GPS原理及其应用.ppt

1、GPS原理及其应用主讲 刘云GPS定义nGPS的英文全称是：Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position Systemn测量用户的 PVT：nPosition(三维位置三维位置)nVelocity(三维速度三维速度)nTime(时间时间)日常生活中的GPS3日常生活中的GPS车载手机4日常生活中的GPSnDeray 的北京到巴黎 單車旅行（http:/btp.deray.org/）GPS定位技术与应用5目前，拥有定位系统的国家或地区:n n美国GPS(始建于19731973年年)n n俄罗斯GLONASS（始建于19781978

2、年目前在轨道上只有6 6颗星可用颗星可用 ）n n欧盟Galileo(伽利略计划)（始建于（始建于20022002年）年）n n日本准天顶卫星系（20082008年投入使用）年投入使用）n n中国北斗导航定位卫星（20022002年已应用，07年5月25日，我国第三颗“北斗一号”卫星发射成功，6月1 1日，我国自主研发的日，我国自主研发的“北斗运营服务平台北斗运营服务平台”正式开通，这标志着我国正式开通，这标志着我国已经拥有了完全自主的卫星导航系统，北斗导航已经拥有了完全自主的卫星导航系统，北斗导航定位系统的大规模应用进入了实质性阶段。定位系统的大规模应用进入了实质性阶段。GPSGPS系统的特

3、点系统的特点:1 1 1 1、全球，全天候工作、全球，全天候工作、全球，全天候工作、全球，全天候工作 2 2 2 2、功能多，应用广、功能多，应用广、功能多，应用广、功能多，应用广 3 3 3 3、测站之间无需通视、测站之间无需通视、测站之间无需通视、测站之间无需通视 4 4 4 4、定位精度高、定位精度高、定位精度高、定位精度高 ，隐蔽性好，隐蔽性好，隐蔽性好，隐蔽性好5 5 5 5、观测时间短、观测时间短、观测时间短、观测时间短 6 6 6 6、提供三维坐标、提供三维坐标、提供三维坐标、提供三维坐标 7 7 7 7、操作简便、操作简便、操作简便、操作简便 8 8 8 8、免费、容易、免费、

4、容易、免费、容易、免费、容易 有人说过，只有我们想不到的，没有有人说过，只有我们想不到的，没有GPSGPS做不到的。做不到的。有人预言，有人预言，GPSGPS将改变我们的生活方式。将改变我们的生活方式。空间星座部分空间星座部分空间星座部分空间星座部分（空间部分）（空间部分）（空间部分）（空间部分）地面支撑系统地面支撑系统地面支撑系统地面支撑系统 （地面监控部分）（地面监控部分）（地面监控部分）（地面监控部分）GPSGPSGPSGPS接收机接收机接收机接收机 （用户部分）（用户部分）（用户部分）（用户部分）空间部分由24颗GPS卫星组成地面监控系统由监测站、主控站、注入站组成用户部分由GPS接收

5、机组成监测站注入站主控站GPSGPS卫星系统的组成卫星系统的组成GPSGPS系统的组成系统的组成由21颗工作卫星和3颗备用卫星。空间部分空间部分n n24颗卫星（21+3）n n6个轨道平面（相互交角60）n n55轨道倾角(相对于赤道面)n n20200km轨道高度（地面高度）n n11h58min（恒星时）轨道周期n n5h7min出现在地平线以上（每颗星）GPSGPS系统中卫星的作用系统中卫星的作用 用用L L波段的两个无线载波波段的两个无线载波(19cm(19cm和和24cm24cm波波)向广向广大用户连续不断地发送导航定位信号。大用户连续不断地发送导航定位信号。在卫星飞越注入站上空时

6、，接收由地面注入在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站不断发送到卫星的导航电文和其它有关信息，并站不断发送到卫星的导航电文和其它有关信息，并通过通过GPSGPS信号电路，适时地和发送给广大用户。信号电路，适时地和发送给广大用户。接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。GPSGPSGPSGPS地面监控部分地面监控部分地面监控部分地面监控部分 1个主控站个主控站 3个注入站个注入站 5个监测站个监测站 斯斯斯斯平平平平士士士士 阿阿阿阿松松松松森森森森岛岛岛岛 狄狄狄狄哥哥

7、哥哥 伽伽伽伽西西西西亚亚亚亚卡卡卡卡瓦瓦瓦瓦迦迦迦迦兰兰兰兰夏夏夏夏威威威威夷夷夷夷岛岛岛岛 太平洋太平洋印度洋印度洋大西洋大西洋用户设备用户设备空间部分空间部分（24星）星）单工单工不断发出测距波5个监控站3个注入站1个主控站双工双工单工单工地面监地面监控系统控系统地点地点地点地点：位于科罗拉多的斯平士：位于科罗拉多的斯平士：位于科罗拉多的斯平士：位于科罗拉多的斯平士(Colorado Springs)(Colorado Springs)(Colorado Springs)(Colorado Springs)的的的的 联合空间执行中心联合空间执行中心联合空间执行中心联合空间执行中心(CSO

8、C)(CSOC)(CSOC)(CSOC)(1)(1)主控站主控站 设备设备设备设备：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、计算、传输、诊断、编辑等。计算、传输、诊断、编辑等。计算、传输、诊断、编辑等。计算、传输、诊断、编辑等。作用作用作用作用：（一）采集数据（一）采集数据（一）采集数据（一）采集数据（二）编辑电文（二）编辑电文（二）编辑电文（二）编辑电文（三）诊断功能（三）诊断功能（三）诊断功能（三）诊断功能（四）调整卫星（四）调整卫星（四）调整卫星（四）调整卫星(2

9、)(2)注入站注入站地地地地点点点点：三三三三个个个个站站站站分分分分别别别别设设设设大大大大西西西西洋洋洋洋的的的的阿阿阿阿松松松松森森森森(Ascension)(Ascension)(Ascension)(Ascension)岛岛岛岛、印印印印度度度度洋洋洋洋的的的的狄狄狄狄哥哥哥哥伽伽伽伽西西西西亚亚亚亚(Diego(Diego(Diego(Diego Garcia)Garcia)Garcia)Garcia)和和和和太太太太平平平平洋洋洋洋的的的的卡卡卡卡瓦瓦瓦瓦迦兰迦兰迦兰迦兰(Kwajalein)(Kwajalein)(Kwajalein)(Kwajalein)的三个美国军事基地上。

10、的三个美国军事基地上。的三个美国军事基地上。的三个美国军事基地上。设备设备设备设备：一台直径一台直径一台直径一台直径3.6m3.6m3.6m3.6m的天线，一台的天线，一台的天线，一台的天线，一台S S S S波段发射机和一台计算机。波段发射机和一台计算机。波段发射机和一台计算机。波段发射机和一台计算机。作用作用作用作用：主主主主控控控控站站站站将将将将编编编编辑辑辑辑的的的的卫卫卫卫星星星星电电电电文文文文传传传传送送送送到到到到位位位位于于于于三三三三大大大大洋洋洋洋的的的的三三三三个个个个注注注注入入入入站站站站，定定定定时时时时将将将将这这这这些些些些信信信信息息息息注注注注入入入入各

11、各各各个个个个卫卫卫卫星星星星，然然然然后后后后由由由由GPSGPSGPSGPS卫卫卫卫星星星星发发发发送送送送给给给给广广广广大大大大用用用用户户户户，这这这这就就就就是是是是所所所所用用用用的的的的广广广广播播播播星星星星历历历历。此此此此外外外外，注注注注入入入入站站站站能能能能主主主主动动动动向向向向主主主主控控控控站站站站发发发发射射射射信信信信号号号号，每每每每分分分分钟钟钟钟报报报报告告告告一一一一次次次次自自自自己己己己的的的的工作状态。工作状态。工作状态。工作状态。(3)(3)监测站监测站 作用：作用：作用：作用：对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进

12、行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向 主控站提供观测数据。主控站提供观测数据。主控站提供观测数据。主控站提供观测数据。设设设设备备备备：监监监监控控控控站站站站有有有有双双双双频频频频GPSGPSGPSGPS接接接接收收收收机机机机，对对对对每每每每颗颗颗颗卫卫卫卫星星星星长长长长年年年年连连连连续续续续不不不不断断断断地地地地进进进进行行行行 观观观观测测测测，每每每每6 6 6 6秒秒秒秒进进进进行行行行一一一一次次次次伪伪伪伪距距距距测测测测量量量量和和和和积积积积分分分分多多多多普普普

13、普勒勒勒勒观观观观测测测测，采采采采集集集集气气气气象要素等数据象要素等数据象要素等数据象要素等数据 监监监监测测测测站站站站是是是是一一一一种种种种无无无无人人人人值值值值守守守守的的的的数数数数据据据据采采采采集集集集中中中中心心心心，受受受受主主主主控控控控站站站站的的的的控控控控制制制制，定定定定时时时时将将将将观观观观测测测测数数数数据据据据送送送送往往往往主主主主控控控控站站站站。五五五五个个个个监监监监测测测测站站站站分分分分布布布布在在在在美美美美国国国国本本本本土土土土和和和和三三三三大大大大洋洋洋洋的的的的美美美美军军军军基基基基地地地地上上上上，保保保保证证证证了了了了全

14、全全全球球球球GPSGPSGPSGPS定定定定轨轨轨轨的的的的精精精精度度度度要要要要求求求求。由由由由这这这这五五五五个个个个监监监监测站提供的观测数据形成了测站提供的观测数据形成了测站提供的观测数据形成了测站提供的观测数据形成了GPSGPSGPSGPS卫星实时发布的广播星历。卫星实时发布的广播星历。卫星实时发布的广播星历。卫星实时发布的广播星历。地地地地点点点点：五五五五个个个个监监监监测测测测站站站站：除除除除一一一一个个个个主主主主控控控控站站站站、三三三三个个个个注注注注入入入入站站站站兼兼兼兼作作作作外外外外，还还还还有有有有一一一一个在夏威夷岛个在夏威夷岛个在夏威夷岛个在夏威夷岛

15、=用户部分观测和记录由若干卫星发送的数据用户部分观测和记录由若干卫星发送的数据,并运并运用数学方法求得三维空间位置以及时间和速度用数学方法求得三维空间位置以及时间和速度GPSGPS用户部分用户部分用户部分用户部分 用用用用户户户户部部部部分分分分包包包包括括括括用用用用户户户户组组组组织织织织系系系系统统统统和和和和根根根根据据据据要要要要求求求求安安安安装装装装相相相相应应应应的的的的设设设设备备备备，但但但但其其其其中中中中心心心心设设设设备备备备是是是是GPSGPSGPSGPS接接接接收收收收机机机机。它它它它是是是是一一一一种种种种特特特特制制制制的的的的无无无无线线线线电电电电接接接

16、接收收收收机机机机，用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据。用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据。用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据。用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据。G G G GP P P PS S S S用用用用户户户户设设设设备备备备GPSGPSGPSGPS接收机硬件接收机硬件接收机硬件接收机硬件机内软件机内软件机内软件机内软件GPSGPSGPSGPS数据的后期处理软件数据的后期处理软件数据的后期处理软件数据的后期处理软件天线单元天线单元天线单元天线单元接收单元接收单元接收单元接收单元前置放大器前置放大器前置放大器前置放大器接收天线接收天线接收天线接收天线TOPCONTOPCON产品产品Leica GPS接收机接收机南方仪器厂南方仪器厂图片：导航型GPS机手持型手持型GPS机机车载型车载型GPS机机图片：大地型GPS接收机单频机单频机双频机双频机1.GPS1.GPS卫星信号的组成卫星信号的组成GPSGPS定位的基本原理定位的基本原理卫星信号卫星信号卫星信号卫星信号 载波信号载波信号载波信号载波信号(L(L(L(L1 1 1 1