GPS基础知识培训PPT课件
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▪ 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。
16
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
12
GPS的信号结构（二）
GPS卫星信号构成图
13
5
GPS的系统组成- 空间部分
•GPS的空间部分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） • 保证在24小时，在高度角 15以上，能够同时观测到4 至8颗卫星
▪ 依定位采用的观测值 ▪ 伪距测量（伪距法定位） ▪ 载波相位测量 ▪ 载波相位平滑伪距
15
伪距法单点定位
▪ 特点 ▪ 观测值：伪距 ▪ 结果：在地固坐标系（WGS-84）下的坐标
绝对定位又称单点定位，是在ＷＧＳ－８４坐标系中， 利用伪距测量确定观测站相对地球质心绝对位置的方法。其 实质就是空间距离的后方交会。其优点是只需一台接收机即 可独立确定待求点的绝对坐标，精度一般15~30米。
▪ 用户设备部分 - GPS信号接收机及相关设备 ▪ 接收、跟踪、变换和测量GPS信号的设备 ▪ 多数采用石英钟 ▪ 通过增加一颗卫星降低对接收机时钟的要求
10
GPS的位置基准与时间基准
▪ 位置基准 – ▪ WGS-84（World Geodetic System 1984） ▪ 参考椭球：长半轴：6378137m ▪ 扁率：1/298.257223563 ▪ 大地水准面：EGM
7
GPS的系统组成- 地面控制部分
▪ GPS的地面控制部分（地面监测系统） ▪ 组成：主控站（1个）、跟踪站（5个）和注入站（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。
8
▪ 主控站（1个） ▪ 作用： ▪ 收集各检测站的数据，编制导航电文，监控卫星状态； ▪ 通过注入站将卫星星历注入卫星，向卫星发送控制指令； ▪ 卫星维护与异常情况的处理。 ▪ 地点：美国克罗拉多州法尔孔空军基地。
6
• GPS卫星 • 作用： • 发送用于导航定位的信号（L1, L2） • 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 • 主要设备：原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、 信号生成与发射装置 • 类型： • 试验卫星：Block Ⅰ • 工作卫星：Block Ⅱ – Block Ⅱ – Block ⅡA – Block ⅡR – Block ⅡF（新一代的GPS卫星）
美国政府的GPS政策
▪ SPS与PPS ▪ SPS – 标准定位服务，使用C/A码，民用 ▪ PPS – 精密定位服务，可使用P码，军用
▪ SA（已于2000年5月1日取消） ▪ Selective Availability – 选择可用性：人为降低普通用户的测 量精度。 ▪ 方法 ▪ ε技术：轨道加绕（长周期，慢变化） ▪ δ技术：星钟加绕（高频抖动，短周期，快变化）
▪ 时间基准 – GPS时间（GPS Time） ▪ 表示方法：GPS周 + 一周内的秒数 ▪ 起点：1980年1月6日0时 ▪ 与UTC的关系： 1980年1月6日0时与UTC 一至，目前由于跳秒的原因，相差32.0秒
11
GPS的信号结构（一）
▪ 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测量相关知识
事业部--唐刚
1
一、GPS原理及用用 二、坐标转换原理
2
一、GPS知识
3
定义
GPS--全球定位系统（Global Positioning System）是 一个空基全天侯导航系统，美国军方耗资200多亿美元建立起 来的可以全天候高精度的定位系统。
4
除了美国的GPS系统，世界上的主要卫星导航定位系统 还有中国北斗卫星导航系统, 俄罗斯的“格洛纳 斯”(GLONASS)系统以及欧洲的“伽利略”系统。这些 导航定位系统一开始主要是为军事目的建立的，后来被越 来越多的民用用户所使用，从根本上解决了海上、空中和 陆地运载工具的导航和定位问题，给社会各个领域带来了 不可低估的效益。到目前为止，美国的GPS系统是世界上 功能最为完善、性能最为优良的一个系统，它是一个全天 候、能够覆盖全球各地区的精确三维导航和定时系统 • 由于刚开始GPS只限于军事用途，民用受到人为精度的限 制(SA)。直到2OOO年5月1日起美国政府取消SA限制后, 大大地促进了民用普遍化.目前GPS可以提供的民用信号定 位精度为10米左右。随着可提供1米级民用定位精度的 “伽利略”系统在未来的投入使用，GPS系统可能被迫进 一步开放民用信号的定位精度限制。
▪ 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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GPS的系统组成- 空间部分
•GPS的空间部分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） • 保证在24小时，在高度角 15以上，能够同时观测到4 至8颗卫星
▪ 依定位采用的观测值 ▪ 伪距测量（伪距法定位） ▪ 载波相位测量 ▪ 载波相位平滑伪距
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伪距法单点定位
▪ 特点 ▪ 观测值：伪距 ▪ 结果：在地固坐标系（WGS-84）下的坐标
绝对定位又称单点定位，是在ＷＧＳ－８４坐标系中， 利用伪距测量确定观测站相对地球质心绝对位置的方法。其 实质就是空间距离的后方交会。其优点是只需一台接收机即 可独立确定待求点的绝对坐标，精度一般15~30米。
▪ 用户设备部分 - GPS信号接收机及相关设备 ▪ 接收、跟踪、变换和测量GPS信号的设备 ▪ 多数采用石英钟 ▪ 通过增加一颗卫星降低对接收机时钟的要求
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GPS的位置基准与时间基准
▪ 位置基准 – ▪ WGS-84（World Geodetic System 1984） ▪ 参考椭球：长半轴：6378137m ▪ 扁率：1/298.257223563 ▪ 大地水准面：EGM
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GPS的系统组成- 地面控制部分
▪ GPS的地面控制部分（地面监测系统） ▪ 组成：主控站（1个）、跟踪站（5个）和注入站（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。
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▪ 主控站（1个） ▪ 作用： ▪ 收集各检测站的数据，编制导航电文，监控卫星状态； ▪ 通过注入站将卫星星历注入卫星，向卫星发送控制指令； ▪ 卫星维护与异常情况的处理。 ▪ 地点：美国克罗拉多州法尔孔空军基地。
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• GPS卫星 • 作用： • 发送用于导航定位的信号（L1, L2） • 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 • 主要设备：原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、 信号生成与发射装置 • 类型： • 试验卫星：Block Ⅰ • 工作卫星：Block Ⅱ – Block Ⅱ – Block ⅡA – Block ⅡR – Block ⅡF（新一代的GPS卫星）
美国政府的GPS政策
▪ SPS与PPS ▪ SPS – 标准定位服务，使用C/A码，民用 ▪ PPS – 精密定位服务，可使用P码，军用
▪ SA（已于2000年5月1日取消） ▪ Selective Availability – 选择可用性：人为降低普通用户的测 量精度。 ▪ 方法 ▪ ε技术：轨道加绕（长周期，慢变化） ▪ δ技术：星钟加绕（高频抖动，短周期，快变化）
▪ 时间基准 – GPS时间（GPS Time） ▪ 表示方法：GPS周 + 一周内的秒数 ▪ 起点：1980年1月6日0时 ▪ 与UTC的关系： 1980年1月6日0时与UTC 一至，目前由于跳秒的原因，相差32.0秒
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GPS的信号结构（一）
▪ 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测量相关知识
事业部--唐刚
1
一、GPS原理及用用 二、坐标转换原理
2
一、GPS知识
3
定义
GPS--全球定位系统（Global Positioning System）是 一个空基全天侯导航系统，美国军方耗资200多亿美元建立起 来的可以全天候高精度的定位系统。
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除了美国的GPS系统，世界上的主要卫星导航定位系统 还有中国北斗卫星导航系统, 俄罗斯的“格洛纳 斯”(GLONASS)系统以及欧洲的“伽利略”系统。这些 导航定位系统一开始主要是为军事目的建立的，后来被越 来越多的民用用户所使用，从根本上解决了海上、空中和 陆地运载工具的导航和定位问题，给社会各个领域带来了 不可低估的效益。到目前为止，美国的GPS系统是世界上 功能最为完善、性能最为优良的一个系统，它是一个全天 候、能够覆盖全球各地区的精确三维导航和定时系统 • 由于刚开始GPS只限于军事用途，民用受到人为精度的限 制(SA)。直到2OOO年5月1日起美国政府取消SA限制后, 大大地促进了民用普遍化.目前GPS可以提供的民用信号定 位精度为10米左右。随着可提供1米级民用定位精度的 “伽利略”系统在未来的投入使用，GPS系统可能被迫进 一步开放民用信号的定位精度限制。