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1、GPSGPS用户培训讲座用户培训讲座= = 原理部分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。v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。v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
2、用来武装战车，舰船和飞机，提高其作战能力，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
3、长比较，其较差最大为 0.5mm，较差中误差为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 GPS发射两种不同频率的载波信息：发射两种不同频率的载波信息：L1L1载波和载波和L2L2 载波：载波： L L1 1载波载波 频率频率 1575 MHz=19.05cm1575 MHz=19.05cm，运载工具。，运载工具。加载加载:C/A:C/A码码,P,P码码,D,D码，码，导航信息导航信息 L L2 2载波载波 频率频率
4、1227 MHz=24.45cm1227 MHz=24.45cm，运载工具，运载工具，加载加载P P码码和电离层延迟探测工具。和电离层延迟探测工具。C/A C/A 码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 P 码的工具，用于民用导航定位（码的工具，用于民用导航定位（L1L1） P P 码码 军用精密导航定位测距码（保密）军用精密导航定位测距码（保密） （L1L1、L2L2） Y Y 码码P P码与码与WW码进行模二相加生成的保密码码进行模二相加生成的保密码 D D 码码数据码数据码( (包含卫星星历包含卫星星历) ) 导航信息
5、导航信息：被调制在：被调制在L1L1载波上，包含有卫星的轨道参数、卫星钟改正载波上，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 刻刻GPSGPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。 （L1L1 ）注：注： 在在GPSGPS现代化中，加入了现代化中，加入了L2CL2C和和L5L5卫星信号。卫星信号。GPS GPS以精确测时实现精确测距以精确测时实现精确测距 vC/A 码是伪随机二进制码，也是卫星的标识符。v在接收机上可同步
6、复制与卫星同结构的C/A 码，比 对测时。复复 制制: :来自卫星来自卫星: :t t 复制码与接收来自卫星的复制码与接收来自卫星的C/AC/A码比对基于码比对基于时间同步时间同步。 码相位测距类似于码相位测距类似于脉冲式脉冲式光电测距。光电测距。 P P 码测距与码测距与 C/A C/A 码测距原理相同码测距原理相同码相位式码相位式。t t 信号传播时间信号传播时间 站星距离站星距离 = c = c t t5 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。 Beij
7、ing 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 = 6356755.2882 m扁率 = 1 / 298.2576 GPS定位原理v相当于一个空间后方距离交会。v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
8、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
9、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v观测值：伪距v特点：数据处理简单，定位精度低，只有米级。v应用领域：一般用于导航。载波相位测量v观测值：载波相位v特点：数据处理复杂，定位精度高，可达厘米 毫米级。v应用领
10、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v定位模式：单机定位，确定绝对坐标。v特点：定位作业简单，定位精度低，只有米级到数十米v应用领域：用于低精度导航。相对定位v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）。v特点：定位作业复杂，定位精度高，可达厘米 毫米级。v应用领域：用于高精度导航、测绘等。 -差分定位（3）根据获取定位结果的时间实时定位v获取结果的时间：实时。v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。v应用领域：用于导航、工程放样、资源勘探等。后处理定位v获取结果的时间：事后。v特点
11、：定位结果可靠性高。v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v接收机的运动状态：相对于地固系运动。v特点：作业效率高，定位结果的可靠性略低。v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v接收机的运动状态：相对于地固系静止。v特点：定位精度和可靠性高。v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 ）v与GPS卫星有关的因素vSA技术 人为的降低广播星历精度（技术）v卫星星历误差v卫星钟差v卫星信号发射天线相位中心偏差v与传播途径有关的因素v电离层延迟v对流层延迟v多路径效应v与接收机有关的
12、因素v接收机钟差v接收机天线相位中心误差v接收机软件和硬件造成的误差v其它方面的影响v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v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 ）v信号穿过电离层/对流层导致的误差，接收机一般会做调整。v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 谢谢武汉天宝耐特科技有限公司
