定位全球任何位置，并 提供导航指引和路径规划。 GPS导航定位的应用场景包括汽车导航、旅行、户外探险等。
GPS导航定位的原理
GPS导航定位通过接收来自卫星的信号来确定位置，使用三角定位原理计算精 确的经纬度坐标。 信号原理涉及卫星、接收机、时钟和测距等关键组件。
GPS导航定位的系统
GPS导航定位系统由卫星、地面控制站、用户接收机和导航数据库组成。 各个系统之间相互配合，共同实现高精度的导航定位服务。
GPS导航定位在现代生活中起着重要作用，未来仍面临挑战和机遇。 不断提升技术和应用，GPS导航定位将为我们带来更好的导航体验和便利性。
GPS导航定位的技术
GPS导航定位技术经历了多年的发展，并不断提高精度和功能。 未来，GPS导航定位技术将进一步发展，包括更高的精度、更多的应用领域和 增强现实导航等。
GPS导航定位的应用
GPS导航定位在车辆导航中被广泛应用，提供行驶指引、实时交通信息和路径 规划。
此外，GPS导航定位还在船舶导航和航空导航中起着关键作用，提高安全性和 效率。
第一章绪论 第二节导航定位卫星及其星座
GPS测量定位技术
一、GPS卫星及星座
GPS系统主要是为美国海陆空三军服务的，它具有广 泛的军事用途，例如，为地面部队迅速行动指明方位， 为核潜艇导航，为弹道导弹导航，检测全球核爆炸，摄 取全球性的军事情报，反潜艇，反导弹等等。因此， GPS卫星的内部设备复杂而繁多，例如，为了战略部队 的应急通讯，美国在GPS卫星上安装战略通信机，其重 量达16.03㎏，体积为0.0124m3，采用240-272MHZ、 318-400MHZ和7900-8000MHZ的微波信号，辐射功率 为20W。
GPS测量定位技术
二、前苏联GLONASS全球卫星导航系统
1.卫星星座 GLONASS卫星星座的轨道为三个等间隔椭圆轨道，轨 道面间的夹角为120°，轨道倾角64.8°，轨道的偏心率为 0.01，每个轨道上等间隔地分布8颗卫星。卫星离地面高 度 为 19100km ， 运 行 周 期 为 11 小 时 15 分 。 由 于 GLONASS卫星的轨道倾角大于GPS卫星的轨道倾角，所 以在高纬度（50°以上）地区的可视性较好。 每颗GLONASS卫星上装有铯原子钟，以产生高稳定的 时标，并向所有星载设备提供同步信号。星载计算机将从 地面控制站接收到的信息进行处理，生成导航电文向地面 的用户广播。
GPS测量定位技术
第一章 绪论
•学习目标 •第一节 卫星大地测量及其发展 •第二节 导航定位卫星及其星座 •第三节 GPS在国民经济建设中的应用 •本章小结 •思考题与习题
GPS测量定位技术
第一章 绪论
学习目标
•了解GPS系统的构成，卫星的个数及寿命，卫星的 运行周期及发射功率，原子钟的精度，定位信号频 率。GPS的地面控制系统和截止2003年10月，目前GPS在轨工作卫星为28颗，其中 17号星在2003年6月6日至7月23日期间列为不健康状况，7 月9日其星钟从Cs4转为Rb2，卫星移到D6星位上又开始正 常运行。现在工作的卫星编号从1号至31号之间，只有12号、 19号、22号为空缺。28颗卫星中有3颗为BLOCKII卫星，17 颗为BLOCKIIA卫星，8颗为BLOCKIIR卫星，正在用铯钟(Cs) 运行的有11颗卫星，其余均用铷钟(Rb)，在1993年11月22 日启用的卫星达15颗，即工作差不多十年以上的卫星数目 过半数，最早的一颗卫星还是1989年6月发射的。原先21号 星是1990年8月2日发射的，去年9月25日出现异常情况， 于2003年1月27日宜布退出服务，现已为2003年3月31日 发射的卫星所接替，后者在4月12日投入正式服务。
第一章(绪论) GPS数据处理课件 吉长东
• 1、产生的背景
• 1）军事需要； • 2）无线电导航技术、卫星技术、计算机和通信技术； • 3）经济发展。 反向观测方案
第一代卫星导航系统的基本工作原理
• 2、第一代卫星导航定位系统
主要有： • 1)美国NNSS－卫星多普勒导航系统 • 2)前苏联CICADA－卫星多普勒导航系统 • 3)中国－北斗导航系统
卫星：是设置无线电导航发射机的理想位置，在适当轨道上的卫星星座
可以使导航信号覆盖整个地球。
吉长东(qq群:214030419待定,email:wn1529@) 辽宁工程技术大学测绘学院
GPS原理与应用> 〉绪论> 导航定位系统发展回顾
（二）、卫星导航定位系统（星基无线电导航系统）
最初：卫星三角测量，卫星是动态观测目标！
吉长东(qq群:214030419待定,email:wn1529@) 辽宁工程技术大学测绘学院
GPS原理与应用> 〉绪论> 专业术语
常用专业术语（续）
• （补）GPS的英文定义
By W.Wooden in 1985：
“The Navistar Global Positioning System (GPS) is an all-weather space-based navigation system under development by the Department of Defense (DOD) to satisfy the requirements for the military forces to accurately determine their Position, velocity, and time in a common reference system, anywhere on or near the Earth on a continuous basis.” 即导航卫星授时与测距/全球 定位系统
《GPS定位原理》课件
《GPS定位原理》PPT课 件
欢迎来到《GPS定位原理》PPT课件！我们将介绍全球定位系统（GPS）的工作 原理以及其广泛应用于航空、海运和陆地交通等领域的重要性。
什么是GPS
GPS是全球定位系统，是由美国国防部研制和管理的全球性卫星导航定位系统。
GPS定位Байду номын сангаас理
通过计算卫星信号的发送和接收时间以及接收机的速度，确定位置。至少需 要接收4个卫星信号。
GPS信号
每个GPS信号都包含卫星的编号、时钟、位置和发射时间等重要信息。
GPS接收机
GPS接收机通过接收GPS信号并计算位置来实现定位功能。至少需要接收4个卫星信号。
GPS应用
GPS广泛应用于航空、海运、陆地交通、野外探险等领域。也常用于导航、地 图、疫情追踪等应用中。
总结
GPS定位原理基于卫星发射的信号计算位置，至少需要接收4个卫星的信号进行定位。GPS应用广泛，包括航空、陆 地交通、野外探险等领域。
欢迎来到《GPS定位原理》PPT课件！我们将介绍全球定位系统（GPS）的工作 原理以及其广泛应用于航空、海运和陆地交通等领域的重要性。
什么是GPS
GPS是全球定位系统，是由美国国防部研制和管理的全球性卫星导航定位系统。
GPS定位Байду номын сангаас理
通过计算卫星信号的发送和接收时间以及接收机的速度，确定位置。至少需 要接收4个卫星信号。
GPS信号
每个GPS信号都包含卫星的编号、时钟、位置和发射时间等重要信息。
GPS接收机
GPS接收机通过接收GPS信号并计算位置来实现定位功能。至少需要接收4个卫星信号。
GPS应用
GPS广泛应用于航空、海运、陆地交通、野外探险等领域。也常用于导航、地 图、疫情追踪等应用中。
总结
GPS定位原理基于卫星发射的信号计算位置，至少需要接收4个卫星的信号进行定位。GPS应用广泛，包括航空、陆 地交通、野外探险等领域。
gps培训课件
2023 gps培训课件•gps概述•gps应用领域•gps技术目录•gps市场•gps前景•gps常见问题解答01 gps概述1gps发展历程23基于地面无线电导航系统，由美国海军研发，1978年投入使用。
第一代GPS技术基于卫星的导航系统，由美国国防部研发，1995年开始民用。
第二代GPS技术现代化计划，提高定位精度、可靠性和效能。
第三代GPS技术03导航计算根据接收机接收到的卫星信号，计算出接收机的速度、航向、经纬度等信息，实现导航功能。
gps工作原理01卫星发射信号GPS卫星发送无线电信号，包含卫星位置、速度和时间等信息。
02地面接收信号GPS接收机接收到卫星信号后，通过计算得出接收机的三维位置和时间。
gps特点GPS技术可以实现高精度定位，精度达到米级甚至厘米级。
高精度定位全球覆盖高速度和高效率高可靠性GPS卫星覆盖范围广泛，全球任何地方都可以实现无障碍接收信号。
GPS技术可以实现高速、高效的导航和定位，适用于各种移动设备。
GPS技术可靠性高，适用于各种恶劣环境和气候条件。
02 gps应用领域测量领域工程测量GPS技术可用于城市、公路、铁路等工程测量，以及水利工程、精密设备安装等精密工程测量。
地形测量GPS技术可以高精度地测量地形，如山区、丘陵等地形复杂区域。
控制测量全球定位系统在测量领域的应用包括精密控制测量，用于高精度地测定控制点坐标和地球重力场参数等。
车辆导航GPS卫星导航系统可以提供车辆位置、速度和航向等实时信息，为车辆导航提供高精度、实时的指引。
导航领域航海导航GPS技术可以用于航海导航，提供高精度、实时的船只位置、速度和航向信息，为船只的安全航行提供保障。
航空导航GPS技术可以用于航空导航，提供高精度、实时的飞机位置、速度和航向信息，确保飞机安全飞行。
GPS技术可以快速准确地确定海上遇险船只的位置，为搜救人员提供高精度的遇险船只位置信息。
海上搜救在地震搜救过程中，GPS技术可以快速准确地确定被困人员的位置，为救援人员提供高精度的救援路线和方案。
GPS卫星定位的基本原理PPT课件
c (ba )（io n 4 -4）tr o p
将式（4-3）代入式（4-4），即得实际距离 系式为
i o n t r o （p 4c v -t 5a ）c v t b
和伪距
之 间的关
18
GPS测量定位技术
二、伪距法定位的原理
如果已知卫星的钟差 和v t a接收机的钟差 ，v又t b 可精确求得 电离层折射改正和对流层折射改正，那么测定了伪距 ，就 可求 得实际距离 。实际距 离 与卫星坐 标（x、y、z）和 接收机坐标（X、Y、Z）之间又有下列关系：
4
GPS测量定位技术
二、单点定位和相对定位
GPS单点定位也叫绝对定位，就是采用一台接收机进行定位 的模式，它所确定的是接收机天线在WGS－84世界大地坐标系 统中的绝对位置，所以单点定位的结果也属于该坐标系统。
GPS单点定位的实质，即是空间距离后方交会。对此，在一 个测站上观测3颗卫星获取3个独立的距离观测量就够了。但是 由于GPS采用了单程测距原理，此时卫星钟与用户接收机钟不 能保持同步，所以实际的观测距离均含有卫星钟和接收机钟不 同步的误差影响，习惯上称之为伪距。其中卫星钟差可以用卫 星电文中提供的钟差参数加以修正，而接收机的钟差只能作为 一个未知参数，与测站的坐标在数据的处理中一并求解。因此， 在一个测站上为了求解出4个未知参数（3个点位坐标分量和1 个钟差系数），至少需要4个同步伪距观测值。也就是说，至少 必须同时观测4颗卫星。
16
GPS测量定位技术
二、伪距法定位的原理
为了解决定位问题，首先需将观测时得到的伪距 改正为 卫星至接收机之间的实际距离 。
设卫星钟的瞬时读数为时发出信号 ，t a 其正确的标准时刻
为 ； a 该信号到达接收机的时间为 ，t 其b 正确的标准时刻为 。
《GPS卫星定位原理》课件
未来发展趋势
展望GPS技术在未来的发展前景， 例如更多的卫星部署和增强的定 位精度。
六、总结
1
GPS发展前景
分析GPS技术的未来发展趋势和潜在应用领域。
2
未来应用前景
展示GPS在未来可能应用的新领域，如自动驾驶和物联网。
3
GPS的优缺点
总结GPS技术的优点和限制，以便更好地了解其适用性。
介绍GPS接收机的基本组成部分， 如天线、前置放大器和数字处 理器。
GPS接收机原理
解释GPS接收机如何接收和解码 GPS信号以获取定位信息。
GPS接收机误差
讨论GPS接收机常见的误差源， 如大气延迟和多径效应。
四、GPS定位原理
1
GPS定位方法
详细介绍GPS定位的原理和常用的定位算法，如三角测量和差分定位。
2
GPS定位误差
列举影响GPS定位精度的因素，如卫星几何、钟差和接收机误差。
3
GPS定位精度提高方法
提供改善GPS定位精度的方法，如增加卫星数量和使用差分GPS技术。
五、GPS应用
军事领域应用
说明GPS在军事上的多种应用， 如导航、目标定位和军事行动协 调。
民用领域应用
介绍GPS在民用领域中的广泛应 用，如车载导航、运动追踪和位 置服务。
解释GPS系统Байду номын сангаас的卫星、地面 控制和用户设备的组成部分。
二、GPS信号
1 GPS信号结构
详细说明GPS信号的多频带结构和每个频段的作用。
2 GPS信号属性
列举GPS信号的属性，例如码类型、数据速率和功率。
3 GPS信号发射
概述GPS卫星如何发射信号并覆盖整个地球。
三、GPS接收机
gps学习绪论 ppt课件
教材及参考文献
❖ GPS测量原理及应用－徐绍铨，张华海、杨志强、王泽民
武汉大学出版社 2006
❖ 全球定位系统原理及其应用 －刘基余、李征航、
王跃虎、 桑吉章 编著，测绘出版社 1993
❖ GPS测量与数据处理 —李征航、黄劲松 编著，
❖
武汉 大学出版社，2005
❖ GPS测量操作与数据处理 —魏二虎 黄劲松 编著，
注入站、一个监测站以及其它地方的四个监测站组成。 （2）工作阶段： 主控站：美国科罗拉多-斯平士的联合空间指挥中心。（一个） 注入站：大西洋、太平洋、印度洋上各一个。（三个） 监测站：主控站、注入站同时作为监测站，另外在夏威夷群
岛还设有监测站。（五个）
主控站 监控站
监控站
注入站/监控站
注入站/监控站
注入站/监控站
原计划的24颗卫星布置图
修改后的18颗卫星布置图
GPS工作卫星星座（21颗工作卫星）
GPS工作卫星星座（21颗工作卫星）
2、主控站的作用 （1）收集数据：收集监控站测得的伪距和伪距差数据、卫星时 钟及状态数据、气象数据等。 （2）数据处理：编算导航电文（GPS卫星的星历、时态改正、状 态数据、信号的大气传播改正等），同时将导航电文传送到注入 站。 （3）诊断状态：判断地面监控系统各部分是否工作正常。 （4）调度卫星：将离轨卫星拉回来，用备用卫星代替失效卫星。
❖ 观测时间比较短—由于不需要通视,节约了很 多时间,也使得观测时间变短了很多
❖ 操作简单—接收机自动化程度越来越高,体积 越来越小,减轻了工作紧张程度和劳动强度
❖ 功能多，应用广—用于导航，测量，测时， 测速，领域在不断扩大
四、GPS的发展概况
一. 第一代卫星导航系统的产生与发展
GPS原理与应用绪论ppt课件
1.1.3 GPS全球定位系统的建立 1973年12月，美国国防部批准它的海陆空三
军联合研制新的卫星导航系统：NAVSTAR/GPS。 英文“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”，其意为 “卫星测时测距导航/全球定位系统”，简称GPS 系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位 系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、 全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位 和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐 标、速度和时间。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
缺点： • 受卫星可见条件和天气的影响 • 费时费力 • 定位精度低 • 不能测得点位的地心坐标 卫星三角测量被卫星多普勒定位取代： 卫星由
空间观测目标——动态已知点 （低级阶段） （高级阶段）
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
（5）手持GPS的应用 GPS设备：测量型和导航型 手持GPS多为导航使用，特点如下： • 体积小，重量轻，携带方便，耗电量小 • 导航画面清晰，功能键齐全 • 导航无须地面设备辅助，型式多样 应用领域： • 在军队领域的应用 • 在旅游及野外考察中的应用
军联合研制新的卫星导航系统：NAVSTAR/GPS。 英文“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”，其意为 “卫星测时测距导航/全球定位系统”，简称GPS 系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位 系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、 全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位 和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐 标、速度和时间。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
缺点： • 受卫星可见条件和天气的影响 • 费时费力 • 定位精度低 • 不能测得点位的地心坐标 卫星三角测量被卫星多普勒定位取代： 卫星由
空间观测目标——动态已知点 （低级阶段） （高级阶段）
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
（5）手持GPS的应用 GPS设备：测量型和导航型 手持GPS多为导航使用，特点如下： • 体积小，重量轻，携带方便，耗电量小 • 导航画面清晰，功能键齐全 • 导航无须地面设备辅助，型式多样 应用领域： • 在军队领域的应用 • 在旅游及野外考察中的应用
GPS 第一章 绪论
参考文献:1、台军是否有能力反制“北斗”导航系统
2、北斗一号系统的工作原理
地球同步卫星与地球静止卫星
• 如果卫星运行周期与地球自转周期相等，则称 为地球同步卫星。如果轨道倾角再等于零，即 卫星位于赤道上空，且为圆轨道，则卫星相对 地球静止，称为地球静止卫星。由于地球同步 卫星大都采用i=0，因此一般将地球同步卫星 理解为地球静止卫星，不再区分。 • 从地球上看，地球同步卫星就象高悬在赤道上 空的不动的转播站，对广播通信特别有利。地 球自转周期为24小时56分4秒，由"环绕速度表" 查出地球同步卫星高度为35,786km。三个互成 120 角的地球同步卫星即可覆盖全球，实现全 球转播。
GPS原理及应用
参考书目
• 1、《卫星导航系统概论》边少锋等著，电子 工业出版社。 • 2、《 GPS测量操作与数据处理》魏二虎等著， 武汉大学出版社。 • 3、《GPS卫星测量原理与其应用》 周忠谟等 编著 ， 测绘出版社。 • 4、《GPS原理及应用》李天文编著，科学出版 社。 • 5、《 GPS 定位技术及其应用》李明峰等编著， 国防工业出版社。
现代生活离不开 以为卫星为代表 的太空技术
（二）GPS的特点
1、服务空间范围广
GPS卫星覆盖全球范围，能够满足陆地、海洋、航空 航天用户的需要。
2、功能多、精度高
能够为用户提供动态目标的三维位置、三维速度和时 间信息，绝对定位能达到米级，相对定位达到厘米级 的精度。
3、全天候性
GPS测量可以不受天气和昼夜变化的影响，优越于传 统的测量方式
GPS、GLONASS和伽利略系统比较
卫星系统 GPS GLONASS 伽利略系统
卫星数
轨道面数 轨道倾角 平均高度（km） 周期（h/m） 卫星射电频率L1 卫星射电频率L2
《GPS基本原理培训》课件
《GPS基本原理培训》 PPT课件
GPS是全球定位系统的缩写，是一项基于卫星导航的技术。本课程将介绍 GPS的基本原理、定位系统以及技术发展趋势。欢迎大家来了解这一重要的 技术。
GPS基础知识
GPS定义及历史
GPS是全球定位系统的缩写，是一种基于卫星导航的技术。GPS系统的发展历程。
GPS构成要素
结束语
1 GPS是一项重要的技术
GPS在现代社会中扮演着重要角色，帮助我们实现准确定位和导航。
2 GPS已成为我们生活中不可或缺的一部分
GPS技术已经深入到我们的日常生活，并改变了我们的出行方式。
3 期待GPS技术未来的够发展出更多应用和创新。
GPS应用场景
1. 汽车导航 2. 航空航海 3. 军事防卫
GPS技术发展趋势
1
GPS技术发展历程
GPS技术经历了不断的发展和创新，成为现代导航领域的重要技术之一。
2
GPS技术发展趋势
GPS技术将继续向更高精度、更广泛应用等方向发展。
3
GPS未来应用前景
GPS技术在智能交通、物流管理等领域有着广阔的应用前景。
GPS系统包括卫星、接收机和天线。这些构成要素相互配合，实现定位功能。
GPS工作原理
GPS系统通过定位原理、信号传播和卫星轨道等实现定位功能。
GPS定位系统
GPS定位模式
1. 单点定位 2. 差分定位 3. 精密定位
GPS定位误差及影 响因素
1. 定位误差来源 2. 天气、地形、信号干
扰等影响因素
GPS是全球定位系统的缩写，是一项基于卫星导航的技术。本课程将介绍 GPS的基本原理、定位系统以及技术发展趋势。欢迎大家来了解这一重要的 技术。
GPS基础知识
GPS定义及历史
GPS是全球定位系统的缩写，是一种基于卫星导航的技术。GPS系统的发展历程。
GPS构成要素
结束语
1 GPS是一项重要的技术
GPS在现代社会中扮演着重要角色，帮助我们实现准确定位和导航。
2 GPS已成为我们生活中不可或缺的一部分
GPS技术已经深入到我们的日常生活，并改变了我们的出行方式。
3 期待GPS技术未来的够发展出更多应用和创新。
GPS应用场景
1. 汽车导航 2. 航空航海 3. 军事防卫
GPS技术发展趋势
1
GPS技术发展历程
GPS技术经历了不断的发展和创新，成为现代导航领域的重要技术之一。
2
GPS技术发展趋势
GPS技术将继续向更高精度、更广泛应用等方向发展。
3
GPS未来应用前景
GPS技术在智能交通、物流管理等领域有着广阔的应用前景。
GPS系统包括卫星、接收机和天线。这些构成要素相互配合，实现定位功能。
GPS工作原理
GPS系统通过定位原理、信号传播和卫星轨道等实现定位功能。
GPS定位系统
GPS定位模式
1. 单点定位 2. 差分定位 3. 精密定位
GPS定位误差及影 响因素
1. 定位误差来源 2. 天气、地形、信号干
扰等影响因素
GPS基础知识培训课件
2023《gps基础知识培训课件》•GPS概述•GPS基础知识•GPS应用领域目录•GPS技术拓展•GPS市场现状与趋势•GPS未来展望01 GPS概述全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是一种基于卫星导航定位系统的空间信息基础设施，由美国政府于1970年代开始研制并逐步投入使用。
GPS由空间部分、地面控制系统和用户系统三大部分组成。
GPS采用无源信号接收和多路径干扰抑制技术，能够提供高精度的位置、速度和时间信息。
GPS定义GPS发展历程1970年代初，美国开始研制GPS，1994年全面建成并投入使用。
20世纪末，我国开始自主研制卫星导航系统，2000年成功发射第一颗北斗导航试验卫星。
2018年，中国第三代导航卫星系统“北斗三号”完成全球组网，标志着中国成为世界上第三个拥有全球卫星导航系统的国家。
空间部分由24颗GPS卫星组成，其中21颗工作卫星和3颗备用卫星。
这些卫星分布在6个轨道平面上，每个轨道平面有4颗卫星。
地面控制系统由主控站、监控站和注入站三部分组成。
主控站负责处理所有卫星的观测数据，监控站负责监测各卫星的工作状态和信号质量，注入站负责将导航电文和其他数据注入到卫星上。
用户系统由GPS接收机和数据处理软件组成。
GPS接收机接收来自卫星的信号并提取出导航电文和伪距观测值，数据处理软件根据这些数据计算出用户的位置、速度和时间信息。
GPS系统组成02GPS基础知识伪距测量GPS定位的基本原理是伪距测量。
用户接收机通过测量卫星信号的传播时间，计算出卫星信号的传播距离，从而得到用户位置与卫星之间的伪距。
卫星导航系统GPS是一种基于卫星的导航系统，它利用高轨道卫星为地球表面或近地空间的用户提供导航和定位服务。
多路径效应在GPS测量中，由于地形、建筑物和其他物体反射卫星信号，导致接收机接收到多个信号，这种现象称为多路径效应。
GPS定位原理GPS测量方法静态测量静态测量是指将接收机固定在地面某一点，连续接收卫星信号并记录数据，最后对数据进行处理和计算得到高精度测量结果的方法。
GPS基础知识培训PPT课件
▪ AS – Anti-Spoofing ▪ 反电子欺骗 – P码加密，P+W->Y
▪ GPS现代化 ▪ 提高信号质量 ▪ 在L2上增加C/A码 ▪ 增加第三民用频率L5 ▪ 增加2个军用码：M1，M2 ▪ 局部关闭
14Leabharlann GPS测量定位的分类▪ 依定位时的状态 ▪ 动态定位 ▪ 静态定位
▪ 依定位模式 ▪ 绝对定位（单点定位） ▪ 相对定位
可用于旅游，汽车、飞机、轮船等导航 。
伪距：卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间 乘以光速所得到的量测距离。
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差分定位
•
1
、
根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为 三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方 式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用 户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。 所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精 度也不同。
▪ 跟踪站（5个） ▪ 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。 ▪ 地点：夏威夷、主控站及三个注入站。
▪ 注入站（3个） ▪ 作用：将导航电文注入GPS卫星。 ▪ 地点：阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰 （太平洋）。
9
GPS的系统组成- 用户设备部分
▪ 载波 ▪ 作用：搭载其它信号，也可用于测量（测距）。 ▪ 类型 ▪ 目前 ▪ L1：频率：1575.43MHz，波长：19cm ▪ L2：频率：1227.60MHz，波长：24cm ▪ 现代化后 ▪ 增加L5：1176.45MHz，波长：26cm
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GPS的信号结构（二）
GPS卫星信号构成图
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▪ GPS现代化 ▪ 提高信号质量 ▪ 在L2上增加C/A码 ▪ 增加第三民用频率L5 ▪ 增加2个军用码：M1，M2 ▪ 局部关闭
14Leabharlann GPS测量定位的分类▪ 依定位时的状态 ▪ 动态定位 ▪ 静态定位
▪ 依定位模式 ▪ 绝对定位（单点定位） ▪ 相对定位
可用于旅游，汽车、飞机、轮船等导航 。
伪距：卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间 乘以光速所得到的量测距离。
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差分定位
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、
根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为 三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方 式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用 户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。 所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精 度也不同。
▪ 跟踪站（5个） ▪ 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。 ▪ 地点：夏威夷、主控站及三个注入站。
▪ 注入站（3个） ▪ 作用：将导航电文注入GPS卫星。 ▪ 地点：阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰 （太平洋）。
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GPS的系统组成- 用户设备部分
▪ 载波 ▪ 作用：搭载其它信号，也可用于测量（测距）。 ▪ 类型 ▪ 目前 ▪ L1：频率：1575.43MHz，波长：19cm ▪ L2：频率：1227.60MHz，波长：24cm ▪ 现代化后 ▪ 增加L5：1176.45MHz，波长：26cm
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GPS的信号结构（二）
GPS卫星信号构成图
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Block I 卫星编号
（1） 顺序编号：按照GPS试验卫星发射时间的 先后次序对卫星进行编号。 （2） PRN编号：根据GPS卫星所采用的伪随机 噪声码（PRN码）对卫星进行编号。在导航定 位中，均采用PRN编号，这一规则一直沿用至 今。 （3） IRON编号：IRON为Inter Range Operation Number的缩写，意思是内部距离操 作码。IRON编号是美国加拿大组成的北美空军 指挥部给定的一种随机号，以此识别所选择的目 标。
2、GPS卫星的基本功能
主要包括：
接收和存储由地面监控站发来的导航
信息，接收并执行监控站的控制指令；
卫星上设有微处理机，进行部分必要
的数据处理工作； 通过星载的高精度铷钟、铯钟产生基 准信号和提供精密的时间标准；
向用户发送导航定位信号。包括：
两种载波（L1 和L2）
调制在L1上的伪噪声码C/A码（
• 1965年前苏联建立了“卫星导航系统”-CICADA • 1967年美国宣布解密子午卫星系统的部分导航电文
供民间使用。
第一代卫星导航系统的局限性
1.卫星少，不能实时定位。 2.轨道低，难以精密定轨。 3.频率低，难以补偿电离层效应的影响。 第二、三代卫星导航系统 ★ 1973年12月美国开始建立新一代的卫星导航系 统—— GPS全球定位系统 （Global Positioning System)
俄罗斯的GLONASS
起步于1982年，比GPS晚9年，1996年整个系统 正式运行
24+1颗卫星，3个轨道面
轨道倾角64.8度
轨道高度19100KM 运行周期11小时15分 发射两种载波信号L1、L2
表1.3 全球导航系统GPS与GLONASS参数的比较
参数 轨道数 卫星分布/轨道 轨道倾角 轨道半径 轨道周期 地面重复跟踪 载波信号 GPS 6，间隔 60 4，不均匀分布 55 26560km 1/2 恒星日（11 时 58 分） 每个恒星日 1575.42MHz 1227.60MHz GLONASS 3，间隔 120 8，均匀分布 64.8 25510km 8/17 恒星日（11 时 15 分） 每 8 个恒星日 (1602+K*9/16)MHz (1246+K*7/16)MHz K= 通 道 数 每颗卫星不同，码分制 所有卫星相同，频分制 C/A，P C/A，P 10.23 MHz 5.11 MHz 1.023 MHz 511kHz 开普勒轨道公式 大地直角坐标系 WGS-84 SGS-85 SS/BPSK SS/BPSK 时钟偏差、频率偏移、频 时钟和频率偏移 率速率 每小时修正开普勒轨道参 卫星位置，速度和加速度，每隔 数 半小时一次
测速，领域在不断扩大
四、GPS的发展概况
一. 第一代卫星导航系统的产生与发展
• 1957年10月世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
• 1958年12月美国建立海军导航卫星系统(Navy
Navigation Satellite System-NNSS),由于该系统的卫星 轨道均通过地极，因此又称为“子午卫星系统” （Transit）
3、注入站的作用
将主控站需传播给卫星的资料以既定的方式注入到卫星的存储器 中，供卫星向用户发送。
4、监测站的作用 （1）监测站的位置需精确测定。
（2）在监测站需得到伪距、导航数据、气象数据、卫星状态数据。
（3）监测站应将所得信息传送给主控站。
星 历
卫
星
GPS卫星信号
注入站
星 历
Байду номын сангаас
监测站
主控站
卫星信息
一、本课程的内容简介
1.GPS定位系统的发展、特点、定位原理和 当前状况 2.坐标系统和时间系统 3. 人卫轨道理论 4. GPS定位系统的组成 5. GPS定位系统的定位原理和定位方法 6. GPS测量的误差来源 7. GPS定位测量的外业工作 8. GPS定位测量的内业数据处理
二、教学要求
1.通过课堂学习掌握GPS系统的原理 2.通过广泛查阅资料,熟悉GPS系统在现代 社会的应用及其前景 3.认真做好实验 （熟悉GPS接收机、全站仪器的使用） （熟悉内业数据处理，熟悉相应的GPS 数据处理软件）
能达到大地测量所需要的精度水平
白天和夜间均可作业
经济效益显著
三 空间定位技术的优点
测站间无需通视—通过卫星来计算
数学模型简单且能同时确定点的三维坐标——只 需根据空间天体的几何关系确定待定点的三维坐 标，不涉及地球重力场和椭球面上的计算 易于实现全天候观测——GPS采用微波作为测距 信号，这些信号能够在风雪雨雾中正常传播
position system GIS －Geodynamic Information system RS—Ｒemote sensing
3S技术的结合，在现在社会应用很广泛． ＧPS 用在军事，民用，车载ＧＰＳ等；主要讲ＧＰＳ ＧIS 寻找最短路径，和ＧＰＳ结合起到更好的效果 ＲＳ 可以在空中遥测，通过遥感图片来获得信息，比如森林 失火等，
地 面 监 控 部 分 的 工 作 程 序
(三) 空间卫星部分及其作用
1、GPS卫星的类型及其编号
（BlockⅠ卫星）
发射时间：1978.2.22~1985.10.9 发射地点：加利福尼亚的范登堡空军基地 发射工具：采用Atlas F火箭 卫星数量：共有11颗试验卫星 运行轨道：圆形 长 半 轴：26560km 倾 角：64° 轨道高度：20000km 星 座：卫星分布在A、C两个轨道平面内
在长距离上仍能获得高精度的定位结果——观测 值的精度基本与测站间的距离无关，只要设法消 除观测值中包含的各种误差，就能提高精度
观测时间比较短—由于不需要通视,节约了很
多时间,也使得观测时间变短了很多
操作简单—接收机自动化程度越来越高,体积
越来越小,减轻了工作紧张程度和劳动强度
功能多，应用广—用于导航，测量，测时，
用户部分：
接收并测卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息
地面控制部分：
中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨
(二) 地面监控部分及其作用
1、监控部分的组成
（1）实验阶段：由设在范登堡空军基地的一个主控站、一个
注入站、一个监测站以及其它地方的四个监测站组成。 （2）工作阶段： 主控站：美国科罗拉多-斯平士的联合空间指挥中心。（一个） 注入站：大西洋、太平洋、印度洋上各一个。（三个）
GPS课程简介
起源《卫星大地测量学》课程。卫星大地测
量学是20世纪50年代末出现的一门新兴学科。 它的出现极大地推动了大地测量的迅猛发展， 是经典大地测量发展到现代大地测量的标志。 20世界70年代美国开始研制组建新一代的卫 星导航定位系统——全球定位系统（GPS）。 在测量领域得到广泛应用 随着GPS定位技术的迅速发展和应用领域的 不断拓宽， 从卫星大地测量中分离出来。
二、GPS技术的产生
新时代对定位技术提出了新要求
1
要求提供精确的地心坐标-20世纪一般提供 的是点与点之间的相对位置,坐标属于参心坐 标系,远程武器也要求提供地心坐标
要求提供全球统一的坐标-卫星定轨要求 提供全球统一的坐标,远程导弹等
2
3
要求出现一种全天候更为快速精确、简便 的的定位技术——常规方法受气候条件、通 视等。
55
kwajalei n
Hawaii
Ascencion Diego Garcia 一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森（Ascencion) 迭哥•伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii)
用户设备－1
Block I 卫星编号
（4） NASA编号：这是美国航天局在其文 件中给GPS试验卫星的编号。
（5） 国际识别号：它的第一部分表示该卫 星的发射年代，第二部分表示该年发射卫星 的序列号，字母A表示发射的有效负荷。
（BlockⅡ、 ⅡA卫星）
发射时间：1989~1994 发射地点：佛罗里达州肯尼迪空间中心的卡纳维尔角基地 发射工具：采用Delta火箭 卫星数量：共有21+3颗卫星 星 座：卫星分布在六个轨道平面内 长 半 轴：26609km 偏 心 率：0.01 卫星轨道面相对地球赤道面的倾角：55° 各卫星轨道面升交点赤经相差：60° 在相邻轨道上卫星的升交距角相差：30° 卫星高度：20200km 卫星运行周期：11小时58分钟
通用接收机（定位型）：
天线 前置放大器
信号 供电
射电部分
命令 数据 供电，控制
显示控制器
信息 控制
微处理器
供电 数据
数据存器
电源部分
导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备 （手持机）
卫星信号结构
基准频率
10.23MHZ
154 120 50比特/S
L1 1575 . 42 MHZ L2 1227.60 MHZ
第一讲 绪 论
一 常规定位技术的局限性
a) 常规测量方法
建立大地基准 国家平面控制网的布设 确定起始方位角和起始 边长 常规测量方法 法布设 国家高程控制网的布设 一般采用水准测量的方 逐级布设
b) 常规测量方法的局限性
需建站标 测站间需通视 边长受到限制 大陆陆、海陆间不能联 地 只能用有限区域内的大 测量资资料推求地球形 增加了工作难度 局限性无法同时确定三维坐标 观测受气候条件限制 难以避免系统误差 难以建立地心坐标系
监测站：主控站、注入站同时作为监测站，另外在夏威夷群
岛还设有监测站。（五个）
主控站 监控站