农业信息技术与信息管理系统第四章GPS定位技术课件

1、农业信息技术与信息管理系统电气信息工程学院 徐雷钧第四章 GPS定位技术与应用GPS定位系统概述GPS定位原理GPS定位数据输出农业中的GPS定位应用第一节 GPS定位系统一.概念全球定位系统GPS即Global Positioning System：NAVSTAR - NAVigation Satellite Timing And Ranging一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。GPS系统是美国军方于20 世纪70 年代初开始研制并于90年代初完成投入运行的新一代卫星定位和导航系统，于1995 年达到全部运行能力。目前

2、在现代化进程中。Block III可将军用及民用的定位系统精准度由目前的3米提升至1米,并进一步提升系统对民用定位的支持。“Block III”号称是历来“最强大、最可靠、最多功能”的定位系统.美国原来计划于2014年起启用新一代全球定位系统Block III. 新一代全球定位系统(GPS)美国东部时间3月25日下午14点36分，最新一颗全球定位系统卫星GPS IIF-9进入预定轨道。GPS IIF-9卫星是波音公司研发的12颗卫星中的第9颗，计划今年6月，9月和明年1月发射最后三颗IIF卫星，预计2016年年初，12颗卫星将全部发射升空。从2017年开始，将启用下一代GPS卫星-GPS Bl

3、ock IIIA。第一节 GPS定位系统二. GPS的系统组成：空间星座部分（空间部分） 地面支撑系统 （地面监控部分）GPS接收机 （用户部分）第一节 GPS定位系统（一）空间星座部分24颗卫星（21+3）6个轨道平面（相互交角60）55轨道倾角(相对于赤道面)20200km轨道高度（地面高度）11h58min 轨道周期5h7min出现在地平线以上（每颗星）第一节 GPS定位系统第一节 GPS定位系统Plane of the Equator55 o第一节 GPS定位系统（一）空间星座部分第一节 GPS定位系统柱形，铝蜂巢结构774kg核心设备：高精度铯原子钟向日定向太阳能帆板 为蓄电池充电多

4、波束定向天线，发送L1和L2波段信号伪随机噪声码PRN识别向用户发送定位信息；（L1/L2载波，C导航电文）接收并储存监控站发送的导航信息；接收并执行监控指令。主要功能：GPS卫星：2.GPS地面监控部分 5个监测站：除主控站和注入站兼做外，还有一个在夏威夷 第一节 GPS定位系统（二）地面监控部分1个主控站：科罗拉多3个注入站：阿松森岛，狄哥伽西亚，卡瓦迦兰主控站:大型电子计算机采集监测站观测数据（卫星状态、时钟、气象等参数），推算各卫星星历、钟差改正数以及状态数据，编制导航电文，传送到注入站 给定整个系统的时间基准，即以主控站原子钟为准 协调和管理所有监测站以及注入站，保证系统正常工作调整

5、卫星状态，启动备用卫星设在科罗拉多州第一节 GPS定位系统第一节 GPS定位系统双频接收机和高精度铯钟在主控站的控制下，跟踪监测卫星，采集伪距观测量、气象数据和时间标准等进行处理，并传送到主控站监测站:注入站:一台直径3.6m的天线，一台S波段发射机和一台计算机把主控站送来的星历、钟差、导航电文和其他控制指令注入到卫星GPS 地面站组成示意图第一节 GPS定位系统GPS Control Segment operationGPS卫星监测站注入站主控站第一节 GPS定位系统 用户部分观测和记录由若干卫星发送的数据,并运用数学方法求得三维空间位置以及时间和速度。（三）用户部分类似于无线广播中的收音机

6、第一节 GPS定位系统天线（螺旋、微带等）；接收机（跟踪捕获C/A码或P码，获取导航电文）；处理器（解算位置）；输出接口，如RS-232等；电源（外接或整装）第一节 GPS定位系统各种类型GPS接收机GARMIN的GPS35LP接收机和天线二合一合众思壮研发的RTD产品（移动部分），内核为CMC公司的接收机第一节 GPS定位系统实验室原使用的GPS接收机实验室现使用的GPS接收机第一节 GPS定位系统第一节 GPS定位系统 三. GPS定位服务及主要特点 标准定位服务SPS，民用（C/A码） 水平定位精度100m（2drms）， 垂直156m，协调时UTC：340ns精确定位服务PPS，军用（

7、P码） 水平定位精度22m， 垂直27.7m，协调时UTC：200nsSA：selective availability选择可用性AS：anti spoofing反欺骗干扰(1)全球全天候实时定位。GPS卫星数目多，分布合理，所以地球上任何地点都可以连续同步观测到至少4颗卫星，从而保证了全球、全天候、实时三维定位。(2)自动化程度高。用GPS接收机测量时，只要将天线精确安置在测站上，主机可安放在测站不远处，也可放在室内，通过专用的通讯线和天线连接，接通电源，启动接收机，仪器就自动开始工作。结束测量时，仅需关闭电源，取下接收机，便完成野外数据采集任务。主要特点第一节 GPS定位系统第一节 GPS

8、定位系统(3)观测速度快，精度高。目前，20km以内相对静态定位仅需1520分钟。在3001500m工程精密定位中，观测1小时以上，平面位置误差小于1mm。(4)多功能，应用领域广泛。在导航方面，GPS不仅供用于海上、空中和陆地运动目标的导航，而且可对运动目标实施监控、管理和救援。在地球物理方面，精确测定地球板块的位移和运动速率，预测地震灾害提供重要数据。在测绘方面，己成为大地测量测定控点的主要方法，在工程测量以及城市测绘广泛采用。(5)免费、容易 other systemsGLONASS俄罗斯 GNSS欧盟北斗导航中国IRNSS_印度GLONASS俄罗斯213颗卫星，3个轨道平面，互差120

9、度 但目前在轨12颗，能用的8颗1.91万公里高的轨道上运行，周期为11小时15分民用和军用，目前区域性强，拟开放全球精度比GPS低，且工作不稳定，寿命短与美国的GPS系统不同的是GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式 坐标系不同（前苏联地心坐标系）时间标准不同（莫斯科时）GNSS欧盟30颗卫星（273）高度约为2.3万公里的3个轨道面民用和军用，全球性2005年中国加入；印度、韩国等6个非欧盟国家参与这项计划。美国也通过合作方式监控精度比GPS高，水平精度优于10m，时间小于100ns如果说GPS能找到街道，那伽利略 系统则能找到车库门 法属圭亚那当地时间3月27日21点46分，欧洲

10、伽利略卫星导航系统成功发射第7颗和第8颗两颗导航卫星。北斗导航中国区域性定位系统向全球定位过渡从2004年到2012年，8年时间完成了16星密集发射、快速组网提供服务覆盖范围：从北纬555度，东经84度至160度扩展到东经55度至180度；系统定位精度由水平25米、高程30米提升为水平10米、高程10米；测速精度由每秒0.4米升至每秒0.2米，系统精度和稳定性明显提高。 原来是主动式双向测距二维导航 由地面中心控制系统解算供用户三维定位数据（用户申请），也已发展到被动式定位导航2015年3月30日21时52分，我国第17颗北斗导航卫星；首颗新一代北斗导航卫星在太空棋盘上落定，标志着我国北斗卫星

11、导航系统由区域运行向全球拓展。中国人的“天眼”视角越来越开阔；计划将于2020年前后，完成30余颗北斗导航卫星发射和组网，形成全球覆盖能力；新一代北斗导航卫星，采用的国产化器件，最具特点的是国产铷原子钟和中国科学院计算所自主研发的“龙芯”；李克强总理出访俄罗斯时双方政府签署了开展卫星导航合作的政府声明，互相建立监测站是中俄之间合作的一大亮点；与欧洲的合作核心就是解决兼容和互操作。北斗导航中国印度区域导航卫星系统IRNSS区域性定位系统3颗静止轨道卫星+4颗同步卫星东经34度、东经83度和东经132度赤道上空的3颗静止轨道卫星赤道倾角29度，东经55度和东经111度的各两颗倾斜同步轨道卫星。这种

12、轨道设计，最大限度地提高覆盖区域内的定位精度，并将所需卫星数量降到最低。按照计划，印度将在2015年内完成7颗导航卫星的发射。3月28日印度成功发射IRNSS第4颗导航卫星，这是7颗IRNSS卫星中的第四颗，导航卫星网络形成。该卫星系统将完全生效、达到导航接收器能够计算位置的最小卫星数量。这颗新卫星将使印度人可以确定自己的地理位置。第二节 GPS定位原理一、基本定位原理：根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。X1 确定卫星到用户的距离（distance from SAT to receiver）2 已知卫星位置positionof the

13、receiver3 解算用户位置 positionof the receiver第二节 GPS定位原理确定距离 DistanceR1R2R3R4Sat 1Sat 2Sat 3Sat 4R1 = C x T1R2 = C x T2R3 = C x T3R4 = C x T4C =300000000m/s光速卫星发送码接收机复制码码对齐：测出时间偏移 Time Offset接收机知道所有卫星的伪随机噪声码 code同步卫星和接收机时钟在同一时间产生相同的码 （generate same code at the same time）测定接收的码和内部码发生器产生的码之间的时间偏移 time offs

14、et确定时间（time）TRUE RANGEPSEUDORANGE真实距离和伪距示意图第二节 GPS定位原理伪距产生的原因：时钟偏差（接收机时钟与卫星时钟不能严格同步）电磁波传输延迟（电离层，对流层等） 伪距PseudorangesR1R2R3R4Sat 1Sat 2Sat 3Sat 4R1 = C x T1R2 = C x T2R3 = C x T3R4 = C x T4第二节 GPS定位原理伪距PseudorangesXZEquator本初子午线Prime MeridianGPS XYZ地心地理坐标系Y勾股定理：R2 = x2 + y2 + z2XyzRx第二节 GPS定位原理第二节 GP

15、S定位原理( X1 - Ux ) 2 + ( Y1 - UY )2 + ( Z1 - UZ )2 = ( R1 - CB )2( X2 - Ux ) 2 + ( Y2 - UY )2 + ( Z2 - UZ )2 = ( R2 - CB )2( X4 - Ux ) 2 + ( Y4 - UY )2 + ( Z4 - UZ )2 = ( R4 - CB )2( X3 - Ux ) 2 + ( Y3 - UY )2 + ( Z3 - UZ )2 = ( R3 - CB )2X, Y, Z 各卫星位置 CB：伪距偏差 UX , UY , UZ 接收机位置R1R2R3R4Sat 1Sat 2Sat 3

16、Sat 41.测定各卫星GPS 信号到达接收机的时间t；2.获得各卫星到接收机的距离R（C x t）；3.从接收机所接收到的导航电文获取卫星星历，获得各卫星的瞬时位置；4.确定4 个关于接收机三维坐标和时钟偏差的方程式，解算出三维位置。第二节 GPS定位原理位置解算过程：假设t 时刻在地面待测点上安置GPS 接收机第二节 GPS定位原理二、GPS定位误差：1.与卫星有关的： 卫星时钟偏差 轨道偏差2.与传播路径有关的： 大气延迟（电离层误差和对流层误差） 多径效应（建筑物的折射反射等）3.与接收机相关的： 接收机时钟偏差 天线位置和特性+误差源主要有三个方面：如图，不同时刻对同一点的观测值不同

17、，存在定位误差。第二节 GPS定位原理接收机时钟偏差大气延迟（电离层和对流层） 星历误差多径干扰与传播路径有关的误差第二节 GPS定位原理误差源Error Source 单机自主定位Autonomous GPSSatellite Clock 1.5Orbit Errors 2.0Ionosphere 7.0Troposphere 0.5Multipath 0.5Receiver Noise 1.0Selective Availability20.0各种误差源对定位伪距的影响（m）第二节 GPS定位原理1.定位质量指标：直接影响定位精度精度因子(DOP, Dilution of position

18、）几何精度因子GDOP，位置精度因子PDOP，水平精度因子HDOP，高度精度因子VDOP等精度因子越大，说明不确定性越大，发散越厉害，精度越差精度因子越小，定位精度越高三.定位精度分析：Small Area = Low DOPLow DOP 第二节 GPS定位原理Spread Satellites = Low DOPLarge Area = High DOPHigh DOP 第二节 GPS定位原理Grouped Satellites = High DOP2.定位精度指标：直接表示定位精度CEP，SEP，2DRMS第二节 GPS定位原理CEP 50%半径圆Circular Error Proba

19、ble (50 percent of 2- D points within radius)SEP -50%球半径 Spherical Error Probable (50 percent of 3-D points within radius)2DRMS 95%圆半径Two distance RMS (95 percent of 2-D points within radius, +/- 2 Standard Deviations)+2DRMSCEP第二节 GPS定位原理静态定位Static Stationary动态定位Dynamic - Moving (Code Based) Real-Ti

20、me Kinematic (RTK) - Moving using Carrier Tracking (Needs Satellite Lock)单点定位Single point多点（相对）定位Multi point差分定位DGPS ( Differential GPS)辅助GPS (Assisted GPS)第二节 GPS定位原理四.定位方式：静态定位Static Stationary待测点相对于周围的固定点没有位置变化时，确定此待测点的位置为静态定位用于大地测量、精密工程测量、地球动力学及地震监测等可通过长时间、重复观测来提高定位精度动态定位Dynamic待测点处于运动状态时的位置测定常用

21、于运动载体如车辆，船舶，飞机等动态位置的测定可通过软件算法或DGPS提高定位精度单点定位Single point采用单个GPS接收机独立确定待测点在坐标系中的绝对位置，也称为绝对定位目前坐标系采用WGS-84坐标系分为单点静态和单点动态定位只需一台接收机，操作及数据处理简单受星历误差和大气延迟误差影响严重，精度一般可方便与其他导航系统组合，获得高精度的定位参数长时间单点定位结果多点（相对）定位Multi point多台接收机共同跟踪一组卫星信号，确定接收机之间的相对位置定位结果是各站之间的基线向量通过“求差”可以消除误差源的影响，能有效减小误差需要多台接收机进行同步观测，组织实施比单点定位麻烦

22、，数据处理也复杂五.差分定位：第二节 GPS定位原理DGPS 定位原理示意Differential GPS原理：把一部地理位置已知的接收机作为参考站，由参考站确定所有视界以内卫星伪距的偏差值并发送改正值，由用户接收机接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。方式：差分GPS 发送改正的信息不同，包括位置差分、伪距差分、载波相位差分等不同工作方式。载波相位差分方式精度可以达到厘米级，在农业中主要采用。与单机精度比较100 m0 m-100 m-100 m0 m100 mAutonomous with S/ADifferential差分定位 (DGPS)模式两台接收机后处理Dual Rec

23、eiver - Post Processing (data storage and RINEX Software)两台接收机实时处理Dual Receiver - Real Time (radio link for RTCM SC104) 一台接收机加当地信息平台模式Single Receiver and Local AM or FM (Differential Beacon Receiver and Subscription)一台接收机加卫星广播Single Receiver and Satellite Broadcast (Demodulator and Subscription) 伪距校

24、正数PseudorangeCorrections伪距测量PseudorangeMeasurements校正位置Corrected PositionsWithin 600 km事后处理Post Processing DGPS伪距校正数Pseudorange Corrections RTCM SC104 数据格式传输实时校正Real TimeCorrected Position基站BaseStation实时差分模式Real Time DGPSDual Receiver with Radio LinkReference SiteControl CenterOMNISTAR校正机理Autonomous

25、 (Handheld)10-100 m$100-500Differential (USCG)3-10 m$300-2000Differential (FM Broadcast)1-5 m$500-2000(+ $100-600/yr)Differential (Post Processing)0.1-3 m$1000-2000Differential (2 Receivers)1-3 m$200-2000- (RTK) 0.1-0.5 m$000-10000Differential (Satellite DGPS)0.5-3 m$1000-4000(+ $800/yr)Differential

26、 (Dual Frequency)0.1 m$5,000GPS Accuracy and CostsJSCORS (Jiangsu Continuously operating Reference Station）江苏省全球导航卫星连续运行参考站综合服务系统 江苏省测绘局“十一五”计划重点项目，测绘局和气象局共同投资建设，武汉大学提供技术支持和监理服务，徕卡Leica公司（瑞士）负责相关软硬件技术服务。已建立70多个参考站观测和数据采集， 目标：江苏省境内达到厘米级的定位精度 但定位服务是收费的！GPS卫星信号结构第三节 GPS接收信号GPS卫星信号的组成部分载波（Carrier）L1L2测距

27、码（Ranging Code）C/A码（目前只被调制在L1上）P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）卫星（导航）电文（Message），又称数据码载波，伪码和数据码三个层次GPS卫星信号的生成关键设备 原子钟GPS卫星的基准频率 f0由卫星上的原子钟直接产生频率为10.23MHz卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频载波作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前L1 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cmL2 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm现代化后增加L5 频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm

28、载波特点所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响（特高频或更高频率的信号，以直射波形式传播，适合数字通信）选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟与信号的频率有关）载波频率应远高于其调制伪码信号的频宽（P码频宽至少在20MHZ以上）有效利用频谱资源并减少无线电波之间的干扰测距码作用测距码分多址性质为伪随机噪声码（PRN Pseudo Random Noise）：预先确定的，有周期的二进制数序列可由多级反馈移位寄存器产生良好的自相关特性： 不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数） 对齐的同一组码间的相关系数

29、为1测距码类型目前C/A码（Coarse/Acquisition Code） 粗码/捕获码；码率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上P（Y）码（Precise Code） 精码；码率：10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数：6187104000000；码元宽度：29.30m；被调制在L1和L2上现代化后在L2上调制C/A码在L1和L2增加调制M码数据码：载有卫星（导航）电文作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息基本结构卫星（导航）电文基本内容卫星（导航）电文遥测字（TLM Telemetry Wo

30、rd）每一子帧的第1个字用作捕获导航电文的前导交接字（HOW Hand Over Word）每一子帧的第2个字主要内容：Z计数（P码发生器的序列的周期累计数，从UTC时间即星期日零时算起）卫星（导航）电文第一数据块第1子帧的第310个字内容：WN GPS周L2所调制测距码标识符 “10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码传输参数N URATGD 信号在卫星内部的时延星钟数据龄期AODC星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）卫星（导航）电文第二数据块第2、3子帧的第310个字内容该发送信号卫星的星历 广播星历星历参数卫星（导航）电文第三数据块第4、5子帧的第310个字内容：所有卫

31、星历书（概略星历）第三数据块的内容每12.5分钟重复一次GPS卫星信号的调制(两级调制）示意图卫星信号的调制原理两级调制：D码先调制到C码和P码上；组合码再调制到L1,L2上GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置计算思路首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标然后将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋转-k角，求出卫星在地固系下的坐标轨道平面坐标系轨道参数GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置计算过程计算卫星运行的平均角速度计算t时刻卫星的平近点角计算偏近点角GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置计算过程（续）计算真近点角计算升交距角（未经改正的）计算卫星向径GPS卫星位

32、置的计算-根据广播星历计算卫星位置计算过程（续）计算摄动改正项进行摄动改正计算卫星在轨道平面坐标系中的位置计算过程（续）计算升交点经度计算卫星在地固坐标系下的坐标精密星历按一定时间间隔给出卫星在地固坐标系下的三维位置、三维速度和钟差* 2004 1 15 0 0 0.00000000P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.825932

33、P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888P 6 -13958.380086 -7542.103497 21489.237683 -2.952584P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置任意时刻t卫星位置的

34、计算原理：插值法方法：拉格朗日插值法等GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置第四节 GPS数据输出GPS接收机输出数据符合NMEA (National Marine Electronics Association) 0183 标准$GP -，即以$GP 开头，包括以下几种常用语句GGA - GPS Position（主要输出位置信息）GLL - Latitude and Longitude（主要输出经纬度）RMC - Recommended Minimum（推荐的最小输出）GXP - Horizontal Position（水平位置输出）VTG - Velocity and Cours

35、e（速度和路线输出）GSV - Satellite Number/ Signal Strength （卫星数及信号强度输出）一.语句输出格式及常见语句含义解析$GPGGA,hhmmss.ss,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x,xx,x.x,x.x,M,x.x,M,x.x,xxxxUTC of PositionLatitude, N/SLongitude, E/WGPS QualityNumber of SatH DOPAltitude re: Geoid, MetersGeoidal Separation, MetersAge of DGPS DataDifferential Re

36、ference Station ID第四节 GPS数据输出除GGA外，其他语句亦有其格式说明$GPGGA,M,M,*xx$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据)；UTC时间，格式为hhmmss.sss；纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；纬度半球，N或S(北纬或南纬)经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；经度半球，E或W(东经或西经)GPS状态， 0未定位， 1非差分定位， 2差分定位， 3无效PPS， 6正在估算使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)水平精确度，0.5到99.9天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米M

37、 指单位米 大地水准面高度，-9999.9到9999.9米M 指单位米 差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量，如不是差分定位则为空差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。* 语句结束标志符xx 从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验和 回车 换行第四节 GPS数据输出$GPRMC例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,A*50字段0：$GPRMC，语句ID，推荐最小定位信息表明该语句为Recommended Minimum Specific

38、 GPS/TRANSIT Data（RMC）字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式字段2：状态，A=定位，V=未定位字段3：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0） 字段4：纬度N（北纬）或S（南纬）字段5：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段6：经度E（东经）或W（西经）字段7：速度，节，Knots字段8：方位角，度字段9：UTC日期，DDMMYY格式字段10：磁偏角，（000 - 180）度（前导位数不足则补0）字段11：磁偏角方向，E=东W=西字段16：校验值$GPGSVGPGSV：可视卫星状态输出语句 $GPGSV，(1)，(2)，(3)，(

39、4)，(5)，(6)，(7)，(4),(5)，(6)，(7)*hh (CR)(LF) 各部分含义为： (1)总的GSV语句电文数；(2)当前GSV语句号:1 (3)可视卫星总数:08; (4)PRN码（伪随机噪声码）也可以认为是卫星编号(5)仰角(0090度):33度; (6)方位角(000359度):240度; (7)信噪比(0099dB):45dB(后面依次为第10，16，17号卫星的信息); *总和校验域；hh 总和校验数:78; (CR)(LF)回车，换行 注：每条语句最多包括四颗卫星的信息，每颗卫星的信息有四个数据项，即：(4)卫星号，(5)仰角，(6)方位角，(7)信噪比：信号躁声

40、比（signal-to-noise ratio，SNR），标示卫星信号的接收率。卫星是以相同的强度发射信号，但是传播过程中难免会遇到诸如树和墙之类的 障碍物，这样就影响了信号的识别。典型的SNR值在0到50之间，其中50表示非常好的信号。$GPGSV，2，1，08，06，33，240，45，10，36，074，47，16，21，078，44，17，36，313，42*78 各部分含义为： (1)总的GSV语句电文数；2;(2)当前GSV语句号:1; (3)可视卫星总数:08; (4)PRN码（伪随机噪声码）也可以认为是卫星编号(5)仰角(0090度):33度; (6)方位角(000359度):

41、240度; (7)信噪比(0099dB):45dB(后面依次为第10，16，17号卫星的信息); $GPGSV$GPGSV$GPGSA例：$GPGSA,A,3,01,20,19,13,40.4,24.4,32.2*0A$GPGSA，语句ID，表明该语句为GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息字段1：定位模式，A=自动手动2D/3D，M=手动2D/3D字段2：定位类型，1=未定位，2=2D定位，3=3D定位字段3：PRN码（伪随机噪声码），第1信道正在使用的卫星PRN码编号字段4：PRN码（伪随机噪声码），第2信道正在使用的卫星PRN码编号字段5：PRN

42、码（伪随机噪声码），第3信道正在使用的卫星PRN码编号字段6：PRN码（伪随机噪声码），第4信道正在使用的卫星PRN码编号字段7：PRN码（伪随机噪声码），第5信道正在使用的卫星PRN码编号字段8：PRN码（伪随机噪声码），第6信道正在使用的卫星PRN码编号字段9：PRN码（伪随机噪声码），第7信道正在使用的卫星PRN码编号字段10：PRN码（伪随机噪声码），第8信道正在使用的卫星PRN码编号字段11：PRN码（伪随机噪声码），第9信道正在使用的卫星PRN码编号字段12：PRN码（伪随机噪声码），第10信道正在使用的卫星PRN码编号字段13：PRN码（伪随机噪声码），第11信道正在使用的卫星P

43、RN码编号字段14：PRN码（伪随机噪声码），第12信道正在使用的卫星PRN码编号字段15：PDOP综合位置精度因子（0.5 - 99.9）字段16：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）字段17：VDOP垂直精度因子（0.5 - 99.9）字段18：校验值$GPVTG地面速度信息(GPVTG)$GPVTG,T,M,N,K,*hh 以真北为参考基准的地面航向(000359度，前面的0也将被传输) 以磁北为参考基准的地面航向(000359度，前面的0也将被传输) 地面速率(000.0999.9节，前面的0也将被传输) 地面速率(0000.01851.8公里/小时，前面的0也将被传输) 模式

44、指示(仅NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效$GPGLLGeographic Position（GLL）地理定位信息例：$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D字段0：$GPGLL，语句ID字段1：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0） 字段2：纬度N（北纬）或S（南纬）字段3：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段4：经度E（东经）或W（西经）字段5：UTC时间，hhmmss.sss格式字段6：状态，A=定位，V=未定位字段7：校验值$GPRMC,2332

45、08.00,A,2822.1666,N,08132.7990,W,0.1,0.0,121197,4.4,W$GPGGA,233209.00,2822.1666,N,08132.7990,W,2,08,1.0,34.4,M,29.0,M,9.0,0100$GPGSA,A,3,03,22,18,29,14,31,19,16,1.9,1.0,1.7$GPRMC,233209.00,A,2822.1666,N,08132.7990,W,0.1,284.0,121197,4.4,W$GPGGA,233210.00,2822.1666,N,08132.7989,W,2,08,1.0,34.3,M,29.0

46、,M,10.0,0100$GPGSA,A,3,03,22,18,29,14,31,19,16,1.9,1.0,1.7$GPRMC,233210.00,A,2822.1666,N,08132.7989,W,0.1,191.4,121197,4.4,W第四节 GPS数据输出部分实验接收结果：$GPGGA,075309.000,3211.8970,N,11930.3328,E,1,09,1.0,8.8,M,6.3,M,0000*6E$GPGSA,A,3,27,03,19,16,23,13,31,07,21,1.6,1.0,1.3*3A$GPRMC,075309.000,A,3211.8970,N,1

47、1930.3328,E,2.30,199.63,140514,A*61$GPGGA,075310.000,3211.8964,N,11930.3327,E,1,09,1.0,8.8,M,6.3,M,0000*6C$GPGSA,A,3,27,03,19,16,23,13,31,07,21,1.6,1.0,1.3*3A$GPRMC,075310.000,A,3211.8964,N,11930.3327,E,2.45,199.73,140514,A*60$GPGGA,075311.000,3211.8957,N,11930.3326,E,1,09,1.0,8.9,M,6.3,M,0000*6D$GP

48、GSA,A,3,27,03,19,16,23,13,31,07,21,1.6,1.0,1.3*3A$GPRMC,075311.000,A,3211.8957,N,11930.3326,E,2.29,199.04,140514,A*6A$GPGGA,075312.000,3211.8950,N,11930.3326,E,1,09,1.0,8.9,M,6.3,M,0000*69$GPGSA,A,3,27,03,19,16,23,13,31,07,21,1.6,1.0,1.3*3A$GPRMC,075312.000,A,3211.8950,N,11930.3326,E,2.44,197.99,140

49、514,A*6F$GPGGA,075313.000,3211.8944,N,11930.3325,E,1,09,1.0,8.9,M,6.3,M,0000*6E$GPGSA,A,3,27,03,19,16,23,13,31,07,21,1.6,1.0,1.3*3A$GPGSV,3,1,11,27,82,051,23,03,73,241,31,19,58,208,29,16,51,030,15*73部分实验接收结果：根据各语句格式，分离数据，获取不同需要时的数据。如空间坐标，地理经纬度坐标，速度，航向，GPS精确时间，或者定位卫星编号及信号强度等。分离数据的基础上做进一步的数据处理，如数据融合、滤

50、波等以适应精确定位，导航，精密授时等各种不同场合不同任务的需求。第四节 GPS数据输出WGS-84:大地坐标系Longitude (L) the angle between XO and OKE or WLatitude (B)the angle between GO and OKN or S二.坐标系及坐标变换第四节 GPS数据输出TopographyGeoid (Mean Sea Level)Ellipsoid(WGS-84)N: Geoidal SeparationH: Height above Ellipsoid may be negativeh: Elevation above MS

51、L may be negativeH=N+h Project Gauss-Krgger project (高斯克吕格投影) BLH(WGS-84) XY (二维平面坐标)假想有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线（称为中央子午线或轴子午线）相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面，此投影为高斯投影。Project belt : 3度带 （精细，误差小） 6度带（常用）Decrease the deformation高斯投影中，轴子午线上没有长度变形。 其他都将有长度变形发生，变形的大小，与点的横坐标有关。离开轴子午线越远，变形越大，因此