全球定位系统 - GPS 授时与测距导航系统全球定位系统 (

1、GPS补充资料 授时与测距导航系统/全球定位系统 (Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System-GPS)：是以人造卫星为基础的无线电导航系统，可提供高精度、全天候、实时动态定位、定时及导航服务。 GPS补充资料1.GPS定位技术的兴起及特点F1957年人造卫星发射成功F1958年底，美国海军武器实验室着手建立导航卫星系统F1964年建成“海军导航卫星系统（子午卫星系统）”F1967年，该系统解密，提供民用F导致经典大地测量技术面临着变革F（卫星数少，高度低，观测时间长，精度低）F单点精度3-5米，相对定位精

2、度1米GPS补充资料GPS系统的出现 1973年美国国防部组织海陆空三军，共同研究新一代卫星导航系统系统特征NNSSGPS载波频率（GHz）0.15 , 0.401.23 , 1.58卫星平均高度（km）约1000约20200卫星数目（颗）5-624（3颗备用）卫星运行周期（min）107718卫星钟稳定度10-1110-12GPS 与NNSS的主要特征比较GPS补充资料GPS系统的特点F全球地面连续覆盖，全天候，无缝隙F功能多，精度高。动态提供三维位置，三维速度和时间信息F实时定位，及时提供定位信息F应用广泛，用于导航，测量，资源环境管理，地球物理研究等领域 GPS实时定位，测速与测时精度采

3、用的测距码P码C/A码单点定位(m)5-1020-40差分定位(m)13-5测速(m/s)0.0.3测时(ns)100500GPS补充资料相对经典测量技术特点F观测站点之间无需通视F定位精度高F观测时间短F提供三维坐标F操作简便F全天候作业GPS补充资料2. GPS系统由三个独立的部分组成空间星座部分空间星座部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星（白色）。它们在高度20 200km的近圆形轨道上运行，分布在六个轨道面上，轨道倾角55，两个轨道面之间在经度上相隔60，每个轨道面上布放四颗卫星。卫星在空间的这种配置，保障了在地球上任意地点，任意时刻，至少同时可见到四颗卫星。GPS补充资料 轨道近圆形，

4、平均高度20200km，卫星运行周期为11小时58分。 同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4分钟。 每颗卫星每天平均5小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星，随时间和地点而异，最少4颗，最多达到11颗。 空间部分3颗备用卫星，必要时可以根据指令代替发生故障的卫星GPS补充资料 地面支撑系统地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。它向GPS导航卫星提供一系列描述卫星运动及其轨道的参数；监控卫星沿着预定轨道运行；保持各颗卫星处于GPS时间系统及监控卫星上各种设备是否正常工作等。GPS补充资料用户设备部分用户设备部分：GPS接收机接收卫星信号，经数据处理得到接收机所

5、在点位的导航和定位信息。通常会显示出用户的位置、速度和时间。还可显示一些附加数据，如到航路点的距离和航向或提供图示。 GPS补充资料3.美国政府对GPS用户的限制F美国政府在GPS的最初设计中，计划向社会提供两种服务：精密定位服务（PPS）和标准定位服务（SPS）。F精密定位服务的主要对象是美国军事部门和其他特许民用部门。使用C/A码和双频P码，以消除电离层效应的影响，使预期定位精度达到10m。F标准定位服务的主要对象是广大的民间用户。它只使用结构简单、成本低廉的C/A码单频接收机，预期定位精度只达到100m左右。 GPS补充资料 在GPS试验阶段，由于提高了卫星钟的稳定性和改进了卫星轨道的测

6、定精度，使得只利用C/A码进行定位的GPS精度达到14m，利用P码的PPS的精度达到3m，远远优于预期定位精度。美国政府考虑到自身的安全，于1991年7月在Block卫星上实施SA和AS政策。其目的是降低GPS的定位精度。 GPS补充资料FSA（Selective Avaibility）政策称为有选择可用性。它包括在GPS卫星基准频率上增加了技术和在导航电文上增加技术两项措施.所谓技术,就是对GPS卫星的基准频率施加高频抖动噪声信号,而这种信号是随机的,从而导致测量出的伪距误差增大。所谓技术，就是人为的将卫星星历中轨道参数的精度降低到200m左右。总之，采用这两项技术后，使测量的GPS定位精度

7、降低到原先估计的误差水平。 FAS（Anti-Spoofing）政策称为反电子欺骗政策。其目的是保护P码。它将P码与更加保密的W码模2相加形成新的Y码，实施AS政策的目的在于防止敌方对P码进行精密定位，也不能进行P码和C/A码码相位测量的联合求解。 GPS补充资料实时单点定位的精度(平面，m) 服务方式实施政策spsPpsSAA-SC/APC/AP(Y)关关40104010开关100954010开开100-4010关开40-4010GPS补充资料4. GPS系统定位原理数据，组成3个方程式，就可以解出观测点的位置（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

8、、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式以求解，从而得到观测点经纬度和高程。 通过测量卫星信号到达接收机的时间延迟，即可算出用户到卫星的距离。再根据三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星的GPS补充资料GPS补充资料GPS补充资料GPS补充资料 GPS补充资料 1234S1S3S4S2 GPS补充资料 GPS补充资料GPS补充资料GPS补充资料 GPS补充资料 GPS补充资料 BAGPS补充资料GPS补充资料 GPS补充资料 GPS补充资料5.常用GPS测量模式 常规静态测量：采用两台(或两台以上)GPS接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测4颗以上卫星，每时段根据基线长度和测

9、量等级观测45分钟以上的时间。常用于建立全球性或国家级大地控制网、地壳运动监测网 。快速静态测量：这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。 这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。静态测量模式GPS补充资料准动态测量 在一已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态，除观测时间不一样外，它要求移

10、动站在搬站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化（采用有OTF功能的软件处理时例外）。这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。 要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。动态测量模式GPS补充资料实时动态测量：DGPS和RTK 在一个已知测站上架设GPS基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。 DGPS通常叫做实时差分测量，精度为亚米级到米级，这种 方式是基准站将基准

11、站上测量得到的RTCM数据通过数据链传输到移动站，移动站接收到RTCM数据后，自动进行解算，得到经差分改正以后的坐标。 RTK 则是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。它的工作思路与DGPS相似，只不过是基准站将观测数据发送到移动站（而不是发射RTCM数据），移动站接收机再采用更先进的在机处理方法进行处理，从而得到精度比DGPS高得多的实时测量结果。这种方法的精度一般为2cm左右。 GPS补充资料GPS补充资料F F GPS补充资料GPS补充资料GPS补充资料GPS补充资料1 23GPS补充资料GPS补充资料GPS补充资料GPS补充资料GPS补充资

12、料GPS补充资料GPS补充资料GPS常见功能 1路标（Way point）功能。 把某点的位置（英文叫PosionFix，包括一个点的三维坐标）记入GPS的内存。这点可以是你所经过的点，也可以是你输入其坐标。一般还可为这点起个若干字母的名字。路线（Route）功能。路线由起点、终点和若干中间点组成。任两点间的一段叫做一条腿（Leg），一条路线可由若干条腿组成。这些点可以在地图上查出预先输入，也可以边走边记。方向（Heading）功能。 在运动时指明运动方向，GPS开机时，每1到2秒更新一次地点坐标，它可依此计算出前进方向。速度（Spead）功能。 类似方向，给出速度。GPS补充资料GPS常见功

13、能 2导向（Bearing）功能。 给出你所在地点到某一路标点的前进方向，一般是显示从正北方向顺时针的角度数。 追踪（Plot trail）功能。以一定的采样时间间隔（可调）记载运动轨迹，这项功能在没有地图或明确路线以及需要按原路返回的行动中极为有用。计算机上下载数据。通过专用连线与软件，GPS可与计算机连接，可在计算机上按排、分析路线，在GPS间交换数据。地图功能。高档GPS可存贮一定区域的地图，在显示位置数据的同时，直观地显示你在地图上的位置。GPS补充资料GPS几项指标 1Good in tree cover ：树木会挡GPS卫星的信号，早期GPS最常见的毛病就是密树林下工作不好，故有此项。 Max # of Statelites ：最多能搜索的卫星数，越多定位越精确。共有24颗GPS卫星环绕在地球周围，因地球的遮挡，最多同时看到12颗。 # of Parallel Channels： 最多同时接收到的卫星数。每颗卫星工作在不同频率，低档GPS此数会比Max # of Statelites小，串行扫描完各Statelites。此值与定位速度和精度都有关。GPS补充资料GPS几项指标 2 Acquisition