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1、,GPS用户培训讲座 = 原理部分武汉天宝耐特科技有限公司,培训目的,历史背景简介GPS功能GPS卫星系统组成GPS信号GPS常用坐标系统GPS定位原理GPS测量定位类型及特点影响GPS定位精度的因素,了解,知道,理解、懂得,明白,GPS是70年代初美国军方开始研制的继子午卫星导航定位系统（NNSS）后的第二代导航定位系统。1994年进入完全运行状态。具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候优势的导航定位、定时、测速系统。用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统还可以进行高精度时间传递和精密定位。 这种设备可以用来武装战车，舰船和飞机，提高其
2、作战能力，并可广泛用于地面部队。其作用在海湾战争中已得到相当充分的显示。,1 历史背景简介,导航 海空导航、车辆引行、导弹制导等。测速 其精度可达0.1m/s。测时与授时 其精度可达340ns。定位 C/A码 单点定位精度为2040m，P码单点定位精度为16m。C/A码单点定位的高程精度为3060m，DGPS 高程精度目前最高可达到厘米级或毫米级。相对定位精度在50km以内可达10-6，100km500km可达10-7，1000km以上可达10-9。在3001500m的工程精密定位时观测1h以上定位精度可达1mm以内，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其较差最大为0.5mm，较差中误
3、差为0.3mm。,2 GPS的功能,3 GPS卫星系统组成,全球定位系统(GPS)由三个部分组成：,空间部分24颗GPS卫星组成,用户部分 GPS接收机,地面监控部分 1个主控站 5个监控站 3个注入站,注入站,监控站,主控站,4 GPS信号,GPS发射两种不同频率的载波信息：L1载波和L2载波： L1载波 频率 1575 MHz=19.05cm，运载工具。 加载:C/A码,P码,D码，导航信息 L2载波 频率 1227 MHz=24.45cm，运载工具， 加载P码和电离层延迟探测工具。C/A 码用户用以测定接收机到卫星间距离的一种主要信号，捕获 P 码的工具，用于民用导航定位（L1）P 码
4、军用精密导航定位测距码（保密） （L1、L2）Y 码P码与W码进行模二相加生成的保密码D 码数据码(包含卫星星历)导航信息：被调制在L1载波上，包含有卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。 （L1） 注： 在GPS现代化中，加入了L2C和L5卫星信号。,GPS以精确测时实现精确测距,C/A 码是伪随机二进制码，也是卫星的标识符。在接收机上可同步复制与卫星同结构的C/A 码，比对测时。,复 制:,来自卫星:,t, 复制码与接收来自卫星的C/A码比对基于时间同步。 码相位测距类似于脉冲式光电测
5、距。 P 码测距与 C/A 码测距原理相同码相位式。,t 信号传播时间 站星距离 = c t,5 GPS常用坐标系统,WGS 84 （World Geodetic System - 1984）：是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数也是基于此坐标系统的。Beijing 54（1954年北京坐标系）：我国目前广泛采用的大地测量坐标系。 克拉索夫斯基椭球几何参数： 长半径a = 6378245m 短半径b = 6356863.0188 m 扁率 = 1 / 298. 3西安 80（1980年西安大地坐标系） IAG-75 椭球的几何参数： 长半径a = 6378140m 短半径b =
6、 6356755.2882 m 扁率 = 1 / 298.257,6 GPS定位原理,相当于一个空间后方距离交会。通过测定一组卫星（至少四颗）到测点的距离从而计算得到该末知点的坐标。,（1）绝对定位（单点定位） 是采用一台接受机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线在WGS-84世界大地坐标系统中的绝对位置。优点是只需一台接收机即可独立定位，外业观测的组织及实施较为方便，数据处理也较为简单。 缺点是定位精度较低，受卫星轨道误差，钟同步误差及信号传播误差等因素的影响，精度只能达到米级。,（2） GPS相对定位,相对定位的原理是用两台（或多台）接收机分别安置在一条（或多条）基线的两端，同步观测相同
7、的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量在相对定位时，通过对观测量求差，可以消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，消去整周模糊度参数等，使基线精度提高到10-6、10-7，甚至达到10-8、10-9,（3）差分GPS定位,差分GPS定位原理差分GPS定位属于GPS相对定位差分GPS定位是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站的精密坐标计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在与基准站接收机进行同步观测的同时，也接收到基准站的改正数，用此对其定位结果进行改正，从而提高用户站的定位精度差分GPS定位类型伪距差分载波相位
8、差分,7 GPS测量定位类型及特点,（1）根据所采用的观测值伪距测量观测值：伪距特点：数据处理简单，定位精度低，只有米级。应用领域：一般用于导航。载波相位测量观测值：载波相位特点：数据处理复杂，定位精度高，可达厘米 毫米级。应用领域：广泛地用于测绘等。-相位平滑伪距测量,（2）根据定位模式绝对定位/单点定位定位模式：单机定位，确定绝对坐标。特点：定位作业简单，定位精度低，只有米级到数十米应用领域：用于低精度导航。相对定位定位模式：多台接收机同步观测，确定各台接收机之间的相对位置（基线向量）。特点：定位作业复杂，定位精度高，可达厘米 毫米级。应用领域：用于高精度导航、测绘等。-差分定位,（3）根
9、据获取定位结果的时间实时定位获取结果的时间：实时。特点：相对定位时需要专门的数据链，作业范围有一定限制，定位结果的可靠性略低。应用领域：用于导航、工程放样、资源勘探等。后处理定位获取结果的时间：事后。特点：定位结果可靠性高。应用领域：用于测绘等。,（4）根据定位时接收机的运动状态动态定位接收机的运动状态：相对于地固系运动。特点：作业效率高，定位结果的可靠性略低。应用领域：主要用于工程施工放样、资源勘探、海洋测绘、航空摄影遥感、GIS数据采集、测图等。静态定位接收机的运动状态：相对于地固系静止。特点：定位精度和可靠性高。应用领域：主要用于建立控制网、形变及变形监测等。,（GPS测量的误差源）,与
10、GPS卫星有关的因素SA技术 人为的降低广播星历精度（技术）卫星星历误差卫星钟差卫星信号发射天线相位中心偏差与传播途径有关的因素电离层延迟对流层延迟多路径效应与接收机有关的因素接收机钟差接收机天线相位中心误差接收机软件和硬件造成的误差其它方面的影响地球自转的影响、人为或计算机造成的影响、数据处理软件的影响等,8 影响GPS定位精度的因素,误差的调整,与卫星有关的误差由主控站调整。 如：卫星原子钟误差、卫星星历误差和卫星轨道（地球自转）误差。（ S/A政策现已取消，使单机定位误差精度可达15m ）信号穿过电离层/对流层导致的误差，接收机一般会做调整。人为控制可稍微削弱的误差 （1）多路径效应误差（对GPS相对定位影响达分米级）： 选好点位，尽量避免有强反射作用的水域、建筑物、车辆、栏珊等。 硬件措施有扼流圈天线、抑径盘有助于减少这种误差。 软件措施有边缘相关技术、窄相关技术。 （2）遮挡条件（GPS在城区与密林区的应用有一定局限性） 接收来自天空卫星的信号，要求对空通视。卫星高度角15度以上不要有成片的遮挡。 高大建筑物、山体、树干是GPS信号的硬遮挡，无法穿透。尽量避免这些遮挡物体。,谢 谢,哼哼哈哈,
