GNSS基础知识-PPT课件
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gnss基础知识
GNSS基础知识一、什么是GNSS1.1 GNSS的定义全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)是一种通过星间测量技术提供全球定位、导航和定时服务的系统。
它由一组在轨道上运行的卫星、地面控制站和用户接收设备组成。
1.2 GNSS的分类•美国的全球定位系统(Global Positioning System，GPS)•俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS)•欧洲的伽利略系统(Galileo)•中国的北斗导航系统(Beidou)•日本的QZSS系统二、GNSS的原理2.1 GNSS的组成GNSS系统由卫星、地面控制站和用户接收设备组成。
卫星通过无线信号发送时间和位置信息，地面控制站负责监控卫星状态并发送指令进行控制，用户接收设备则接收卫星信号，计算出自身的位置。
2.2 GNSS的工作原理1.卫星发射信号卫星通过发射无线信号，在信号中包含了时间和位置等信息。
2.接收器接收信号用户接收设备接收卫星发射的信号，并通过天线将信号转换为电信号。
3.信号处理接收器对接收到的信号进行放大、滤波等处理，使其符合处理器的要求。
4.计算位置接收器利用接收到的卫星信号和已知卫星位置信息，通过三角定位或测距等算法计算出用户的位置。
5.位置显示计算出用户位置后，可以通过显示屏或连接其他设备显示出位置信息。
三、GNSS的应用3.1 导航GNSS最主要的应用是导航，通过定位和计算导航信息，使用户能够准确地知道自己的位置，并根据导航系统给出的路线规划来实现导航。
3.2 测量和测绘GNSS可以用于测量和测绘领域，利用卫星信号可以测量出地球上的点的经度、纬度和高度等信息，并通过测绘软件来绘制地图和进行测绘分析。
3.3 公共安全GNSS在公共安全领域也有广泛的应用。
例如，通过监控卫星信号，可以追踪并救助山区迷路的人员；在紧急情况下，通过定位也可及时调度应急救援资源。
3.4 农业GNSS在农业领域也有很多应用。
《GNSS原理及应用》PPT课件
2020年
星座
5GEO+5IGSO+4MEO （区域服务）
5GEO+3IGSO+27MEO （全球服务）
信号（实际发射）
主要是北斗系统第二阶段信号
主要是北斗系统第三阶段信号
25
信号特征
北斗系统第二阶段信号
信号
B1(I) B1(Q) B2(I) B2(Q)
B37.14 1268.52
▪ 地点：美国克罗拉多州法尔孔空军基地。
▪ 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
▪ 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）。
1.3.3 GPS的系统组成— 用户设备部分
Galileo工作星 卫星) Galileo卫星组成的；这30
座
颗卫星均匀分布在3个轨道上， Galileo卫星的轨道高度是
23616km，轨道倾角为560。2005年
12月28日，发射了第一颗带激光
后向反射镜阵列(又称为激光反射
器)的试验卫星GIOVE-A 为了保
持Galileo卫星的现用频段，欧盟
38
GLONASS现代化的发展计划
② 2010年12月开始研发第三代 GLONASS导航卫星，称之为GLONASS-K 卫星(如图5所示)；该新型卫星上拟 增设第三个导航定位信号；并将 GLONASS-K卫星的设计工作寿命增长 为10年。该种卫星是一颗基于非加压 平台建造的全新小型卫星，较之以前 所有的GLONASS卫星更加轻便，以致 发射成本较低廉。GLONASS-K卫星拟 增设的第三个导航定位信号的载波频 率为：1201.74~1208.51MHz。
星座
5GEO+5IGSO+4MEO （区域服务）
5GEO+3IGSO+27MEO （全球服务）
信号（实际发射）
主要是北斗系统第二阶段信号
主要是北斗系统第三阶段信号
25
信号特征
北斗系统第二阶段信号
信号
B1(I) B1(Q) B2(I) B2(Q)
B37.14 1268.52
▪ 地点：美国克罗拉多州法尔孔空军基地。
▪ 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
▪ 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）。
1.3.3 GPS的系统组成— 用户设备部分
Galileo工作星 卫星) Galileo卫星组成的；这30
座
颗卫星均匀分布在3个轨道上， Galileo卫星的轨道高度是
23616km，轨道倾角为560。2005年
12月28日，发射了第一颗带激光
后向反射镜阵列(又称为激光反射
器)的试验卫星GIOVE-A 为了保
持Galileo卫星的现用频段，欧盟
38
GLONASS现代化的发展计划
② 2010年12月开始研发第三代 GLONASS导航卫星，称之为GLONASS-K 卫星(如图5所示)；该新型卫星上拟 增设第三个导航定位信号；并将 GLONASS-K卫星的设计工作寿命增长 为10年。该种卫星是一颗基于非加压 平台建造的全新小型卫星，较之以前 所有的GLONASS卫星更加轻便，以致 发射成本较低廉。GLONASS-K卫星拟 增设的第三个导航定位信号的载波频 率为：1201.74~1208.51MHz。
GNSS高精度定位技术PPT课件
GPS与NNSS的主要特征的比较
项目
GPS系统
载波频（MHz）
1227.60,1575. 42
轨道高度
20200 Km
NNSS系统 150,400 1000 Km
卫星数目(颗) 24颗(3颗备用)
5～6
卫星运行周期 卫星钟
定位方式 可用性
720 min 铯钟、铷钟
测距 连续,实时
107 min 石英钟 测定多普勒频
子午卫星系统及其局限性
子午卫星 子午卫星星座
• 系统简介
–NNSS – Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星 系统），由于其卫星轨道为极地轨 道，故也称为Transit（子午卫星系 统）
–采用利用多普勒效应进行导航定位， 也被称为多普勒定位系统
–美国研制、建立
• 发展历史
–1973年12月，美国开始研制新一代 卫星导航系统──导航卫星定时测距 全球定位系统（Navigation Satellite
Timing And Ranging Global Positioning
System ），简称GPS系统。（如图所示）
–1978年2月22日，第一颗GPS试验卫星发射成功；
GNSS高精度定位技术及其应用
1/47
第一部分 GNSS简介 第二部分 GNSS组成 第三部分 GNSS特点及用途
目录
1、早期的卫星定位技术
卫星大地测量学的产生——利用人造地球卫星为 大地测量服务的一门学科。主要内容为在地面上观 测人造卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大 地测量的任务。
卫星三角测量的产生——卫星定位的低级阶段。 人造地球卫星仅作为一种空间的观测目标，由地球 的测站对它进行摄影观测而测定地面点位。
GNSS是指全球导航卫星系统课件 卫星运动基础与位置计算
i0 ik
x xkxi xi来自)yk拉格朗日多项式内插
内插精度
➢ 采用17阶多项式，精度可优于5mm
注意事项
➢ 要对某一时段的轨道内插，精密轨道数据应该完全 覆盖该时段，最好前后有9个历元的延伸
➢ 下载数据时，需要观测当天及前后各一天的数据
作业：
1、画利用广播星历计算卫星 位置的流程图，并进行详细解 释（如右示例）。
开普勒第三定律n GM a3
平近点角M，假设卫星运动的平均角速度为n，则：
M = n ×( t - t0 )
偏近点角E
m’
E M e sin E
（开普勒方程）
f ac tan 1 e2 sinE cos E e
m
b
a
Ef
M0
近地点
§3.2 卫星的受摄运动
除地球中心引力外，其它的摄动力包括： ✓ 地球非球性及质量分布不均 2km/3h ✓ 太阳和月亮的引力 ✓ 太阳辐射压力 ✓ 大气阻力 ✓ 地球潮汐作用力 ✓ 磁力
§3.3 卫星星历
广播星历
由地面跟踪站观测数据计算出的卫星轨道外推得 出，是一种预报星历，具有实时性、易获取等特点， 用于实时导航定位。
精密星历
由IGS（国际GNSS服务）根据卫星地面跟踪站的 精密观测数据经后处理计算出的，也称后处理星历。
§3.3 卫星星历
参数
定义
星历参考历元
单位
轨道长半径的平方根 轨道偏心率 近地点角距 卫星运动的平均角速度与计算值之差 参考历元的平近点角 参考历元的升交点赤经 升交点赤经的变化率 参考历元的轨道倾角 轨道倾角的变化率
9)计算卫星在轨道平面坐标系中的位置 x r cosu
y r sinu
x xkxi xi来自)yk拉格朗日多项式内插
内插精度
➢ 采用17阶多项式，精度可优于5mm
注意事项
➢ 要对某一时段的轨道内插，精密轨道数据应该完全 覆盖该时段，最好前后有9个历元的延伸
➢ 下载数据时，需要观测当天及前后各一天的数据
作业：
1、画利用广播星历计算卫星 位置的流程图，并进行详细解 释（如右示例）。
开普勒第三定律n GM a3
平近点角M，假设卫星运动的平均角速度为n，则：
M = n ×( t - t0 )
偏近点角E
m’
E M e sin E
（开普勒方程）
f ac tan 1 e2 sinE cos E e
m
b
a
Ef
M0
近地点
§3.2 卫星的受摄运动
除地球中心引力外，其它的摄动力包括： ✓ 地球非球性及质量分布不均 2km/3h ✓ 太阳和月亮的引力 ✓ 太阳辐射压力 ✓ 大气阻力 ✓ 地球潮汐作用力 ✓ 磁力
§3.3 卫星星历
广播星历
由地面跟踪站观测数据计算出的卫星轨道外推得 出，是一种预报星历，具有实时性、易获取等特点， 用于实时导航定位。
精密星历
由IGS（国际GNSS服务）根据卫星地面跟踪站的 精密观测数据经后处理计算出的，也称后处理星历。
§3.3 卫星星历
参数
定义
星历参考历元
单位
轨道长半径的平方根 轨道偏心率 近地点角距 卫星运动的平均角速度与计算值之差 参考历元的平近点角 参考历元的升交点赤经 升交点赤经的变化率 参考历元的轨道倾角 轨道倾角的变化率
9)计算卫星在轨道平面坐标系中的位置 x r cosu
y r sinu
GNSS是指全球导航卫星系统课件 动态定位
➢ 局域差分（LADGNSS – Local Area DGNSS）
单基准站差分 多基准站差分
➢ 广域差分（WADGNSS – Wide Area DGNSS）
§6.2 差分定位—— RTK
差分GNSS组成
➢ 基准站（参考站、基站）：单站、多站 ➢ 数据通信链：电台、广播、卫星 ➢ 用户：导航、定位 ➢ 数学模型：单站、多站
虚拟参考站（Virtual Reference Station，VRS ）
§6.3 网络RTK及连续运行参考系统CORS 1、网络RTK
➢ 基准站网 ➢ 数据处理中心级数据播发中心 ➢ 数据链 ➢ 用户
§6.3 网络RTK及连续运行参考系统CORS 2、连续运行参考系统CORS
多功能连续运行的综合服务系统
φ λ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 N λ C dt C dT Vion Vtrop§6.2 差分定位— NhomakorabeaDGNSS
误差的相关性
各类误差中除多路径误差外，其他误差均具较强的 相关性，从而定位结果也有一定的相关性。
差分GNSS的基本原理
利用基准站（架设在坐标精确已知的点上的接 收机）测具有相关性的误差或其对测量定位结 果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果。
定位方式
➢ 单点定位（绝对定位） • 普通单点定位 • 精密单点定位
➢ 相对定位 • 相对定位 • 差分定位
卫星钟差 接收机钟差 卫星星历误差 电离层延迟 对流层延迟
第六章 实时动态定位
单点动态定位 差分定位 网络RTK及连续运行参考系统CORS
§6.1 单点动态定位
~ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 C dt C dT Vion Vtrop
单基准站差分 多基准站差分
➢ 广域差分（WADGNSS – Wide Area DGNSS）
§6.2 差分定位—— RTK
差分GNSS组成
➢ 基准站（参考站、基站）：单站、多站 ➢ 数据通信链：电台、广播、卫星 ➢ 用户：导航、定位 ➢ 数学模型：单站、多站
虚拟参考站（Virtual Reference Station，VRS ）
§6.3 网络RTK及连续运行参考系统CORS 1、网络RTK
➢ 基准站网 ➢ 数据处理中心级数据播发中心 ➢ 数据链 ➢ 用户
§6.3 网络RTK及连续运行参考系统CORS 2、连续运行参考系统CORS
多功能连续运行的综合服务系统
φ λ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 N λ C dt C dT Vion Vtrop§6.2 差分定位— NhomakorabeaDGNSS
误差的相关性
各类误差中除多路径误差外，其他误差均具较强的 相关性，从而定位结果也有一定的相关性。
差分GNSS的基本原理
利用基准站（架设在坐标精确已知的点上的接 收机）测具有相关性的误差或其对测量定位结 果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果。
定位方式
➢ 单点定位（绝对定位） • 普通单点定位 • 精密单点定位
➢ 相对定位 • 相对定位 • 差分定位
卫星钟差 接收机钟差 卫星星历误差 电离层延迟 对流层延迟
第六章 实时动态定位
单点动态定位 差分定位 网络RTK及连续运行参考系统CORS
§6.1 单点动态定位
~ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 C dt C dT Vion Vtrop
gnss基础知识
gnss基础知识
GNSS（全球导航卫星系统）是依靠卫星发射和地面接收设备，提供全球范围内无线导航、定位、测量和定时的一种现代技术。
目前，全球最完整的GNSS系统是美国的GPS系统，欧盟的伽利略系统、俄罗斯的GLONASS系统和中国的北斗系统也相继建成和运行。
GNSS系统主要由卫星、地球电离层、地球大气等组成。
其根本原理是通过测量卫星和地面接收设备之间的距离差异，从而确定接收设备相对于卫星的位置。
GNSS接收器通过接收卫星信号的时间差来计算距离，然后利用接收到的卫星数据计算接收器位置。
一颗卫星发射精确的时钟信号，卫星上的原子钟准确性极高，经验表明其误差在一定时间内不会发生超过一微秒的误差，因此测量的距离误差较小，可以达到不到1厘米的精度。
GNSS技术应用领域非常广泛，主要包括汽车导航、航空航天、军事防御、海洋定位、农业测量、地理信息、建筑测量等领域。
任何需要精确定位或导航的行业都可以应用GNSS技术。
GNSS技术的发展历程经历了多年的发展和改进。
早期的导航系统被设计用于军事目的，但随着技术的进步和成本的下降，GNSS逐渐成为公共领域的一项常规技术。
目前，人们越来越依赖GNSS技术来完成日常生活中的导航和定位。
无人驾驶汽车，航空航天，以及精确农业等领域都离不开GNSS技术。
总之，GNSS技术是一个不断发展和创新的领域，随着技术的进步和成本的降低，他将在更广泛的领域应用，从而让大家更方便和安全的掌握位置信息和导航。
第二讲GNSS测量概述
OEM板卡
天宝 NovAtel Ashtech Javad
国内品牌
华测 南方 中海达 易测（合众思壮）
光谱 中纬
博飞 苏光
GNSS 测绘产品制造商
❖ 美国天宝集团（兼并了德国蔡司、瑞典捷创力，日本 尼康测量部 ）
❖ 海克斯康集团（加拿大诺瓦泰与瑞士徕卡） ❖日本东芝集团 （日本拓普康、索佳、美国加瓦特） ❖ 美国麦哲伦（兼并了美国阿士泰克和法国塞色尔） ❖ 上海华测导航技术有限公司 ❖ 广州南方测绘仪器有限公司 ❖ 广州中海达导航有限公司
选择最佳观测时段 ❖
目前接收机的自动化程度较高，操作人员只需作好以下工作即可：
❖ （1）各测站的观测员应按计划规定的时间作业，确保同步观测。 ❖ （2）确保接收机存储器有足够存储空间。 ❖ （3）开始观测后，正确输入高度角，天线高及天线高量取方式。 ❖ （4）观测过程中应注意查看测站信息、接收到的卫星数量、卫星
GNSS测量原理
地物地貌
数学法则
地物地貌
坐标！！！ 杭州
北纬 30° 25′ 53″ 东经 120° 14′ 88″
应用实例
我国的大地坐标系
❖ 1.1954年北京坐标系（BJ54旧） ❖ 2.1980年国家大地坐标系（GDZ80） ❖ 3.新1954年北京坐标系（BJ54新） ❖ 4.国家2000坐标系（CGCS2000）
加常数,投影面高程,起算点的坐标及
E
≤10
≤20
其精度
5. GPS高程
连测部分水准点(C、D、E级应按四等水准进行连测)
6. 选点原则和点位标志
平均距离(km) 1000 300 70 10~15 5~10 0.2~5
各级测量基本技术要求规定
《GNSS基础知识》课件
组成
GNSS系统由卫星、地面控制站 和用户设备三部分组成。
GNSS信号的传播
GNSS信号从卫星发射，穿过大 气层，到达用户设备，通过三角 定位计算位置。
GNSS信号的测量
GNSS信号通过测量时间和信号 的相位来计算位置。
GNSS的准确度和精度
1
GNSS的误差类型
GNSS的误差类型包括时钟偏移、电离层延迟、大气衰减、多径效应和信号干扰。
GNSS基础知识
GNSS，全球定位系统，是一种基于卫星发射的导航系统，用于提供全球范 围内的定位、导航和时间服务。
什么是GNSS？
GNSS的定义
GNSS是由一组用于运行和控制卫星的地面和用户设备组成的系统，用于提供服务和数据。
GNSS系统的分类
GNSS系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，欧洲的伽利略系统和中国的北斗卫星导 航系统。
2
GNSS误差的来源
GNSS误差的来源包括系统误差、信号误差和接收器误差。
3
GNSS的误差补偿和校正
GNSS的误差可通过差分GPS、RTK定位和信号滤波算法等方法进行补偿和校正。
GNSS的应用
导航应用
GNSS在汽车、飞机和船只等交 通工具中广泛使用，帮助用户 实现精确定位和导航。
地理测量应用
GNSS在工程测量、土地测绘和 地震研究等领域中得到广泛应 用。
地球物理研究应用
GNSS在海洋研究、大气科学和 地震预警等领域中也发挥着重 要的作用。
GNSS的未来
GNSS的发展趋势
GNSS趋向于高精度、高可靠性 和多模态。
GNSS的新技术和新应用
GNSS将与VR、AR、机器学习 和物联网等新兴技术相结合，应 用范围更广泛。
GNSS系统由卫星、地面控制站 和用户设备三部分组成。
GNSS信号的传播
GNSS信号从卫星发射，穿过大 气层，到达用户设备，通过三角 定位计算位置。
GNSS信号的测量
GNSS信号通过测量时间和信号 的相位来计算位置。
GNSS的准确度和精度
1
GNSS的误差类型
GNSS的误差类型包括时钟偏移、电离层延迟、大气衰减、多径效应和信号干扰。
GNSS基础知识
GNSS，全球定位系统，是一种基于卫星发射的导航系统，用于提供全球范 围内的定位、导航和时间服务。
什么是GNSS？
GNSS的定义
GNSS是由一组用于运行和控制卫星的地面和用户设备组成的系统，用于提供服务和数据。
GNSS系统的分类
GNSS系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，欧洲的伽利略系统和中国的北斗卫星导 航系统。
2
GNSS误差的来源
GNSS误差的来源包括系统误差、信号误差和接收器误差。
3
GNSS的误差补偿和校正
GNSS的误差可通过差分GPS、RTK定位和信号滤波算法等方法进行补偿和校正。
GNSS的应用
导航应用
GNSS在汽车、飞机和船只等交 通工具中广泛使用，帮助用户 实现精确定位和导航。
地理测量应用
GNSS在工程测量、土地测绘和 地震研究等领域中得到广泛应 用。
地球物理研究应用
GNSS在海洋研究、大气科学和 地震预警等领域中也发挥着重 要的作用。
GNSS的未来
GNSS的发展趋势
GNSS趋向于高精度、高可靠性 和多模态。
GNSS的新技术和新应用
GNSS将与VR、AR、机器学习 和物联网等新兴技术相结合，应 用范围更广泛。
《GNSS的现状及发展》课件
信息。
3
智能交通
用于优化车辆行驶路线、交通流量控制 等。
GNSS系统的现状和发展趋势
现状
当前已有多个GNSS系统可供使用，包括GPS、 GLON ASS、Beid o u 和Galileo 等。
发展趋势
提高定位和导航的可靠性、精度和完整性，以及增 强GNSS系统与其它导航系统的兼容性。
GNSS在交通运输领域的应用
《GNSS的现状及发展》 PPT课件
GNSS（全球导航卫星系统）是一组被分布在卫星上和地面终端上的设备， 通过互相通讯来测量地球上的位置并提供导航服务。
GNSS的定义和基本原理
卫星发射
多颗卫星进入预定轨道并向地球 发射信号。
接收和测量
接收器接收信息并测量卫星和接 收器之间的距离。
定位
确定用户精确的位置，并在地图 上显示。
GN由卫星、地面控制站和接收设备组成。
分类
GPS（全球定位系统）、GLON ASS（格洛纳斯系统）、Beid o u （北斗导航卫星系统）等。
应用
军事、民用、科研等领域。
GNSS在实际应用中的重要性
1
无线电测量
用于定位移动通信设备和基站。
海洋监测
2
用于监测海洋水文、气象、地球物理等
车载导航系统
GNSS可以用于车载导航系统， 提供准确的位置信息以及路线规 划。
航空导航
GNSS可以用于飞机的无线电导 航，提高飞行安全和效率。
铁路信号和通信
GNSS可以用于铁路信号和通信 系统，减少依赖传统地面线路通 信的缺点。
GNSS在农业领域的应用
1 土地规划和管理
GNSS在农业领域可以用于土地规划和管理，包括土地测量和土地修复。
GNSS相关知识ppt课件
遥测字TLM(30bit)
前8bit固定序列(10001011)用于信号同步； 中间16bit用于识别授权用户； 后6bit用于奇偶校验；
1/n (n为码元数) 对齐的同一组码间的相关系数为1
GPS卫星信号 > 信号结构 > 测距码(续)
类型
目前
C/A码(Coarse/Acquisition Code) – 粗码/捕获码； 码率1.023MHz；周期1ms；1周期含码元数1023个； 码元宽度293.05m；仅被调制在L1频段上；
C/ A码码率 f0 101.023MHz; P码码率 f0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f0 2046构 > 整体框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 简化框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 示例
GPS卫星信号 > 信号结构 > 载波
GPS卫星信号 > 信号结构 > 载波(续)
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）
GPS卫星信号 > 信号结构 > 测距码
作用
测距
性质
为伪随机噪声码(PRN － Pseudo Random Noise) 不同的码(包括未对齐的同一组码)间的相关系数为0或
GPS卫星信号 > 信号结构 > 总览框图(L1&L2)
GPS卫星信号 > 信号结构 > 概述
GPS卫星信号的组成部分
载波(Carrier)
L1 L2
测距码(Ranging Code)
前8bit固定序列(10001011)用于信号同步； 中间16bit用于识别授权用户； 后6bit用于奇偶校验；
1/n (n为码元数) 对齐的同一组码间的相关系数为1
GPS卫星信号 > 信号结构 > 测距码(续)
类型
目前
C/A码(Coarse/Acquisition Code) – 粗码/捕获码； 码率1.023MHz；周期1ms；1周期含码元数1023个； 码元宽度293.05m；仅被调制在L1频段上；
C/ A码码率 f0 101.023MHz; P码码率 f0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f0 2046构 > 整体框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 简化框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 示例
GPS卫星信号 > 信号结构 > 载波
GPS卫星信号 > 信号结构 > 载波(续)
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）
GPS卫星信号 > 信号结构 > 测距码
作用
测距
性质
为伪随机噪声码(PRN － Pseudo Random Noise) 不同的码(包括未对齐的同一组码)间的相关系数为0或
GPS卫星信号 > 信号结构 > 总览框图(L1&L2)
GPS卫星信号 > 信号结构 > 概述
GPS卫星信号的组成部分
载波(Carrier)
L1 L2
测距码(Ranging Code)
《GNSS培训静态》课件
3. GNSS信号
1 GNSS信号特征
GNSS信号具有不同的频率和编码方式，以满足不同应用的需求。
2 GNSS信号结构
GNSS信号由载波波形和调制信息组成，可以提供位置、速度和时间等信息。
3 GNSS信号特点
GNSS和条件。
4. GNSS接收机
8. 结束语
1 GNSS技术的发展趋势
随着技术的不断进步，GNSS将更加精确、全 球化和多样化，满足人们对定位和导航的需 求。
2 GNSS技术对社会经济和国家安全的
影响
GNSS技术对交通、农业、航空等产业的发展 和国家的安全和防务具有重要影响。
7. GNSS例题
1
GNSS实测数据
2
通过采集和分析GNSS实测数据，了解
GNSS性能和信号质量，辅助解算和校正。
3
GNSS解算方法
GNSS解算方法包括单点定位、差分定位 和网络解算等，用于提高定位精度和可 靠性。
GNSS数据处理流程
GNSS数据处理流程包括数据采集、数据 预处理、解算和后处理等步骤，确保数 据的准确性和可用性。
GNSS在导航中的应用
GNSS在航海、航空、车辆导 航和步行导航等领域的应用， 提供精准的位置和方向信息。
GNSS在地面测量中的应 用
GNSS在地理测量、土地管理 和建筑工程等领域的应用， 提高测量效率和精度。
GNSS在航空航天中的应 用
GNSS在飞行导航、卫星导航 和空间探测等航空航天领域 的应用，保障飞行安全和任 务顺利进行。
5. GNSS测量技术
1
GNSS导航技术
2
GNSS导航技术利用卫星信号提供导航信
息，帮助用户确定方向和航线。
3
GNSS系统 ppt课件
??
GNSS
GPS
2021/3/26
GNSS系统 ppt课件
2
GNSS系统
GPS
2021/3/26
Compass
GLONASS GNSS系统 ppt课件
Galileo
3
GNSS系统
美国的全球卫星定位系统（Global Positioning System —GPS）。 主要参数：
24（21+GNSS系统 ppt课件
5
GNSS系统
系统 星座卫星数 轨道面数 轨道高度 运行周期 轨道倾角
载波频率
调制码 时间系统 坐标系统 SA政策 2021/3/26 AS政策
GPS
GLONASS
24
24
6
3
20200
19100
11小时58分
11小时15分
55°
65°
L1：1575.42MHz L1：1602.56-1615.50MHz
L2：1227.60MHz L1：1246.44-1256.50MHz
C/A码 P码
S码 P码
UTC
UTC
WGS-84
SGS-E90
有（2000.5.1取消)
无
G有NSS系统 ppt课件
无
6
GNSS系统
欧盟Galileo的全球卫星导航服务系统（ GALILEO Satellite Navigation System ）。 主要参数： 30（27+3）颗卫星； 3个圆轨道，平均高度24126KM； 轨道面与赤道面夹角56°； 单点水平定位精度约1米； 民用控制。
6个近圆轨道，平均高度20200KM；
轨道面与赤道面夹角55°；
GNSS测量原理 PPT
GNSS测量原理
28
GPS测距原理
五个逻辑步骤：
三角测量 测量距离 精确定时 卫星监控 误差剔除
GNSS测量原理
29
第一步：三角测量
•卫星位置已知，我 们的位置未知。 我们接收机位于
以卫星为中心，以 我们离卫星的距离 为半径的球面上。
• 两个卫星球面相交成一个圆，我们就在这个圆上。 如果又测得了第三颗卫星的距离，那我们的位置范围就缩小到了两个
大地高是一个纯几何量，不具有物理意义， 同一个点在不同的基准下具有不同的大地 高。
GNSS测量原理
26
正高系统
正高系统是以大地水准面为基准的高程系 统，某点的正高是该点到通过该点的铅垂 线与大地水准面的交点之间的距离。 （大地水准面到参考椭球面的距离称为大地水 准面差距）
GNSS测量原理
27
正常高系统
扁率f (ab) a
f 纬度
经度
H 椭球高
b a
H
f
椭球模型
WGS-84：a=6378137m，f=1/298.257223563
GNSS测量原理
20
WGS-84 坐标系
WGS-84 坐标系是目前GPS 所采用的坐标系 统，GPS 所发布的星历参数和历书参数等都 是基于此坐标系统的。
WGS-84 坐标系统的全称是 World Geodical System-84 (世界大地坐标系-84), 它是一个地 心地固坐标系统。WGS-84 坐标系统由美国 国防部制图局建立，于1987 年取代了当时 GPS 所采用的坐标系统WGS-72 坐标系统而 成为现在GPS所使用的坐标系统。
天提前4分钟见到同一颗卫星。
GNSS测量原理
5
GPS卫星的作用
《GNSS测量与定位》课件
2
控制段
包括监控站和控制中心，负责监测卫星状态和校准导航信号。
3
用户段
接收卫星信号的设备，如导航接收器。
GNSS测量原理
伽利略原理
利用卫星的伽利略原型钟和用 户设备的参考钟之间的差异来 测量位置。
测距原理
通过测量从卫星到接收器的信 号传播时间来计算距离。
定位原理
利用多个卫星信号的交叉定位， 确定接收器的三维位置。
全球导航卫星系统 (GNSS)
包括美国的GPS、俄罗斯的 GLONASS、欧洲的伽利略 系统、中国的北斗系统。
区域导航卫星系统 (RNSS)
包括印度的NAVIC、日本的 准天顶卫星系统(QZSS)。
其他导航卫星系统
包括伊利诺斯系列、赛尔布 里亚诺卫星系统。
GNSS系统架构
1
空间部分
由卫星组成，向地球发送导航信号。
GNSS应用
航空领域
支持飞行导航、航空交通管理和 飞机定位。
农业领域
用于精确播种、无人机测绘和农 田灌溉。
车联网领域
实现智能驾驶、实时导航和交通 流量监测。
船舶领域
用于船舶导航、船位追踪和海洋 资源勘测。
极地科考领域
支持极地科学研究、船舶导航和 冰雪探测。
GNSS发展趋势
单接收机解决 方案
提高接收器性能和定 位精度，适用于精密 导航和定位应用。
GNSS测量误差
1 天线误差
由于天线的物理结构和安 装位置引起的信号衰减和 多径效应。
2 电离层延迟误差
由于电离层中的电离产生 的信号传输延迟。
3 对流层延迟误差
由于大气对卫星信号的散 射和折射引起的传输延迟。
4 钟偏误差
由于接收器内部时钟精度不准确而引起的时 间偏差。
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保证在每天24小时的任何时刻，在 高度角15以上，能够同时观测到4颗 以上卫星
GPS的系统组成：地面控制部分
GPS的地面控制部分
组成：
主控站（1个） 监测站（5个） 注入站（3个）
作用：
监测和控制卫星运行 编算卫星星历（导航电文） 保持系统时间。
主控站
太
大
印
西
度
平 洋
这种定位方法称为距离交会法
GPS定位原理 GPS定位本质：距离后方交会
理论上，三颗卫星就 能够确定地面卫星接收机 的位置。
三颗卫星在三维空间中 其实有两个交点，但一个在 太空，一个在大气层内。
GPS定位原理
GPS定位是通过GPS 接收机同时接收 4 颗以上的GPS卫 星发出的信号来测定接收机在地球上的位置。
►L3 (1381.05 MHz) – 美国国防部用来探测导 弹发射、核爆炸以及其他高能量红外线事件。 ►L4 (1841.40 MHz) – 正被研究提供更多的电 离层改正。
GPS定位原理
在同一平面上，通过测量到两个已知点的精确距离，可以 精密地确定出平面位置。
.P
.
我的位置应该在P点或Q点
Q
GPS定位原理
体的位置、速度和时间信息的要求 同时也可为民间用户提供类似但受限的免费服务
GPS的组成部分
GPS系统由三部分组成
1、空间部分 （Space Segment） 2、地面控制部分 （Ground Segment） 3、用户设备部分 （User Segment）
用户部分： 接收并测定卫星信号 记录原始数据 得到导航定位信息
GPS定位原理
解算方程：
+
r s
(xs xr )2 ( ys yr )2 (z s zs )2
(xs , y s , z s )：卫星位置坐标，已知量 (xr , yr , zr )：接收机位置坐标，未知数
：接收机钟差，未知数 ：卫星到接收机的距离，待观测量
测距方法：伪距测量、载波相位测量
GPS的组成部分
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息
地面控制部分： 解算中心控制参数 实现时间同步 跟踪卫星并进行定规
GPS的系统组成：空间部分
GPS卫星星座
设计星座：21+3
21颗正式的工作卫星+3颗活动的备 用卫星
6个轨道面，平均轨道高度20200km， 轨道倾角55，周期11h 58min（顾及地 球自转，地球-卫星的几何关系每天 提前4min重复一次）
GPS信号结构：导航电文
导航电文
码速：50bps 内容：
广播星历（导航信息） 卫星钟改正 历书（概略星历） 电离层信息 卫星健康状况
☻小知识
你知道吗？
✪GPS卫星信号由两万公里以500W 传送，到达地 面仅剩10-13W
✪除了大家熟知的L1、L2、L5外，GPS卫星还拥 有L3、L4信号：
备注：定位原理其实就是距离后方交会，简单地 讲，就是天上卫星的位置已知，GPS接收机把它 到这些卫星的距离测出来，然后通过距离公式把 坐标反算出来，但是具体的实现方式不同类型的 GPS都不同，比如有伪距定位和载波相位定位等 等。
四颗卫星可以确定一个点坐标。
为什么必须是4 颗星才能定位 ？ 难道3颗不可以吗？
GPS信号结构：测距码
测距码
属于伪随机噪声码 – PRN码（Pseudo Random Noise ） 类型（目前）
C/A（C1） –码速：1.023MHz –码元长度：293m
P(Y)1、 P(Y)2 –码速：10.23MHz –码元长度：29.3m
现代化后增加 C2 M1、M2(军用码)
洋
洋
监测站
注入站
GPS的系统组成：用户部分
组成
GPS信号接收机及辅助设备
作用
跟踪、捕获卫星信号 进行信号处理 测定位置、速度和时间
GPS信号接收机的构成
天线单元 接收单元
GPS信号
GPS信号的基本组成部分（信号分量）
载波（Carrier Phase） 测距码（Ranging Code） 导航电文（Navigation
Message/Data Message）
GPS信号结构：载波
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：频率： 1176.45MHz，波长：26cm
GNSS基础知识简介
赵新峰
集思事业部华东分公司
GPS定位技术概述
英文全称是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（导航星测时与 测距全球定位系统），简称 GPS ，有时也被称 作NAVSTAR GPS。
美国国防部负责开发 空基全天侯导航定位系统 用以满足军方在地面或近地空间内获取目标或载
如何在三维空间中得到位置坐标？
如果能够精确测定出观测者到三个参考点（参考点的坐标已 知）的距离D，那么观测者必然处在以这三个参考点为圆心 ，以观测距离（D1、D2、D3）为半径的三个球体的交点上 。
也就是说，只要知道三个已知点的坐标，知道一个未知 点分别到这三个已知点的距离，就能把这个未知点的位置（ 即空间坐标）确定下来。
四个未知 数，至少 需要四组 方程，即 需要四颗 观测卫星
伪距测量
伪距测距是根据接收到得C/A码和电文内容，通过信号的发射和 接收时间差的计算，从而算出卫星和接收机的距离，但由于卫星 时钟和接收机存在的钟差，因此计算出来的距离并不是真实的值 ，所以称为伪距。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
载波相位测量
载
波
测
j tj
距 原
j ti
j ti
理
R l j t j j ti
t i 是首次观测时刻，其相位为FI(ti)（范围在0-360之间）,
Fi(tj)是tj 秒观测的相位值（范围任意），则ti 和tj 之间的距离 可以表达为两个相位差与波长的乘积。
GPS定位的特点
作业范围：全球地面覆盖，无须通 视 作业时间：实时，全天候 成果精度：精度高 劳动强度：自动化程度高 三维坐标：真三维坐标
GPS定位模式
定位模式
绝对定位（单机定位） 相对定位（差分定位）
GPS的系统组成：地面控制部分
GPS的地面控制部分
组成：
主控站（1个） 监测站（5个） 注入站（3个）
作用：
监测和控制卫星运行 编算卫星星历（导航电文） 保持系统时间。
主控站
太
大
印
西
度
平 洋
这种定位方法称为距离交会法
GPS定位原理 GPS定位本质：距离后方交会
理论上，三颗卫星就 能够确定地面卫星接收机 的位置。
三颗卫星在三维空间中 其实有两个交点，但一个在 太空，一个在大气层内。
GPS定位原理
GPS定位是通过GPS 接收机同时接收 4 颗以上的GPS卫 星发出的信号来测定接收机在地球上的位置。
►L3 (1381.05 MHz) – 美国国防部用来探测导 弹发射、核爆炸以及其他高能量红外线事件。 ►L4 (1841.40 MHz) – 正被研究提供更多的电 离层改正。
GPS定位原理
在同一平面上，通过测量到两个已知点的精确距离，可以 精密地确定出平面位置。
.P
.
我的位置应该在P点或Q点
Q
GPS定位原理
体的位置、速度和时间信息的要求 同时也可为民间用户提供类似但受限的免费服务
GPS的组成部分
GPS系统由三部分组成
1、空间部分 （Space Segment） 2、地面控制部分 （Ground Segment） 3、用户设备部分 （User Segment）
用户部分： 接收并测定卫星信号 记录原始数据 得到导航定位信息
GPS定位原理
解算方程：
+
r s
(xs xr )2 ( ys yr )2 (z s zs )2
(xs , y s , z s )：卫星位置坐标，已知量 (xr , yr , zr )：接收机位置坐标，未知数
：接收机钟差，未知数 ：卫星到接收机的距离，待观测量
测距方法：伪距测量、载波相位测量
GPS的组成部分
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息
地面控制部分： 解算中心控制参数 实现时间同步 跟踪卫星并进行定规
GPS的系统组成：空间部分
GPS卫星星座
设计星座：21+3
21颗正式的工作卫星+3颗活动的备 用卫星
6个轨道面，平均轨道高度20200km， 轨道倾角55，周期11h 58min（顾及地 球自转，地球-卫星的几何关系每天 提前4min重复一次）
GPS信号结构：导航电文
导航电文
码速：50bps 内容：
广播星历（导航信息） 卫星钟改正 历书（概略星历） 电离层信息 卫星健康状况
☻小知识
你知道吗？
✪GPS卫星信号由两万公里以500W 传送，到达地 面仅剩10-13W
✪除了大家熟知的L1、L2、L5外，GPS卫星还拥 有L3、L4信号：
备注：定位原理其实就是距离后方交会，简单地 讲，就是天上卫星的位置已知，GPS接收机把它 到这些卫星的距离测出来，然后通过距离公式把 坐标反算出来，但是具体的实现方式不同类型的 GPS都不同，比如有伪距定位和载波相位定位等 等。
四颗卫星可以确定一个点坐标。
为什么必须是4 颗星才能定位 ？ 难道3颗不可以吗？
GPS信号结构：测距码
测距码
属于伪随机噪声码 – PRN码（Pseudo Random Noise ） 类型（目前）
C/A（C1） –码速：1.023MHz –码元长度：293m
P(Y)1、 P(Y)2 –码速：10.23MHz –码元长度：29.3m
现代化后增加 C2 M1、M2(军用码)
洋
洋
监测站
注入站
GPS的系统组成：用户部分
组成
GPS信号接收机及辅助设备
作用
跟踪、捕获卫星信号 进行信号处理 测定位置、速度和时间
GPS信号接收机的构成
天线单元 接收单元
GPS信号
GPS信号的基本组成部分（信号分量）
载波（Carrier Phase） 测距码（Ranging Code） 导航电文（Navigation
Message/Data Message）
GPS信号结构：载波
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：频率： 1176.45MHz，波长：26cm
GNSS基础知识简介
赵新峰
集思事业部华东分公司
GPS定位技术概述
英文全称是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（导航星测时与 测距全球定位系统），简称 GPS ，有时也被称 作NAVSTAR GPS。
美国国防部负责开发 空基全天侯导航定位系统 用以满足军方在地面或近地空间内获取目标或载
如何在三维空间中得到位置坐标？
如果能够精确测定出观测者到三个参考点（参考点的坐标已 知）的距离D，那么观测者必然处在以这三个参考点为圆心 ，以观测距离（D1、D2、D3）为半径的三个球体的交点上 。
也就是说，只要知道三个已知点的坐标，知道一个未知 点分别到这三个已知点的距离，就能把这个未知点的位置（ 即空间坐标）确定下来。
四个未知 数，至少 需要四组 方程，即 需要四颗 观测卫星
伪距测量
伪距测距是根据接收到得C/A码和电文内容，通过信号的发射和 接收时间差的计算，从而算出卫星和接收机的距离，但由于卫星 时钟和接收机存在的钟差，因此计算出来的距离并不是真实的值 ，所以称为伪距。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
载波相位测量
载
波
测
j tj
距 原
j ti
j ti
理
R l j t j j ti
t i 是首次观测时刻，其相位为FI(ti)（范围在0-360之间）,
Fi(tj)是tj 秒观测的相位值（范围任意），则ti 和tj 之间的距离 可以表达为两个相位差与波长的乘积。
GPS定位的特点
作业范围：全球地面覆盖，无须通 视 作业时间：实时，全天候 成果精度：精度高 劳动强度：自动化程度高 三维坐标：真三维坐标
GPS定位模式
定位模式
绝对定位（单机定位） 相对定位（差分定位）