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图3：GPS信号的结构
二、地面监控部分
? 地面监控系统：由一个主控站、三个注入站 和五个监测站 组
成。
? 主控站作用： 收集各个监测站所测观测值、环境要素等数据
，计算每颗GPS卫星的星历、时钟改正量、状态数据、以及信号 的大气层传播改正，并按一定的形式编制成导航电文，传送到 主控站：此外还控制和监视其余站的工作情况并管理调度GPS卫 星。
? 注入站作用： 将主控站传来的导航电文，分别注入到相应的
GPS卫星中，通过卫星将导航电文传递给地面上的广大用户。
? 导航电文：GPS用户所需要的一项重要信息，通过导航电
文能确定GPS卫星在各时刻的具体位置。
? 监测站主要任务： 为主控站编算导航电文提供原始观测数据
。每个监测站上都有GPS接收机对所见卫星观测，采集环境要素 等数据，经初步处理后发往主控站。
? 调制在L载波上的信号包括的C/A码，P码和D码,其中：
? C/A码 (粗码，对应的波长为293.1m)。
? P码(精码，对应的波长为29.3m)。
? 测距码：粗码和精码；
? D码 为卫星导航电文，数据率为50bps。若测距精度为
波长的百分之一，则 C/A码和P码的测距精度为 2.93m和 0.29m。
频接收机。
所有GPS接收机生产厂家一般都随机提供数据处理软件包， 但其作用是有限的。国际上有一些科研机构为了克服商用数据 处理软件的不足，已经开发研制了多种精密的 GPS数据后处理 软件包。
3 GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是测量学中的空间距离交会方法。
S1
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S4
GPS接收机
三、用户设备部分
用户要实现利用 GPS进行导航和定位的目的，还需要 GPS接 收机，即用户设备部分。
? 用户设备部分作用：接收GPS卫星发射的信号，获得必要的
导航和定位信息及观测量，经数据处理后获得观测时刻接收机 的位置坐标。
用户设备部分主要由GPS接收机硬件和数据处理软件组成。
? GPS接收机分类方法：较精密的双频接收机，稍为便宜的单
——接收和储存由地面监控站发来的跟踪监 测信息；
——受地面监控站的指令，调整卫星姿态和 启用备用卫星；
——进行必要的数据处理工作；
——通过星载的高精度原子钟提供精密的标 准时间；
——向用户广播GPS信号。
GPS信号
? GPS卫星广播的 GPS信号是定位基础，它由 基准频率
(f0=10.23Mz)经倍频和分频产生。 154和120倍频后，分别 形成L波段的两个载波频率信号 (L1=1575.42Mz,L2=12227.60Mz), 波 长 分 别 为 19.03cm 和 24.42cm。
d) 操作简便：GPS测量自动化程度很高，操作员的主要任务只 是安置并开关仪器，量取仪器高，监视仪器的工作状态等 。接收机自动完成观测工作，如卫星捕获，跟踪观测和记 录等。GPS数据处理也由软件自动完成。
e) 全天候作业：GPS接收机可以在任何地点 (卫星信号不被遮 挡的情况下 )，任何时间连续地进行，一般也不受天气状况 的影响。
Ti
GPS定位方法：
? 按观测值的不同，分为伪距观测定位和载波相位测量定位； ? 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分，有单点定位 (绝对定位)和差分定位(相对定位)； ? 根据接收机的运动状态可分为静态定位 和动态定位。
? 单点定位确定接收机在世界坐标系(WGS-84)中三维坐标。
? 相对定位确定接收机相对地面上另一参考点的空间基线向量。
第十六章
GPS的基本知识
主要内容
概述 GPS定位系统的组成 GPS卫星定位的基本原理 GPS测量的实施 GPS测量的作业模式
1 概述
全球定位系统(GPS)是“授时、测距导航系统／全球定位系统 Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System的简称。
码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得的距离。
2 GPS定位系统的组成
? GPS定位技术：空中 GPS卫星向地面发射信号，地面用户接 收机实时地连续接收，并计算出接收机位置。
? GPS的组成：(1) GPS卫星星座(空间部分)；(2) 地面监控系统( 地面控制部分)；(3) GPS用户接收机(信号接收处理部分)。
全球定位系统(GPS) 构成示意图
GPS卫星
ห้องสมุดไป่ตู้
相对于经典的测量技术来说，这一新技术的主要特点 如下：
a) 测站之间无需通视：因而不再需要建造觇标，可减少测量 工作经费和时间，同时也使点位的选择变得甚为灵活。
b) 高精度三维定位：GPS可以精确测定测站的平面位置和大地 高。
c) 观测时间短：快速静态相对定位法，观测时间可少至数分钟 ；实时动态定位(RTK) 可提供厘米级的实时三维定位。
? 静态定位时接收机是静止不动的，动态定位是确定安置接收机 的运动平台的三维坐标和速度。
? 绝对定位和相对定位中，均包含静态和动态两种方式。
? 比较有代表性的定位模式，即为伪距单点定位和载波相位相对 定位，其他的定位模式均为依此衍生而来。
一、伪距单点定位
? 伪距 就是卫星到接收机的距离观测量，即由卫星发射的测距
? 该系统是美国从 70年代开始研制，历时 20年，耗资 200亿 美元，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三 维导航与定位能力的新一代卫星无线电导航与定位系统。
? 特点：全球覆盖、全天候、高精度、自动化、实时三维动 态定位、高效益无用户数量限制、应用广泛等。
? 应用：大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导 航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地 球动力学等领域。其应用领域还在不断地拓展，遍及国民 经济各种部门，并逐步深入人们的日常生活。从而给测绘 学科带来了一场深刻的技术革命。
一、空间部分 (GPS卫星星座)
? 共有 24颗GPS工作 卫星构成 GPS卫星星 座。
? 地球上任何地方、 高度角在 15?以上的 空间，可同时观测到 4～12颗卫星 ,卫星分 布在 6个面相对于地 球赤道面倾斜角为 55?的近圆形轨道面 上，高度距地面约 2.02万km。
GPS星座示意图
GPS卫星基本功能 ：