GPS定位基本原理学习课程

1、一个福尔摩斯探案的故事本故事纯属虚构，如有雷同，实属巧合第1页/共41页第一页，编辑于星期五：二十二点 分。Big Ben，伦敦，1859年建立第2页/共41页第二页，编辑于星期五：二十二点 分。 一天，一个富家女孩被一伙劫匪绑架，送往某处藏匿第3页/共41页第三页，编辑于星期五：二十二点 分。第4页/共41页第四页，编辑于星期五：二十二点 分。过了很久，劫匪要她录音，以向她爸妈索要赎金第5页/共41页第五页，编辑于星期五：二十二点 分。第6页/共41页第六页，编辑于星期五：二十二点 分。 录音很快被快递送到她爸妈手中第7页/共41页第七页，编辑于星期五：二十二点 分。 无巧不成书，大侦探福尔

2、摩斯恰巧是女孩父母的好朋友，第8页/共41页第八页，编辑于星期五：二十二点 分。第9页/共41页第九页，编辑于星期五：二十二点 分。 根据福尔摩斯的推断，警察如神兵天降，将女孩解救出来！第10页/共41页第十页，编辑于星期五：二十二点 分。广播信号：光速传播，约300,000,000m/s。钟声：音速传播，约340m/s。13响的构成： 第1响： 来自收音机 第2-12响：来自Big Ben和收音机 第13响：来自Big Ben从奇怪的13响出发推断。第11页/共41页第十一页，编辑于星期五：二十二点 分。推断女孩藏身地点： 距离Big Ben足够近的地方（能听到钟声） 距离Big Ben约1

3、360m（4s后听到钟声） 10层以上的旧楼1360m = 340m/s 4s第12页/共41页第十二页，编辑于星期五：二十二点 分。很幸运，满足条件的只有一个楼！第13页/共41页第十三页，编辑于星期五：二十二点 分。原理： 利用同步发出的信号达到接收信号地点的时间延迟推算距离。 距离 = 音速 钟声时间延迟量信号源：Big Ben，广播（同步发出）接收器：女孩的耳朵。 广播信号快速到达(光速，延迟时间可忽略)， 声音信号延迟到达(音速）。第14页/共41页第十四页，编辑于星期五：二十二点 分。 GPS定位是以星站距离测量为基础的，同样利用了时间延迟求算距离的方法。 （星站距离：GPS卫星到

4、接收机的距离）第15页/共41页第十五页，编辑于星期五：二十二点 分。卫星信号是电磁波，以光速传播。卫星距地面很远，轨道高度为20200km。第16页/共41页第十六页，编辑于星期五：二十二点 分。x 公里？ t 秒？第17页/共41页第十七页，编辑于星期五：二十二点 分。如何求算信号传播时间？t0: 卫星发出码信号 （Big Ben）t0: 接收机同步产生相同的码信号 （电台广播复制钟声）t1: 接收机接收到卫星信号 （女孩听到Big Ben钟声）t = ？第18页/共41页第十八页，编辑于星期五：二十二点 分。伪随机码（ Pseudo Random Noice ）： 以等概率产生0和1。

5、具有良好的自相关性。编码信号移位后与原信号进行异或运算，产生新序列，自相关函数R判定自相关性：R = (N0 - N1) / (N0 + N1)完全对齐时，R=1，未对齐时，R0。 GPS基于电路产生的伪随机码相位对齐方式实现时间延迟量的计算。第19页/共41页第十九页，编辑于星期五：二十二点 分。111100010011010011110001001101100010011010111111100010011010111100010011010000000000000000完全对齐：未对齐：（错开1位）R = (15 - 0) / (15 + 0) = 1R = (7 - 8) / (7 +

6、 8) = -1/15 -0.067第20页/共41页第二十页，编辑于星期五：二十二点 分。 接收机接收到GPS卫星信号后，通过若干次移位，最终可与自身复制的码对齐（R=1）。R复制信号GPS信号第21页/共41页第二十一页，编辑于星期五：二十二点 分。GPS信号时间延迟t = 码元宽度tu 移位数星站距离 = 光速 码元宽度tu 移位数第22页/共41页第二十二页，编辑于星期五：二十二点 分。原理： 利用同步发出的信号达到接收机的时间延迟推算距离。 星站距离 = 光速 GPS信号时间延迟量信号源：GPS卫星，接收机自身同步复制接收器：接收机自身。 复制信号快速到达(自身复制，无延迟)， GP

7、S信号延迟到达(光速）。第23页/共41页第二十三页，编辑于星期五：二十二点 分。第24页/共41页第二十四页，编辑于星期五：二十二点 分。1360m第25页/共41页第二十五页，编辑于星期五：二十二点 分。第26页/共41页第二十六页，编辑于星期五：二十二点 分。第27页/共41页第二十七页，编辑于星期五：二十二点 分。没有三个Big Ben，但有很多 卫星！第28页/共41页第二十八页，编辑于星期五：二十二点 分。黑色 = 可见, 红色 = 不可见, 绿色 = 视线 l 总共24颗GPS卫星。l 地球任意一点可以看到5-12颗卫星。l 任一卫星的瞬时位置可根据星历计算得到。第29页/共41

8、页第二十九页，编辑于星期五：二十二点 分。d1d2第30页/共41页第三十页，编辑于星期五：二十二点 分。空间距离交会法定位d3 在太空中！第31页/共41页第三十一页，编辑于星期五：二十二点 分。第32页/共41页第三十二页，编辑于星期五：二十二点 分。232323232222222221212121)()()()()()()()()(zzyyxxdzzyyxxdzzyyyxd距离交会法观测方程(x,y,z)为待求的接收机位置， d为卫星到接收机的距离，(xi,yi,zi)为卫星瞬时位置（由星历计算得到）。第33页/共41页第三十三页，编辑于星期五：二十二点 分。d1d2d3P1P2P3结论

9、：接收机观测到3颗以上卫星即可实现定位。第34页/共41页第三十四页，编辑于星期五：二十二点 分。A-GPS定位A-GPS定位（辅助GPS定位）是一种混合定位，是GPS定位技术与GSM网络的结合。A-GPS具有很高的定位精度，目前正被越来越广泛的使用。 第35页/共41页第三十五页，编辑于星期五：二十二点 分。 GSM网络蜂窝基站第36页/共41页第三十六页，编辑于星期五：二十二点 分。 COO定位是一种单基站定位，即根据设备当前连接的蜂窝基站的位置来确定设备的位置。基于距离的TOA定位 (Time of Arrival，到达时间)基于距离差的TDOA定位 (Time Difference of Arrival,到达时间差)都是基于电波传播时间的定位方法第37页/共41页第三十七页，编辑于星期五：二十二点 分。 TOA/TDOA定位第38页/共41页第三十八页，编辑于星期五：二十二点 分。能否对任意一个人的手机号码进行定位呢？1、到公安或是国家安全局去申请执行定位监控；2、移动通讯运营商内部的内奸获得；3、手机植入后台定位程序；4、把定位设备偷偷的放到他的包包内，或是车上；5、取得被定位人的同意，去采用移动通讯运营商提供的定位服 务；一般是由SP服务公