GPS全球卫星定位系统方案.ppt

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1、组员：陈菲 郭 丽 李璇 秦志强 王峰 张 利 谭亮 漆道海,全球卫星定位系统,GPS,组员：陈菲 郭 丽 全球卫星定位系统GPS,目录,一、GPS的发展历史二、GPS基础概念三、GPS技术原理四、,基础技术研究阶段（1938-1973）,基础技术研究,1954-1956 扎奇里亚斯与松下公司制作出第一个自足式便携原子钟,1957麻省理工学院开始研究卫星跟踪项目,1961 航空公司开始了GPS系统的发展工作，用于满足军事需要,1958年美国开始研制卫星定位系统（子午仪系统）（Transit）,基础技术研究阶段（1938-1973）基础技术研究1954-,计划实施发展阶段（1973-1993）,

2、GPS实施计划共分三个阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成,计划实施发展阶段（1973-1993）GPS实施计划共分三,技术发展成熟阶段（1994-2008）,1994年美国全面建成具有在海、陆、空进行全方位

3、实时三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统,2008年1月17国北斗卫星导航定位系统启动,1995年俄罗斯全球导航星系统（GLONASS）组网成功并投入运营,技术发展成熟阶段（1994-2008） 1994年2008,国内GPS民用方面发展 1/6,陆地运输,海洋运输,建筑,采矿,农业,电力系统,民用航空,通信,医疗应用,测绘,科研,家电,主要民用范围,国内GPS民用方面发展 1/6陆地运输海洋运输建筑采矿农业电,纸质地图Say Goodbye,2006年廉价PND方案发布，各大硬件厂商的生产成本得到了更好的控制，PND的价格由原来的天价慢慢走下神坛，给了普通消费者选择的机会，增加了GPS的普

4、及速度。 全覆盖地图的发布从根本上解决了GPS行业发展的一大瓶颈，解决了GPS普及上的难题。,国内GPS民用方面发展 2/6,纸质地图Say Goodbye 2006年廉价PND方,2007年GPS井喷式发展，移动导航在非智能手机上的应用使产业的发展速度成几何级增长。 截止至07年底，市场上出现的GPS品牌多达千余，除了诺基亚、摩托罗拉这样的手机巨头和专注与此产业的GARMIN任我游、新科等知名品牌外，其他小作坊品牌更是多如牛毛。,国内GPS民用方面发展 3/6,GPS市场品牌、产品鱼龙混杂,2007年GPS井喷式发展，移动导航在非智能手机上,国内GPS民用方面发展 4/6,2008年GPS市

5、场的复合增长率达到34.3，其中GPS手机成为增长速度最 快的部分消费人群也由高端车主逐渐延伸到中低端，这主要得益于消费者对于GPS带来方便的认知度越来越高，同时一些大品牌主流机型的价格下调也成为销量增长的主要推动力。 TD-SCDMA-3G标准试运行,国内GPS民用方面发展 4/6 2008年,GPS产品定位不再局限于导航功能，除了具备卫星同步精确定位、最佳路径搜索、同步语音导航、生活资讯查询等功能和城市地图精准导航之外，还会集移动电视、视频播放和电子相册等娱乐功能，并融入了蓝牙免提、倒车后视、TMC、电子狗、WIFI等实用功能于一身。,国内GPS民用方面发展 5/6,功能更加多样，产品更加

6、实用,GPS产品定位不再局限于导航功能，除了具备卫星同步,挑战与机遇并存。 2009年GPS市场来说，一直处在一种“半沉睡”的状态，与前两年所出现的“井喷”现象擦肩而过。低价扰市和盗版地图横行成为阻碍GPS市场正常发展的隐患。 2009年，包括燃油税改革，汽车产业调整和振兴规划、购置税减半、汽车下乡、汽车报废补贴、汽车以旧换新等一系列鼓励汽车消费利好政策的密集出台，带动上半年汽车销量增长。 GPS地图数据发展迅猛，硬件逐步提高，扩展功能更加多元化 。,国内GPS民用方面发展 6/6,挑战与机遇并存。国内GPS民用方面发展 6/6,GPS基础概念,坐标系统时间系统GPS卫星星历导航电文和卫星信号

7、GPS接收机的类型与工作原理,GPS基础概念坐标系统,GPS坐标系统,坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的.在GPS定位中，通常采用两类坐标系统：一类是在空间固定的坐标系，另一类是与地球体相固联的坐标系统.坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系.为了确定用户接收机的位置，GPS卫星的瞬时位置通常应化算到统一的地球坐标系统.,GPS坐标系统坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度,GPS时间系统,在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和卫星运行位

8、置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由GPS主控站的原子钟控制。GPS时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST与IAT在任一瞬间均有一常量偏差。IAT-GPST = 19s，GPS时与协调时的时刻，规定在1980年1月6日0时一致，随着时间的积累，两者的差异将表现为秒的整数倍,GPS时间系统在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确,GPS时间系统,在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：GPS卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如当

9、要求GPS卫星的位置误差小于1cm，则相应的时刻误差应小于2.6 10-6s。准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。若要距离误差小于1cm，则信号传播时间的测定误差应小于3 10-11s,GPS时间系统在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在：,GPS卫星轨道,卫星轨道在GPS定位中的意义:卫星在空间运行的轨迹称为轨道，描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数。1.卫星作为位置已知的高空观测目标，在进行绝对定位时，卫星轨道误差将直接影响用户接收机位置的精度；2.在相对定位时，当基线较长或精度要求较高时，轨道误差影响不可忽略。3.为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星

10、发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数。,GPS卫星轨道卫星轨道在GPS定位中的意义:,GPS卫星星历,卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度，GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。,外推的星历实时提供精度不高,计算后所得星历事后提供精度较高，达分米,GPS卫星星历卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组,GPS卫星信号,关于GPS卫星信号GPS卫星所发射信号包括载波信号、P码（或Y码）、C/A码和数据码（或D码）等多种信号分量，而其中P码和C/A码统称为测距码。GPS卫星信号的产生、构成和复制等，都涉及到现代数

11、字通信理论和技术方面的复杂问题。,GPS卫星信号关于GPS卫星信号,GPS卫星信号的测距码,码的概念在现代数字通信中，广泛使用二进制数（0和1）及其组合，来表示各种信息。表达不同信息的二进制数及其组合，称为码。一位二进制数叫一个码元或一比特。比特为码和信息量的度量单位。如果将各种信息例如声音、图象和文字等通过量化，并按某种预定规则，表示成二进制数的组合形式，则这一过程称为编码。在二进制数字化信息的传输中，每秒传输的比特数称为数码率，表示数字化信息的传输速度，单位为bit/s。,GPS卫星信号的测距码码的概念,GPS卫星信号的测距码,随机噪声码既然码是用以表达各种信息的二进制数的组合，是一组二进

12、制的数码序列，则这一序列就可以表达成以0和1为幅度的时间函数。假设一组码序列u(t)，对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，但出现的概率均为1/2。这种码元幅度的取值完全无规律的码序列，称为随机码序列（或随机噪声码序列）。它是一种非周期性序列，无法复制，但其自相关性好。而相关性的好坏，对提高利用GPS卫星码信号测距精度，极其重要。,GPS卫星信号的测距码随机噪声码,GPS卫星信号的测距码,伪随机噪声码尽管随机码具有良好的自相关性，但却是一种非周期序列，不服从任何编码规则，实际中无法复制和利用。GPS采用了一种伪随机噪声码（Pseudo Random NoicePRN）简称伪随机码或伪码。它

13、的特点是：具有随机码的良好自相关性，又具有某种确定的编码规则，是周期性的，容易复制。,GPS卫星信号的测距码伪随机噪声码,GPS卫星信号的测距码,C/A码C/A码：用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。它是由两个10级反馈移位寄存器组合而产生。C/A码的码元宽度大，假设两序列的码元对齐误差为为码元宽度的1/101/100，则相应的测距误差为29.32.93m。由于精度低，又称粗码。,GPS卫星信号的测距码C/A码,GPS卫星信号的测距码,P码 P码是卫星的精测码，码率为10.23MHZ，产生的原理与C/A码相似，但更复杂。发生电路采用的是两组各由12级反馈移位寄存器构成。P码的周期长，26

14、7天重复一次。P码的捕获一般是先捕获C/A码，再根据导航电文信息，捕获P码。由于P码的码元宽度为C/A码的1/10，若取码元对齐精度仍为码元宽度的1/100，则相应的距离误差为0.29m，仅为C/A码的1/10，故P码称为精码。P码是专为军用！,GPS卫星信号的测距码 P码,GPS卫星导航电文,GPS卫星的导航电文，是用户用来定位和导航的数据基础。导航电文包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息。导航电文又称为数据码（或D码）。导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。每帧电文含有1500比特，播送速度50b

15、it/s，每帧播送时间30s。,GPS卫星导航电文GPS卫星的导航电文，是用户用来定,GPS卫星导航电文,导航电文的格式：,1,2,3,4,5,30s,6s,0.02s,0.6s,子帧4、5各含25页,一个子帧,一个字码,一个主帧,一个页面,GPS卫星导航电文导航电文的格式：12345123456,GPS卫星导航电文,一帧导航电文的内容,子帧 1,一个子帧6s长，10个字，每字30比特,1帧30s1500比特,子帧 3,子帧 4,子帧 5,子帧 2,GPS卫星导航电文一帧导航电文的内容TLWHOW数据块,GPS卫星信号的载波和调制,GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。信号分量

16、的产生都是在同一个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生，GPS卫星信号示意图如下,基本频率10.23MHz,L1载波1575.42MHz,L2载波1227.60MHz,C/A码1.023MHz,P码10.23MHz,P码10.23MHz,数据码50BPS,数据码50BPS,154,120,10,204600,GPS卫星信号的载波和调制GPS卫星信号包含三种信号,GPS卫星信号的载波和调制,卫星取L波段的两种不同电磁波频率为载波:L1载波频率为1575.42MHz，波长为19.03cm；L2载波频率为1227.60MHz，波长为24.42cm。L1载波上，调制有C/A码、P码（或Y码）和数

17、据码； L2载波上，只调制有P码（或Y码）和数据码。GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上，且调制码的幅值只取0或1。如果码值取0，则对应的码状态取+1；而码值取1时，对应码状态为-1，载波和相应的码状态相乘后，即实现了载波的调制。,GPS卫星信号的载波和调制卫星取L波段的两种不同电磁,GPS卫星信号的解调,为进行载波相位测量，当用户接收到卫星发播的信号后，可通过以下两种解调技术来恢复载波相位。（1）复制码与卫星信号相乘：由于调制码的码值是用1的码状态来表示的，当把接收的卫星码信号与用户接收机产生的复制码，在两码同步的条件下相乘，即可去掉卫星信号中的测距码而恢复原来的载波。（2）

18、平方解调技术：将接收的卫星信号进行平方，由于处于+1状态的调制码经过平方后均为+1，而+1对载波相位不产生影响。故卫星信号平方后，可达到解调目的。,GPS卫星信号的解调为进行载波相位测量，当用户接收到,GPS接收机,GPS用户设备主要包括GPS接收机及其天线、微处理机及其终端设备和电源等。接收机和天线是核心部分，习惯上统称为GPS接收机。主要功能是接收GPS卫星发射信号，并进行处理，获取导航电文和必要的观测量。,GPS接收机天线前置放大器信号处理器微处理器震荡器用,GPS接收机工作原理,当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行

19、；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件，而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户设备。,GPS接收机工作原理当GPS卫星在用户视界升起时，接收机,GPS 内涵,GPS简史GPS的主要目的GPS构成GPS原理,GPS 内涵GPS简史,GPS简史,GPS 是Global Positioning System（全球定位系统）的简称，中文简称为“球位系”。GPS是20

20、世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成,GPS简史GPS 是Global Positioning S,GPS的主要目的,为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。,GPS的主要目的为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和,GPS构成 （1/3）,1.空间部分 GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每

21、个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55。此外,还有3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。,GPS构成 （1/3）1.空间部分,GPS构成 （2/3）,2. 地面控制系统 地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、

22、相对距离,大气校正等数据。,GPS构成 （2/3）2. 地面控制系统,GPS构成 （3/3）,3.用户设备部分 用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。,GPS构成 （3

23、/3）3.用户设备部分,GPS原理 1/3,GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。,GPS原理 1/3GPS导航系统的基本原理是测量出已知位,GPS原理 2/3,可见GPS导航系统卫星部分的作用就

24、是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个t即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。,GPS原理 2/3,GPS原理 3/3,GPS原理 3/3,GPS 种类 按接受机用途分1/4,1. 导航型接收机 此类型主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低(10m)，有SA影响时为100m。 价格便宜，应用广泛。根据应用领域不同，还可以进一步分为： 车载型用于

25、车辆导航定位； 航海型用于船舶导航定位； 航空型用于飞机导航定位。要求适应高速运动 星载型用于卫星的导航定位。要求更高。,GPS 种类 按接受机用途分1/41. 导航型接收机,GPS 种类 按接受机用途分2/4,2. 测地型接收机 测地型接收机主要用于精密大地测量和工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。,GPS 种类 按接受机用途分2/42. 测地型接收机,GPS 种类 按接受机用途分3/4,3.授时型接收机 这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。,GPS 种类 按接受机用途分3/43.

26、授时型接收机,GPS 种类 按接受机用途分4/4,4.车载GPS当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候，称为车载GPS,但光有定位还不行，还要把这个定位信息传到报警中心或者车载GPS持有人那里，我们称为第三方。所以GPS定位系统中还包含了GSM网络通讯（手机通讯），通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方。通过微机解读短信电文，在电子地图上显示车辆位置。这样就实现了车载GPS定位。,GPS 种类 按接受机用途分4/44.车载GPS,GPS 种类 按接收机的载波频率分类,单频接收机 单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响

27、，单频接收机只适用于短基线（双频接收机 双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。,GPS 种类 按接收机的载波频率分类单频接收机,GPS 种类 按接收机通道数分类,GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为： 多通道接收机 序贯通道接收机 多路多用通道接收机,GPS 种类 按接收机通道数分类GPS接收机能同时,GPS 种类 按接收机工作原理分类

28、 1/2,码相关型接收机 码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。 平方型接收机 平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。,GPS 种类 按接收机工作原理分类 1/2码相关型接收,GPS 种类 按接收机工作原理分类 2/2,混合型接收机 这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。 干涉型接收机这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。,GPS 种类 按接收机工作原理分类 2/2混合型接收机,GPS全球

29、定位系统原理,GPS定位原理,差分GPS测量原理,GPS全球定位系统原理GPS定位原理差分GPS测量原理,GPS定位原理,GPS绝对定位原理,利用GPS进行绝对定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所在的位置。实质是空间距离后方交会。又称伪距离测量。,1、动态绝对定位：当用户接收设备安置在运动的载体上，确定载体瞬时绝对位置的定位方法；2、静态绝对定位：当接收机天线处于静止状态时，来确定观测站绝对坐标的方法。 由于伪距有测码伪距和测相伪距之分，所以，绝对定位又可分为测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位。,GPS定位原理 G

30、PS绝对定位原理 利用GPS进行绝对,GPS相对定位原理（差分GPS定位）1/2,静态相对定位：用两台接收机分别安置在基线的两端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上GPS卫星，确定基线两端点在协议地球坐标系中的相对位置。采用载波相位观测量为基本观测量。,优点：精度高。缺点：观测时间长。,GPS相对定位原理（差分GPS定位）1/2静态相对定位：用两,动态相对定位：用两台GPS接收机，将一台接收机安设在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，通过在观测值之间求差，以消除具有相关性的误差，提高定位精度。而运动点位置是通过确定该点相对基准站的相对位置实现的

31、定位方法。,GPS相对定位原理（差分GPS定位）2/2,动态相对定位：用两台GPS接收机，将一台接收机安设在基准站,动态相对定位又分以测距码伪距为观测值的动态相对定位和以载波相位为观测值的动态相对定位。1）、测码伪距相对动态定位，是由安置在基准点的接收机测量出该点到GPS卫星的伪距，利用卫星星历数据计算出基准站到卫星的距离求差，将差值作为距离改正数传送给用户接收机，用户就得到了一个伪距改正值，可有效地消除或削弱一些公共误差的影响的方法。 2）、载波相位动态相对定位法，是通过将载波相位修正值发送给用户站来改正其载波相位实现定位的，或是通过将基准站采集的载波相位观测值发送给用户站进行求差解算坐标实

32、现定位。其定位精度在小区域范围内(30km)可达1-2cm，是一种快速且高精度的定位法。,动态相对定位分类,动态相对定位又分以测距码伪距为观测值的动态相对定位和以载波相,静态相对定位的观测方程及其解算,GPS观测误差对两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星具有较强的相关性，因此，一种简单有效消除或减弱误差影响的方法是将这些观测量进行不同的线性组合。在GPS相对定位中，通常采用的组合方式有三种，即单差、双差和三差。,静态相对定位的观测方程及其解算 GPS观测误差,单差观测模型 单差(Single-Different-SD)是指不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。,分析数据处理过程，测站间

33、求单差的模拟观测模型具有下列优点。（1）、消除了卫星钟误差的影响。（2）、大大削弱了卫星星历误差的影响。（3）、大大削弱了对流层折射和电离层折射的影响，在短距离内几乎可以完全消除其影响。,单差观测模型分析数据处理过程，测站间求单差的模拟观测模型具,双差(Doppel-Different-DD)即不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差观测量之差。,双差模型,三差模型,三差(Triple-Different-TD)，即于不同历元，同步观测同一组卫星所得双差观测量之差。,双差(Doppel-Different-DD)即不同观测站，,三个球面相交理解定位原理假设某颗卫星在空中的位置为W1，GPS接收

34、机离W1的距离为D1，则接收机必定在以W1为圆心、以D1为半径的球面上。,三个球面相交理解定位原理D1W1,如果同时接收两颗卫星的信号，则两个球面相交成一条圆弧，点位被限制在这条曲线上。,如果同时接收两颗卫星的信号，则两个球面相交成一条圆弧，点,同理，三个球面相交在一点，即根据3段距离值可确定一点的空间位置（坐标）。,同理，三个球面相交在一点，即根据3段距离值可确定一点的,差分GPS测量原理,差分GPS根据其系统构成的基准站个数可分为单基准差分、多基准的局部区域差分和广域差分。而根据信息的发送方式又可分为伪距差分、相位差分及位置差分等。无论何种差分，其工作原理基本相同。是由用户接收基准站发送的

35、改正数，并对其测量结果进行改正以获得精密定位结果的。它们的区别在于发送改正数的内容不同，其定位精度不同，差分原理也有所不同。,差分GPS测量原理 差分GPS根据其系统构成的基,伪距差分原理,通过在基准站上利用已知坐标求出测站至卫星的距离，并将其与含有误差的测量距离比较，然后利用一个滤波器将此差值滤波并求出其偏差，并将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距求出自身的坐标。 由于差分定位是利用两站公共误差的抵消来提高定位精度，而其误差的公共性与两站距离有关，随着两站距离的增加，其误差公共性逐渐减弱。因此，用户同基准站的距离对定位精度的影响起着决

36、定性作用。,伪距差分原理 通过在基准站上利用已知坐标求,位置差分原理,位置差分是一种最简单的差分方法。安置在已知点基准站上的GPS接收机，经过对4颗或4颗以上的卫星观测，便可实现定位，求出基准站的坐档。由于存在着卫星星历、时钟误差、大气折射等误差的影响，该坐标与已知坐标(X，Y，Z)不一样，存在误差。 基准站利用数据链将坐标改正数发送给用户站，用户站对其坐标进行改正：,位置差分原理 位置差分是一种最简单的差分方法,经过坐标改正后的用户坐标已消除了基准站与用户站的共同误差，如卫星星历误差、大气折射误差、卫星钟差、SA政策影响等，提高了定位精度。 坐标差分的优点是需要传输的差分改正数较少，计算方法

37、较简单，任何一种GPS接收机均可改装成这种差分系统。其缺点主要为： (1)要求基准站与用户站必须保持观测同一组卫星，由于基准站与用户站接收机配备不完全相同，且两站观测环境也不完全相同，因此难以保证两站观测同一组卫星，将导致定位误差的不匹配，从而影响定位精度。 (2)坐标差分定位效果不如伪距差分好。,经过坐标改正后的用户坐标已消除了基准站与用,载波相位差分原理,在测距码差分GPS中，由于码结构及测量中随机噪声误差的限制，难以满足精密定位的要求。而载波相位测量的噪声误差大大小于测距码测量噪声误差，在静态相对定位中已可达10-6-10-8的定位精度。但是，求解整周未知数应进行1-2h的静止观测。因此

38、，限制了载波位测量的应用范围。 载波相位差分GPS定位与伪距差分GPS定位原理相类似，其基本原理是：在基准站上安置一台GPS接收机，对卫星进行连续观测，并通过无线电设备实时地将观测数据及测站坐标信息传送给用户站；用户站一方面通过接收机接收GPS卫星信号，同时通过无线电接收设备接收基准站传送信息，根据相对定位原理进行数据处理，实时地以厘米级的精度给出用户站三维坐标。,载波相位差分原理 在测距码差分GPS中，由,单基准站差分GPS(SRDGPS) 单基准站差分GPS是根据一个基准站所提供的差分改正信息对用户站进行改正的差分GPS系统。该系统由基准站、无线电数据通迅链、用户站三部分组成。 1）基准站

39、 在已知点(基准站)上配备GPS卫星信号接收机，并应具备计算差分改正和编码功能的软件。 2）无线电数据通风链 编码后的差分改正信息是通过无线电通讯设备传送给用户的，将这种无线电通讯设备称为数据通讯链，它由基准站上的信号调制器、无线电发射机和发射天线以及用户站的差分信号接收机和信号解调器组成。 3）用户站 用户站GPS接收机，用户站还应有用于接收差分改正数的无数电接收机、信号解调器、计算软件及相应的接口设备等。 优点：结构和算法都较为简单,单基准站差分GPS(SRDGPS),局部区域差分GPS系统(LADGPS) 在一个较大的区域布设多个基准站，以构成基准站网，位于该区域中的用户根据多个基准站所

40、提供的改正信息经平差计算后求得用户站定位改正数，称局部区域差分GPS系统。 改正量方法： (1)各基准站以标准化的格式发射改正信息，而用户接收机接收各基准站的改正量，并取其加权（用户站与基准站的相对位置来确定）平均，作为用户站的改正数。要求多倍的通信带宽，效率较低。 (2)根据各基准站的分布，预先在网中构成以用户站与基准站的相对位置为函数的改正数的加权平均值模型，并将其统一发送给用户。这种方式不需要增加通信带宽，是一种较为有效的方法。 优点：可靠性和精度均有所提高，,局部区域差分GPS系统(LADGPS),广域差分GPS系统(WADGPS) 针对单基准差分和区域差分GPS所存在的问题，将观测误

41、差按误差的不同来源划分成星历误差、卫星钟差及大气折射误差来进行改正，以提高差分定位的精度和可靠性。 即在一个相当大的区域中用相对较少的基准站组成差分GPS网，各基准站将求得的距离改正数发送给数据处理中心，由数据处理中心统一处理，将各种GPS观测误差源加以区分，然后再传送给用户的差分方法。 广域差分GPS系统主要对星历误差 、大气延时误差 、卫星钟差误差 的误差源加以分离，并单独对每一种误差源分别进行“模型化”。 系统主要由主站、监测站、数据通信链和用户设备组成 。,广域差分GPS系统(WADGPS),广域差分GPS系统特点 (1)主站、监测站与用户站的站间距离从100km增加到200km，定位

42、精度不会出现明显的下降，即定位精度与用户和基准站(监测站)之间的距离无关。 (2)在大区域内建立广域差分GPS网比区域GPS网需要的监测站数量少，投资小。例如，在美国大陆的任意地方要达到5米的差分定位精度，使用区域差分GPS方式需要建立500个基准站，而使用广域差分GPS方式的监测站个数将不超过15个，其经济效益可见一斑。 (3)广域差分GPS具有较均匀的精度分布，在其覆盖范围内任意地区定位精度大致相当，而且定位精度较区域差分GPS系统高。 (4)广域差分GPS的覆盖区域可以扩展到区域差分GPS不易作用的地域，如海洋、沙漠、森林等。 (5)广域差分GPS系统使用的硬件设备及通信工具昂贵，软件技

43、术复杂，运行和维持费用较区域差分GPS高得多。,广域差分GPS系统特点,经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。,经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、,GPS的应用,GPS在交通运输中的应用GPS在公安工作中的应用GPS在军事上的应用GPS在生活上的应用GPS的其他应用,GPS的应用GPS在交通运输中的应用,GPS在交通运输中的应用 1/2,GPS在道路工程中的应用主要用于建立各种道路工程网及测定航测外控点等，如沪宁、沪杭告诉公路的上海段就是利用G

44、PS建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密.也应用于特大桥梁的控制测量中，如在江阴长江大桥的建设中，首先用常规方法建立了高精度边角网，然后利用GPS对该网进行检测.,GPS在交通运输中的应用 1/2GPS在道路工程中的应用,GPS在交通运输中的应用 2/2,车辆跟踪提供出行路线规划和导航信息查询话务指挥紧急援助,GPS在汽车导航和交通管理中的应用三维导航：GPS的首要功能，为船舶,汽车,飞机等运动物体进 行定位导航。,船舶远洋导航和进港引水 飞机航路引导和进场降落 汽车自主导航 地面车辆跟踪和城市智能交通管理,GPS在交通运输中的应用 2/2车辆跟踪GPS在汽车导航和交,GPS在公安工作

45、中的应用,将跟踪定位、报警、监控、指挥调度系统融为一体，形成现代化、动态化的公安通信指挥系统采用GPS技术装备了定位追踪报警指挥系统和部分巡逻警车，建立警用移动目标卫星定位指挥系统金融保卫部门中建立了运钞车等运动目标和金库等固定目标的卫星定位跟踪监控系统，提高了处理突发事件的快速反应能力,GPS在公安工作中的应用将跟踪定位、报警、监控、指挥调度,GPS在军事上的应用,1.GPS在海湾战争中的应用2.GPS应用于B-52、F-163.精确标定战场重点设施的位置4.用于空战指挥和控制5.GPS用于地面部队6.用于扫雷,GPS在军事上的应用1.GPS在海湾战争中的应用,GPS在生活上的应用,GPS在

46、生活上的应用教育应用地图坐标网格比例尺方位GPS地理,GPS在生活上的应用,个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体）,GPS在生活上的应用个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等,GPS在生活上的应用,人身安全系统应用 科技业者研发出GPS智慧鞋(350$，将2*3的芯片装置在鞋底，方便追踪穿着鞋子的主人目前的行踪)。,GPS在生活上的应用人身安全系统应用,GPS的其他应用 1/2,电力，邮电，通讯等网络的时间同步 准确时间的授入 准确频率的授入获得气象数据GPS用于救援，紧急救生GPS用于森林防火GPS用于地震预报GPS用于大坝及地面沉降的监测个人旅游及野外探险,GPS的其他应用

47、1/2电力，邮电，通讯等网络的时间同步,GPS的其他应用 2/2,各种等级的大地测量，控制测量道路和各种线路放样 水下地形测量 地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测 GIS应用 工程机械（轮胎吊，推土机等）控制 精细农业,GPS的其他应用 2/2各种等级的大地测量，控制测量,GPS在物流信息系统中的作用,GPS在物流信息系统中的作用,现状 1/2,物流作为一个新生产业，其发展速度是惊人的，但是物流信息系统的发展却相对滞后。 目前，比较流行的物流管理信息系统有：基于CS架构的硬盘安装版基于BS架构的网络版,现状 1/2物流作为一个新生产业，其发展速度是惊人的，但,现状 2/2,两种物流信息系统

48、的比较,现状 2/2 两种物流信息系统的比较信息系统结构开发语言优点,利用GPS技术构建完善物流信息系统,对于上述种种缺陷，都可以通过在物流信息系统中引入GPS技术得到解决。 GPS在卫星定位、车辆导航方面的应用已比较成熟。从GPS本身的技术体系来说，在车辆定位方面它有着得天独厚的优势。,利用GPS技术构建完善物流信息系统对于上述种种缺陷，都可,建成后的物流信息系统的主要功能,车辆定位、实时监督、车辆跟踪功能；GPS导航功能；轨迹回放功能。,建成后的物流信息系统的主要功能车辆定位、实时监督、车辆跟踪功,车辆定位、实时监督、车辆跟踪功能,GPS技术的应用能够实现实时快速的定位，这对于现代物流的高

49、效率管理来说是非常核心和关键的，将能够方便的实现总部对于车辆运输情况的实时监控，随时了解最新的情况；结合GIS技术，可以利用网络分析和路径分析等功能，科学快速地预先设定最佳路径，当利用GPS信号反馈回来的汽车运行路径偏离原定路线时，就可以发出系统警告，以便决策层针对实际情况快速反应。,车辆定位、实时监督、车辆跟踪功能 GPS技术的应用,GPS导航功能,GPS在车辆导航方面的技术已经逐渐成熟，主要是结合GIS技术，利用车载GPS接收机获取车辆位置信息，使用车载电子地图进行图上定位等。在现代物流信息系统中的城市配送子系统中，这种技术有非常高的实用价值，将能很好的解决物流配送效率不高的这一瓶颈。,G

50、PS导航功能 GPS在车辆导航方面的技术已经逐渐成熟,轨迹回放功能,轨迹回放功能是GIS和GPS相结合的产物，也可以作为车辆跟踪功能的一个重要补充。,轨迹回放功能轨迹回放功能是GIS和GPS相结合的产物，也,GPS技术与物流信息系统的结合,将GPS、GIS、WAP与Web集成一体，应用于物流和供应链管理信息技术领域，国内还没有完全成熟。但随着人们的重视和技术的进步，GPS、GIS、WAP和WEB技术必将逐渐结合，进一步构建国内透明物流企业，减少物流黑洞，增强企业核心竞争力。,GPS技术与物流信息系统的结合将GPS、GIS、WAP,GPS在物流企业应用的优势 1/3,提升物流企业的信息化程度，使