空间定位技术及应用-GPS原理及应用
GPS定位技术及其应用
GPS定位技术及其应用全球定位系统（GPS）是一种利用人造卫星定位系统的技术。
其发展可追溯到20世纪70年代，但是这项技术的普及和应用并不普及到21世纪。
GPS技术目前的应用范围非常广泛，包括导航、飞行、车辆追踪、船舶寻找以及天气预报等领域。
GPS定位技术已经成为全球范围内最重要、最广泛使用的技术之一。
GPS定位技术原理GPS定位技术基于人造卫星的定位系统。
这些卫星原理上是固定的，其轨道也是预先设定的。
GPS技术中的主要玩家是卫星，GPS接收器，以及人类。
卫星的任务是广播其位置信息和时间信息。
GPS接收器的任务是接收来自这些卫星的信号，并从中计算出自己位置和时间。
人类的任务就是运用GPS接收器来检测位置并采取行动。
GPS定位技术工作原理是利用三个以上卫星向着地球释放出发射时间相同的信号，当接收GPS的单元接收到卫星的信号后便自动计算出与卫星的距离，然后通过测量其与多个卫星之间的距离，GPS可以确定接收器所在的准确位置。
这个原理与雷达测量距离的基本原理非常相似。
GPS定位技术的好处GPS定位技术具有广泛的优点，它提高了人类的生产效率，降低了生活成本，为人们的安全和舒适提供了更好的保障。
以下是GPS技术的一些主要好处：1. 位置准确性：GPS技术可以非常准确地确定地球上任何一个特定的位置，因为它可以同时接收多个卫星的信号，从而提高了定位的准确性。
2. 方便性：GPS技术可以在任何一个设备上把它投放在地球上，使您随时知道其地理位置。
这种技术的好处是可以使您更容易确定自己的方向并确切地了解您所在的地理位置。
3. 大数据管理：GPS技术已经成为世界上广泛使用的技术之一。
这种技术可以追踪物品的位置、时间和运动情况，在管理上起到至关重要的作用。
4. 安全性：将GPS技术用于汽车、公共汽车和卡车等机动车辆上将有助于避免意外事故。
GPS定位技术可以实现实时监控，对驾驶员的速度和范围进行可视化处理，帮助他们更好地掌握交通情况以及安全风险。
GPS全球定位系统原理及应用
GPS全球定位系统原理及应用一、简介GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。
二、GPS发展历程1. GPS实施计划共分三个阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。
从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。
研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
第二阶段为全面研制和试验阶段。
从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。
实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。
第三阶段为实用组网阶段。
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。
1993年底实用的GPS 网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。
2.卫星导航的发展历史1957年十月四日，第一课人造卫星Sputink I（苏联）发射。
1959年，从卫星上发回第一张地球照片。
1960年，从“泰罗斯”与“云雨”气象卫星上获得全球云图。
1971年，美国“阿波罗”对月球表面进行航天摄影测量，且“水手号”对水星进行测绘作业。
目前，空间在轨卫星约为3000颗。
三、定位原理1.GPS构成：①空间部分GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。
gps的测量原理及应用
GPS的测量原理及应用1. GPS的测量原理GPS（全球定位系统）是一种利用卫星信号进行位置测量的技术。
其测量原理基于三角测量法和时间测量法。
1.1 三角测量法GPS接收器接收到来自至少四颗卫星的信号，通过测量这些卫星信号的传播时间和位置，利用三角测量法计算出接收器的位置。
具体步骤如下：1.接收器接收到卫星发出的信号，并记录下每颗卫星信号的传播时间。
2.GPS接收器通过与卫星之间的信号传播时间差推算出卫星与接收器之间的距离。
3.GPS接收器通过多个卫星之间的距离，使用三角测量法计算出接收器的位置。
1.2 时间测量法除了三角测量法，GPS还利用时间测量法来测量位置。
具体步骤如下：1.GPS卫星通过精确的原子钟来保持时间的一致性。
2.GPS接收器接收到卫星发射的信号，并记录下信号的时间。
3.GPS接收器通过比较信号接收时间与卫星发射时间的差值，计算出信号传播的时间。
4.通过多颗卫星信号的传播时间，GPS接收器可以计算出自身的位置。
2. GPS的应用GPS技术在现代社会中有广泛的应用，涵盖了许多领域。
2.1 车辆导航GPS技术在车辆导航系统中被广泛应用。
通过将GPS接收器与导航软件结合，车辆可以实时获取自身的位置，并根据用户输入的目的地，提供最佳的导航路线和指示。
这种技术使得驾驶者无需担心迷路，更加方便地到达目的地。
2.2 航空和航海导航航空和航海领域也广泛使用GPS技术来进行导航。
通过在飞行器或船舶上安装GPS接收器，飞行员或船长可以准确地确定其位置、航向和速度。
这对于飞行器或船舶在大范围领域内进行定位和导航至关重要，提高了安全性和效率。
2.3 地图制作和地理信息系统GPS技术被用于制作地图和地理信息系统（GIS）。
通过在地图上标记GPS测量的点，可以准确地绘制地理要素的位置和形状。
这对于制作精确的地图、进行地理空间分析和规划非常重要。
2.4 灾难救援和紧急定位在灾难救援和紧急情况中，GPS技术可以提供准确的位置信息，帮助救援人员快速找到被困者。
如何利用GPS测绘进行位置定位
如何利用GPS测绘进行位置定位导语：GPS（全球定位系统）因其高精度和便利性而广泛应用于各个领域，如交通、航空、物流等。
本文将探讨如何利用GPS测绘进行位置定位，以及其在不同领域的应用。
一、GPS的原理和工作方式GPS是一种基于卫星定位的系统，其主要由空间段、控制段和用户段组成。
空间段由一组轨道上运行的卫星组成，控制段由地面上的控制站组成，而用户段则是指运行GPS接收机的终端设备。
GPS测绘是通过接收卫星发射的信号，计算接收器与卫星之间的距离，并由至少三颗卫星的测距结果进行三角测量，从而确定用户的位置。
GPS接收器内置的地理信息系统可以利用这些数据，提供用户所在位置的经纬度坐标。
二、GPS测绘的应用领域1.航海:在航海领域，船只可以通过GPS测绘进行航线规划和导航。
借助GPS，船员可以精确知道自己的位置，并根据海图和导航软件提供的信息，确定最优航线，提高航行安全性。
此外，GPS还可以用于图像记录和船只跟踪。
2.土地测绘:GPS测绘在土地测绘领域也有广泛应用。
传统的土地测量依赖于仪器和人工测量，费时费力且效率低。
而使用GPS测绘可以快速准确地测量出地面的坐标和高程，提高土地测量的效率和精度，广泛用于土地划分、土地规划和土地资源管理等方面。
3.交通:GPS测绘在交通领域也有重要的作用。
交通管理部门可以借助GPS系统监测车辆的位置和速度，提供实时的交通信息和导航服务，帮助驾驶员规避交通拥堵，优化路线选择，提高交通流畅性。
此外，GPS测绘还广泛应用于货物追踪和物流管理等方面。
4.应急救援:GPS测绘在应急救援行动中也发挥着重要作用。
应急救援人员可以利用GPS系统快速准确地定位受困人员的位置，提高救援效率。
同时，GPS测绘还提供了导航和规划工具，帮助救援人员找到最佳的前往路线，保障救援行动的顺利进行。
三、GPS测绘的精度与限制GPS测绘的精度受多种因素影响，包括信号遮挡、多径效应、卫星几何等。
在一些极端环境下，如城市峡谷地带或山区等，GPS测绘信号可能受到阻碍，导致定位不准确。
全球定位系统GPS原理及应用
全球定位系统GPS原理及应用全球定位系统(GPS)是一种利用卫星导航技术来确定地理位置的系统。
它由一组由美国政府运行的卫星、地面控制站和接收器组成。
全球定位系统的原理基于三角测量原理，通过计算接收器与卫星之间的距离来确定地理位置。
以下是全球定位系统的原理及应用的详细介绍。
当一个接收器接收到来自至少4颗卫星的信号后，它会通过测量信号的传输时间来确定从卫星到接收器的距离。
由于每颗卫星的位置已知，并且信号传播速度是已知的，因此可以通过距离和位置信息来确定接收器的地理位置。
全球定位系统还可以利用多次测量的平均值来提高定位的准确性。
1.航海和航空导航：全球定位系统在航海和航空方面被广泛使用，可以提供精确的位置和导航信息，帮助船舶和飞机安全地导航到目的地。
2.车辆导航和交通管理：全球定位系统可以在汽车、卡车和公共交通工具中使用，提供实时导航和交通信息，帮助驾驶员选择最佳路线，减少交通拥堵和行驶时间。
3.军事和安全应用：全球定位系统在军事和安全领域中扮演着重要角色，可以用于军事导航、目标定位和监视、军事行动规划等。
4.资源勘探和地质测量：全球定位系统可以用于资源勘探和地质测量，可以提供准确的地理位置和测量数据，帮助研究人员进行资源勘探和地质研究。
5.灾害管理：全球定位系统可以在灾害管理中使用，例如地震、洪水和风暴等灾害发生时，可以提供准确的位置信息和灾情监测，帮助救援人员进行灾情评估和救援行动。
总结：全球定位系统是一种利用卫星导航技术来确定地理位置的系统，它通过测量接收器与卫星之间的信号传输时间来确定地理位置。
全球定位系统广泛应用于航海、航空、车辆导航、军事、资源勘探、地质测量、灾害管理等领域。
随着技术的不断发展，全球定位系统的应用将进一步扩展，为人类的生活和工作带来更大的便利和效益。
gps的原理及其应用
GPS的原理及其应用1. GPS的原理GPS（全球定位系统）是一种通过卫星定位来确定地球上任意位置的系统。
其原理基于距离测量和三角定位。
1.1 距离测量GPS系统中有24颗卫星，它们围绕地球运行并向地面发送精确的时间信号。
用户接收到来自多颗卫星的信号后，通过测量信号的传播时间来计算用户与卫星之间的距离。
1.2 三角定位GPS系统至少需要接收到三颗卫星的信号以确定用户的位置。
通过在三个卫星上的已知位置和与这些卫星之间的距离，可以通过三角计算方法来定位用户的位置。
更多的卫星信号可以提高定位的准确性。
2. GPS的应用2.1 航海和航空GPS在航海和航空领域具有广泛的应用。
航海员和飞行员可以通过GPS确定他们的位置、航向和速度，以便更好地导航和控制航行路径。
2.2 汽车导航现代汽车导航系统几乎都使用了GPS技术。
通过GPS定位，汽车导航系统可以提供实时的导航指引，包括行驶方向、转向提示和道路交通情况等信息，帮助驾驶员更安全、高效地到达目的地。
2.3 手持设备定位手机、平板电脑和手持式GPS设备都可以利用GPS技术来定位。
这使得用户可以随时随地获得自己的地理位置信息，并在地图上查找周边设施、规划路线等。
2.4 建筑和测量在建筑领域和土地测量中，GPS可以提供准确的位置信息。
这对于工程测量、土地勘测和建筑设计等方面非常重要。
2.5 军事应用军事部门是GPS技术最早应用的领域之一。
GPS系统为军队提供了高精度的导航、目标定位和时间同步等功能，对于军事行动的成功至关重要。
2.6 太空探索在太空探索中，GPS系统被用于监测和导航航天器。
它可以提供准确的时间参考和航向信息，帮助航天器在太空中定位和导航。
2.7 天气预报GPS系统中的卫星可以通过测量大气中水蒸汽的含量来提供天气预报所需的数据。
这些数据对于预测天气模式、监测气候变化非常有帮助。
3. 总结GPS通过距离测量和三角定位原理，可以提供准确的地理位置信息。
它在航海、航空、汽车导航、建筑测量等诸多领域有重要应用。
GPS卫星定位原理及其应用GPS定位技术的应用
1 天气影响
2 建筑物遮挡
3 增强定位精度
恶劣的天气条件可能 会影响GPS信号的接收 和精度。
高层建筑物或密集树 林可能会影响GPS信号 的强度和可靠性。
通过使用其他技术 （如增强定位系统）， 可以提高GPS定位的精 度。
GPS系统与其他定位技术的比较S设备和服务的成本相对较低。
3 三角测量
通过三角测量原理，GPS接收器计算出位置的经纬度坐标。
GPS定位系统的组成
卫星
24颗GPS卫星，组成一个全球覆盖的卫星网络。
控制段
地面上的控制站和控制中心，负责卫星的运行和时间同步。
用户段
包括GPS接收器和用户设备，用于接收和处理卫星信号。
GPS定位技术的发展历程
1
1973
美国开始研发GPS系统。
可用性
GPS系统在全球范围内可用。
实时性
GPS定位提供实时的位置信息。
GPS定位的优势及其经济效益
GPS定位提供准确的位置信息，可以应用于车辆管理、物流追踪、救援行动等 领域，提高效率并节省成本。
2
1995
GPS系统在民用领域开始应用。
3
2000
第一代民用GPS接收器问世。
GPS定位的应用领域
车辆导航
GPS定位系统可以帮助驾驶员 准确导航，避免迷路。
户外探险
GPS定位设备可用于追踪和记 录户外探险的路线。
测量与勘探
GPS定位技术在测绘、土地勘 测等领域有着重要的应用。
GPS定位技术的局限与发展趋势
GPS卫星定位原理及其应 用 GPS定位技术的应用
GPS卫星定位原理及其应用: 通过卫星信号和三角测量技术，GPS定位系统能够 足够准确地计算出一个位置的经纬度坐标。
GPS的工作原理和运用
测绘工程导论之GPS的原理及应用教学班级：4（土木088班）学生：王海龙学号：200802524指导教师：魏冠军GPS的工作原理和运用摘要1973年美国国防部开始GPS实验计划，由于GPS可向全球用户提供连续、快速定时的、高精度的三维坐标、三维速度和时间信息，所以得到美国政府和三军的高度重视，并列为美国重点空间计划之一，成为继阿波罗登月计划、航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。
整个计划耗资300亿美元以上，目前已基本完成。
本文将简单介绍关于GPS的基本组成原理和在社会科学各个领域的应用，以及GPS在未来发展中的前景。
1.GPS的组成及原理GPS是由三个部分组成，分别是：空间段（空间卫星），控制段（地面监控系统）和用户段（用户设备）。
1.1卫星空间GPS布放在空间的卫星是由24颗组成，工作卫星21颗，备用卫星3颗，其运行轨道参数如下：（a）分布在六条近似圆形轨道上（b）各轨道面在赤道面上相互间隔60度（c）相对赤道面倾角均为55度（d）轨道平均高度20200千米（e）卫星运行周期11小时58分钟（f）每个轨道原则上布放4颗卫星这种轨道参数及配置，可以保证在地球上和地球上空任一处，一天24小时任何时候都可以看到4颗以上的GPS卫星，这有利于全球范围内进行实时定位，有利于提高定位精度。
1.2地面监控系统地面监控系统是由1个主控站，3个注入站及5个检测站组成。
1.3用户设备GPS的接受设备用于卫星信号的捕获，信号处理，数据调节，坐标转换，导航计算，人/机接口等工作。
用户设备一般包括GPS接收天线，用户接收处理机和控制显示设备三部分，核心是接收处理机，简称GPS接收机。
由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。
考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。
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ae 2 sin B B arctan tan 1 Z W Y L arctan X R cos H N cos B
2.1.3 站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系
GPS测量原理及应用
2.2.2 国家大地坐标系
• 目前我国常用的两个国家坐标系 • 1954年北京坐标系 • 1980年西安坐标系 均是参心坐标系
GPS测量原理及应用
2.2.2 国家大地坐标系
1954年北京坐标系
• 1954北京坐系采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球 体， • 其椭球参数是： • 长半轴a为6 378 245m，扁率f为1/298.3，其原点 为原苏联的普尔科沃。 1954年北京坐标系虽然是苏联1942年 坐标系的延伸，但也还不能说它们完全相同。因 为该椭球的高程异常是以苏联1955年大地水准面 重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线 推算而得。而高程又是以1956年青岛验潮站的黄 海平均海水面为基准。
2.1.3 站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系
2.1.4 卫星测量中常用坐标系
GPS测量原理及应用
2.1.1 天球坐标系
Z
1）天球空间直角坐标系 z s • 原点：地球质量中心 δ • Z轴：指向北天极Pn 地心 y x 春分点 • X轴：指向春分点 α • Y轴：与X、Z轴构成右手坐标系 X 2）天球球面坐标系 天球坐标系 • 原点：地球质量中心 • 赤经α：天体子午面与春分点子午面的夹角 • 赤纬δ：天体与地心连线和天球赤道面的夹角 • 向径r ：天体到地心的距离
春分点
x
y
α
Y
X
天球坐标系
GPS测量原理及应用
2.1.2 大地坐标系
大地坐标系与直角坐标系 大地坐标系参数： B—大地维度 L —大地经度 H —大地高程
N —P点卯酉圈曲率半径 e —椭球第一偏心率
GPS测量原理及应用
2.1.2 大地坐标系
大地坐标系与直角坐标系参数转换关系
X N H cos B cos L Y N H cos B sin L 2 L N 1 e H sin B
GPS测量原理及应用
2.2.2 国家大地坐标系
• (2) 椭球定向不明确，即不指向国际通用的CIO极，也不指 向目前我国使用的JYD极，椭球定位实际上采用了前苏联的 普尔科沃定位，该定位椭球面与我国的大地水准面呈系统 性倾斜。东部高程异常达60余米。而我国东部地势平坦、 经济发达，要求椭球面与大地水准面有较好的密合，但实 际情况与此相反。 • (3) 该坐标系统的大地点坐标是经局部平差逐次得到的， 全国天文大地控制点坐标值实际上连不成一个统一的整体。 不同区域的接合部之间存在较大隙距，同一点在不同区的 坐标值相差1～2m，不同区域的尺度差异也很大。而且坐标 传递是从东北至西北西南，前一区的最弱点即为后一区的 坐标起算点，因而坐标积累误差明显，这对于发展我国空 间技术、国防建设和国家大规模经济建设不利，因此有必 要建立新的大地坐标系统。
Y
GPS测量原理及应用
2.1.1 天球坐标系
球面坐标系与直角坐标系的参数转换关系 Z x cos cos z y r cos sin s z sin δ
地心
r x2 y2 z 2 y arct an x z arct an 2 2 x y
GPS测量原理及应用
2.2.2 国家大地坐标系
• 1954年北京坐标系建立之后，在这个系统上，３ ０多年来，我国用该坐标系统完成了大量的测绘 工作，获得了许多的测绘成果，在国家经济建设 和国防建设的各个领域中发挥了巨大作用。 • 但是，随着科学技术的发展，这个坐标系的先天 弱点也显得越来越突出，难以适应现代科学研究、 经济建设和国防尖端技术的需要，它的缺点主要 表现在： • (1)克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数 相比，误差较大，长半径约大105～109m，这不仅 对研究地球几何形状有影响，特别是该椭球参数 只有两个几何参数，不包含表示物理特性的参数， 不能满足现今理论研究和实际工作的需要，对于 发展空间技术也带来诸多不便。
GPS测量原理及应用
O：球心 O - XYZ：球心空间 直角坐标系 P1 -XYZ：站心赤道 直角坐标系 P1-xyz：站心地平直 角坐标系
坐标系同 O XYZ 坐标系转换 P 1 XYZ
X X (N + H)cosBcosL Y = Y + (N + H)cosBsinL 2 Z Z [N(1 e )+ H]sinB
2.2.1 WGS-84大地坐标系
WGS-84坐标系是美国84年在卫星大地测 量的基础上建立的以地球质心为原点的大地 测量基准。Z轴指向1984北极，X轴指向1984 格林威治子午线与赤道交点，Y轴与X、Z轴 构成右手坐标系。 由GPS卫星发布的星历参数是WGS-84坐标 系的数据，故GPS测量时，先求得测站点的 WGS-84坐标，再换算为当地使用的坐标。
GPS测量原理及应用
2.1.4 卫星测量中常用坐标系
GPS测量原理及应用
2.1.4 卫星测量中常用坐标系
2.2 WGS-84坐标系和我国大地坐标系
GPS测量原理及应用
2.2.1 WGS-84大地坐标系 2.2.2 国家大地坐标系
2.2.3 地方独立坐标系
2.2.4 ITRF坐标框架简介
GPS测量原理及应用
N —P点卯酉圈曲率半径 H —大地高程
GPS测量原理及应用
ห้องสมุดไป่ตู้
P 1 xyz 坐标系同
P 1 XYZ 坐标系转换
X sin B cos L sin L cos B cos L x ( N H ) cos B cos L Y sin B sin L cos L cos B sin L y ( N H ) cos B sin L 2 0 sin B Z 地心 cos B z 地平 [ N (1 e ) H ]sin B
GPS测量原理及应用 (二 )
主讲人：马福义
GPS测量原理及应用
第 2章
坐标系统和时间系统
2.1 天球坐标系与地球坐标系
2.2 WGS-84坐标系和我国大地坐标系 2.3 坐标系统之间的转换 2.4 时间系统
2.1 天球坐标系与地球坐标系
GPS测量原理及应用
2.1.1 天球坐标系
2.1.2 大地坐标系