GPS原理及应用 ppt课件
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• 主控站负责收集由监测站传来的卫星跟踪数据并计算卫 星星历和时间参数。
• 注入站的任务是将主控站发来的导航电文（卫星星历和 时间参数）注入给卫星。
大学课件
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3.GPS接收机
• GPS接收机是能够接收、跟踪、解译和量测GPS信号的 设备，由接收主机、天线、计算机以及控制显示设备等 组成。GPS卫星发送的导航定位信号是一种全球共享的 信息资源，只要用户掌握其解码，则各类用户在任何地 点、任何时刻、任何气候均可用GPS接收机接收信号， 进行导航定位测量。
T = t2 - t1 大学课件
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• 设电波在大气中的传播速度为C，则从卫星发送信号时 的空中位置到接收机之间的空间距离为：
D=C×T
t1
D
Xll
t2
Vl
大学课件
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2.空间后方交会
• 用GPS进行定位测量的目的是求出测站点的三维坐标 （x,y,z）（现未知）。由传统的测量原理可知，欲求得 三个未知数，至少需要三个观测量，即必要观测数为3。 因此，必须同时测定三颗卫星的导航信号，即需测量接 收机至三颗卫星的距离D1、D2和D3。设这三颗卫星发 送信号时所处位置的坐标分别为（x1,y1,z1）、 （x2,y2,z2）和（x3,y3,z3）,则有：
的距离为D1，则接收机必定在以W1为圆心、以D1为 半径的球面上。
W1
D1
大学课件
14
• 如果同时接收两颗卫星的信号，则两个球面相交成一条 圆弧，点位被限制在这条曲线上。
W1 W2
D1 D2
Hale Waihona Puke Baidu
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• 同理，三个球面相交在一点，即根据3段距离值可确定 一点的空间位置（坐标）。
W3 D3
W1
W2 D1
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本节内容回顾
•GPS的定义。 •GPS定位的特点。 •GPS系统由三部分组成。
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10
§7－2 GPS定位原理与方法
一. GPS定位原理
• GPS定位系统的基本观测量是距离（其实质是时间延 迟），基本定位原理是空间后方交会。
1.距离测量
• 在待定点上安置好GPS接收机，开机后即可接收到某颗 卫星所发送的信号（随机码），经解译后可以获得卫星 发送信号的时刻（以卫星钟为标准）以及发送信号时卫 星的空间位置（即坐标）等有用信息。与此同时，在测 站上需测定GPS信号的接收时刻（以用户钟即普通石英 钟为标准）。设GPS信号的发射时刻为t1,接收时刻为 t2 ，并设卫星钟与用户钟同步，则GPS 信号在空中传 播的时间为：
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二.GPS定位的特点 1. 定位时间短。 2. 定位精度高。 3. 野外观测时不受天气条件以及作业时间的限制。 4. 无需考虑观测点之间的通视情况。 5. 应用范围广。 • 缺点—— （1）.在地下（如隧道、矿井内）、海底及建筑物内不能
应用； （2）.在高大建筑物近旁会受到干扰。
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3
三.系统组成 • GPS系统主要由三大部分组成：卫星星座（空间部
分）、地面监测系统（地面部分）和GPS接收机 （用户设备部分）。
空间部分
导航卫星 :导航信息 卫星时和卫星钟 24 颗 卫 星（20200 Km）
用户设备部分
接收机
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地面控 制 部 分
主 控 站、 监 4测 站、 注入站
1. GPS卫星星座
D2
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• 事实上，由于用户钟（普通石英钟）的测时精度远低于 卫星钟，因此，用户钟与卫星钟不可能同步，必然存在 时钟差，用Δtu表示。正因为存在时钟差Δtu，所以按 前述方法求得的卫星至接收机的距离也必然是一个包含 误差的观测量，称之为伪距，用D´表示。即：
• 星座由24颗卫星组成，其
中21颗工作卫星，3颗备
用卫星，大致均匀地分布
在6个轨道面上。轨道面
相对于地球赤道面的倾角
为55o，各轨道平面之间
的交角为60o，卫星距地
球约20200公里，运行周
期为11小时58分。在世
界任何地区任何时候至少
可以同时接收4颗卫星信
号，最多可以同时接收到
11颗卫星发射的信号。每
第七章 GPS技术原理及其应 用
§7－1 GPS系统概述 §7－2 GPS定位基本原理与方法 §7－3 GPS测量实施 §7－4 GPS实践
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1
§7－1 GPS定位系统概述
一.定义 • GPS是通过接收和解译人造卫星所发射的电波信号来确
定测站点位置的测量定位系统，它是英文“Global Positioning System”(全球定位系统）的缩写。
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7
• 地面站主要负责对卫星进行实时监测（包括卫星上设备 是否正常工作、卫星是否沿轨道运行等）；向每颗卫星 提供其编写并播发的导航电文，包括卫星星历（即描述 卫星运动及其轨道参数的数据）、卫星钟差（时钟修正 参数）和大气修正参数等，以保证卫星能够不间断地向 地面用户发送准确可靠的导航信号。
• 监测站的任务是连续跟踪观测和接收GPS卫星的信号， 并监测卫星的工作状态。
颗卫星上均装有4台高精
度的原子钟（2台铯钟、2
台铷钟），称为卫星钟，
用以提供高精度的时间标
准。
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• GPS卫星的主要功能
• 连续不断地向地球发 送导航定位的GPS信 号，以导航电文的形 式向用户提供卫星星 历表（其中包含卫星 现时的位置及其它卫 星的概略位置）、时 钟校正参数、传播延 迟参数及其它信息。
• （x1-x）2+(y1-y)2+(z1-z)2 = D12 • （x2-x）2+(y2-y)2+(z2-z)2 = D22 • （x3-x）2+(y3-y)2+(z3-z)2 = D32 • 解此方程组，即可求出测站的坐标（x,y,z）。
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• GPS定位的原理也可通过三个球面相交来理解。 • 假设某颗卫星在空中的位置为W1，GPS接收机离W1
（最主要的信息是“时 间”和“位置”）
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2.地面监控系统
• 该系统由5个监测站、1个主控站和3个注入站组成，设 在美国本土的科罗拉多和三大洋的美国军事基地中。
Colorado springs
55
Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
kwajalein
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) 和卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站：在主控站和3个注入站各设一个，另一个设在夏威 夷(Hawaii)
• 注入站的任务是将主控站发来的导航电文（卫星星历和 时间参数）注入给卫星。
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3.GPS接收机
• GPS接收机是能够接收、跟踪、解译和量测GPS信号的 设备，由接收主机、天线、计算机以及控制显示设备等 组成。GPS卫星发送的导航定位信号是一种全球共享的 信息资源，只要用户掌握其解码，则各类用户在任何地 点、任何时刻、任何气候均可用GPS接收机接收信号， 进行导航定位测量。
T = t2 - t1 大学课件
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• 设电波在大气中的传播速度为C，则从卫星发送信号时 的空中位置到接收机之间的空间距离为：
D=C×T
t1
D
Xll
t2
Vl
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2.空间后方交会
• 用GPS进行定位测量的目的是求出测站点的三维坐标 （x,y,z）（现未知）。由传统的测量原理可知，欲求得 三个未知数，至少需要三个观测量，即必要观测数为3。 因此，必须同时测定三颗卫星的导航信号，即需测量接 收机至三颗卫星的距离D1、D2和D3。设这三颗卫星发 送信号时所处位置的坐标分别为（x1,y1,z1）、 （x2,y2,z2）和（x3,y3,z3）,则有：
的距离为D1，则接收机必定在以W1为圆心、以D1为 半径的球面上。
W1
D1
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• 如果同时接收两颗卫星的信号，则两个球面相交成一条 圆弧，点位被限制在这条曲线上。
W1 W2
D1 D2
Hale Waihona Puke Baidu
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• 同理，三个球面相交在一点，即根据3段距离值可确定 一点的空间位置（坐标）。
W3 D3
W1
W2 D1
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本节内容回顾
•GPS的定义。 •GPS定位的特点。 •GPS系统由三部分组成。
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§7－2 GPS定位原理与方法
一. GPS定位原理
• GPS定位系统的基本观测量是距离（其实质是时间延 迟），基本定位原理是空间后方交会。
1.距离测量
• 在待定点上安置好GPS接收机，开机后即可接收到某颗 卫星所发送的信号（随机码），经解译后可以获得卫星 发送信号的时刻（以卫星钟为标准）以及发送信号时卫 星的空间位置（即坐标）等有用信息。与此同时，在测 站上需测定GPS信号的接收时刻（以用户钟即普通石英 钟为标准）。设GPS信号的发射时刻为t1,接收时刻为 t2 ，并设卫星钟与用户钟同步，则GPS 信号在空中传 播的时间为：
大学课件
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二.GPS定位的特点 1. 定位时间短。 2. 定位精度高。 3. 野外观测时不受天气条件以及作业时间的限制。 4. 无需考虑观测点之间的通视情况。 5. 应用范围广。 • 缺点—— （1）.在地下（如隧道、矿井内）、海底及建筑物内不能
应用； （2）.在高大建筑物近旁会受到干扰。
大学课件
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三.系统组成 • GPS系统主要由三大部分组成：卫星星座（空间部
分）、地面监测系统（地面部分）和GPS接收机 （用户设备部分）。
空间部分
导航卫星 :导航信息 卫星时和卫星钟 24 颗 卫 星（20200 Km）
用户设备部分
接收机
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地面控 制 部 分
主 控 站、 监 4测 站、 注入站
1. GPS卫星星座
D2
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• 事实上，由于用户钟（普通石英钟）的测时精度远低于 卫星钟，因此，用户钟与卫星钟不可能同步，必然存在 时钟差，用Δtu表示。正因为存在时钟差Δtu，所以按 前述方法求得的卫星至接收机的距离也必然是一个包含 误差的观测量，称之为伪距，用D´表示。即：
• 星座由24颗卫星组成，其
中21颗工作卫星，3颗备
用卫星，大致均匀地分布
在6个轨道面上。轨道面
相对于地球赤道面的倾角
为55o，各轨道平面之间
的交角为60o，卫星距地
球约20200公里，运行周
期为11小时58分。在世
界任何地区任何时候至少
可以同时接收4颗卫星信
号，最多可以同时接收到
11颗卫星发射的信号。每
第七章 GPS技术原理及其应 用
§7－1 GPS系统概述 §7－2 GPS定位基本原理与方法 §7－3 GPS测量实施 §7－4 GPS实践
大学课件
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§7－1 GPS定位系统概述
一.定义 • GPS是通过接收和解译人造卫星所发射的电波信号来确
定测站点位置的测量定位系统，它是英文“Global Positioning System”(全球定位系统）的缩写。
大学课件
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• 地面站主要负责对卫星进行实时监测（包括卫星上设备 是否正常工作、卫星是否沿轨道运行等）；向每颗卫星 提供其编写并播发的导航电文，包括卫星星历（即描述 卫星运动及其轨道参数的数据）、卫星钟差（时钟修正 参数）和大气修正参数等，以保证卫星能够不间断地向 地面用户发送准确可靠的导航信号。
• 监测站的任务是连续跟踪观测和接收GPS卫星的信号， 并监测卫星的工作状态。
颗卫星上均装有4台高精
度的原子钟（2台铯钟、2
台铷钟），称为卫星钟，
用以提供高精度的时间标
准。
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5
• GPS卫星的主要功能
• 连续不断地向地球发 送导航定位的GPS信 号，以导航电文的形 式向用户提供卫星星 历表（其中包含卫星 现时的位置及其它卫 星的概略位置）、时 钟校正参数、传播延 迟参数及其它信息。
• （x1-x）2+(y1-y)2+(z1-z)2 = D12 • （x2-x）2+(y2-y)2+(z2-z)2 = D22 • （x3-x）2+(y3-y)2+(z3-z)2 = D32 • 解此方程组，即可求出测站的坐标（x,y,z）。
大学课件
13
• GPS定位的原理也可通过三个球面相交来理解。 • 假设某颗卫星在空中的位置为W1，GPS接收机离W1
（最主要的信息是“时 间”和“位置”）
大学课件
6
2.地面监控系统
• 该系统由5个监测站、1个主控站和3个注入站组成，设 在美国本土的科罗拉多和三大洋的美国军事基地中。
Colorado springs
55
Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
kwajalein
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) 和卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站：在主控站和3个注入站各设一个，另一个设在夏威 夷(Hawaii)