《导航定位技术概论》大作业1106840627梁文聪.docxVIP

GPS 技术及其在农业上的应用姓名：梁文聪专业：软件工程学号：1106840627引言：GPS 是全球卫星定位系统(Global Positioning System，GPS)的英文缩写，意 为利用卫星导航进行测时和测距,以构成全球卫星定位系统，能提供个人候的定 位、授时、测速功能。自 1973 年美国军方批准成立联合计划局开始 GPS 的研究 工作到 1993年系统建成,该工程历时 20 年，耗资 300 亿美元，成为继阿波罗登 月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。 它从根本上解决了人类在地 球上的导航和定位问题， 在军事和工农业等领域得到了广泛的应用。给导航和定 位技术带来了巨大的变化。关键词：GPS 的基本架构及特点，卫星信号，地面定位功能，定位精度正文：GPS的基本架构及特点 GPS 是一种精密的卫星导航定位系统。该系统由 24 颗绕地球旋转的卫星组成，卫星 连续不断地发送位置和时间信息。这些卫星均匀地分布在 6 个轨道上，每个轨道 有 4 颗卫星。地面 GPS 接收机可接收 5 到 12 颗卫星信号。为实现地面定位功 能，GPS 接收机至少需要接收 4 个卫星信号，其中 3 个信号用来计算 GPS 接收 机的纬度、经度和海拔高度，第四个信号提供同步时间校准。 GPS 系统主要分为三个部分：其一、卫星，在天上提供定位信息；其二、控制系 统，在地面维护卫星的正常运转，保证卫星的健康状态；其三、接收机，一般用 户所使用的部分。其定位原理是将地球分为 12 个横切面，每个横切面上有两颗 定位卫星，互成 180 度的夹角，因而站在地球上的任一点，头顶上总有十二颗定 位卫星。卫星与卫星之间的距离、坐标和角度是已知的，卫星和人之间的距离是 可测量的， 根据几何原理， 通常接收机只要接到三颗卫星的信息便可确定二维坐 标即经纬度，接收到四颗卫星的信息便可确定海拔高度。 GPS基本原理 GPS 的工作原理，简单地说来，是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。首先我 们假定卫星的位置为已知， 而我们又能准确测定我们所在地点 A 至卫星之间的距离， 那么 A 点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点 A 至另 一卫星的距离，则 A 点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星 的距离，就可以确定 A 点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很 容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量 A 点至另一个卫星的距离，也能精确 进行定位。 以上所说，要实现精确定位，要解决两个问题：一是要确知卫星的准确位置； 其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。GPS 卫星最终的 GPS 方案是由 21 颗工作卫星和 3 颗在轨备用卫星组成。卫星分布在 互成 60°的 6 个轨道平面上，轨道倾角为 55°。这样的卫星配置基本上保证了 在地球任何位置均能同时观测到 4 颗卫星。卫星的运行轨道呈圆形，长半轴为 26560KM，倾角为 64°，轨道高度约 20000KM。卫星重 774Kg，主体呈柱形， 直径为 1.5M,星体两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板,全长 5.33M,接受 日光面积 7.2 平方米,以保证卫星正常工作的供电。地面支撑系统在导航定位中， 首先必须知道卫星的位置。 而位置是由卫星星历计算出来的， 地面支撑系统测量和计算每颗卫星的星历，编辑成电文发送给卫星，再由卫星实 时地播发给用户。这就是卫星提供的广播星历。工作卫星的地面支撑系统包括 1 个主控组、3 个注入站和 5 个监测站。如图 1 所示。 监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。每个 监测站配有 GPS 接收机，对每颗观测数据送往主控站。 主控站拥有大型电子计算机，用作主体数据采集、计算、传输、诊断和编辑 等。主要完成： （1） 采集数据 （2） 编辑导航电文 （3） 诊断 （4） 调整卫星 主控站将编辑的卫星电文传送到三个注入站，定时将这些信息注入各个卫星。2.3 用户接收机上述的两大部分是由专门机构投资建立，维护和运行的，一旦工作，就昼夜 不停地发送导航定位信息，可供无数用户免费共享。因此，世界各国的公司、研 究机构陆续研制出各种类型的接收机。 GPS 接收机的种类众多， 但其结构基本一 致。GPS 接收机可分为天线单元和接收单元两部分。 1) 天线单元由接收天线和前置放大器组成。前置放大器是关键性部件，要求具 有噪声系数小、增益高和动态范围大的特点。 2) 接收单元由信号通道单元、存储单元和计算与显示等单元组成： a.信号通道单元，用于接收来自天线单元的信号。通常有 1－12 个通道，每一通 道在某一时刻只能跟踪一颗卫星。当此卫星被琐定后，便占据了这一通道。 b.存