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GPS原理及其应用 主讲 刘云 GPS定义 GPS的英文全称是：Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 测量用户的 PVT： Position(三维位置) Velocity (三维速度) Time(时间) 目前，拥有定位系统的国家或地区: 美国——GPS(始建于1973年) 俄罗斯——GLONASS（始建于1978年目前在轨道上只有6颗星可用 ） 欧盟——Galileo(伽利略计划)（始建于2002年） 日本——准天顶卫星系（2008年投入使用） 中国——北斗导航定位卫星（2002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日，我国自主研发的“北斗运营服务平台”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，北斗导航定位系统的大规模应用进入了实质性阶段。 扩频通信基础知识--伪随机码 扩频通信技术基础知识 扩频系统原理示意(1) 扩频系统原理示意(2) 扩频系统原理示意(3) 扩频/解扩频 扩频/解扩原理－频域解释 扩频技术 扩频技术 测距伪随机码 每一卫星播发一个伪随机测 距 码信号，该信号大约每1毫秒播 发一次 接收仪同时复制出一个同样结构的 信号并与接收到的卫星信号进行比较。 由信号的延迟时间(dT)推算出 卫星至接收仪的距离 接收仪时钟应与卫星钟校时 一个简单的CDMA发射机--仲恺通信原理试验箱方案 相应的CDMA接收机 Gold同步 捕获:使本地产生的Gold码与接收到的Gold码相位误差小于1个码片 跟踪:在捕获的基础上，完全对准接收信号Gold码与本地Gold码。 Gold同步第一步：捕获 Gold同步第二步：跟踪 载波相位观测 载波L1的波长为19cm ，L2的波长为24 cm 接收仪将接收到的卫星载波信号的相位与其自身产生 的参考载波信号的相位进行比较 接收仪开机后，相位整周数未知 (带有整周模糊度) 跟踪卫星时间较长时距离的变化可以测定(整周数保持 不变 ) GPS模块 市场上的GPS模块很多，大致可分为三种： 单点模式产品，如MOTOROLA M12、GARMIN GPS 25LＰ、GPS 15L等，其单点定位精度为１５m左右。 GPS/GLONASS双系统产品，如ARGO-16GPS/GLONASS,其定位精度与单点模式产品相似，但在定时精度上高一些，价格也略高一些。 差分GPS系统，其实就是使用单点模式产品的差分功能进行差分GPS（DGPS）定位，其定位精度大大提高。但此种方式需要自建一个基准站，因此费用太高。 Garmin GPS 15L GPS15L在加电后基本运行过程： （1）自检。加电后开始自检，并通过输出通道报告自检结果，自检过程将检测RAM、flash、接收器、实时时钟和晶振。 （2）初始化。自检完毕后，将开始卫星探测和跟踪过程。整个探测过程是完全自动，正常情况下，GPS 15L将用45s的时间获取位置定位信息，之后通过输出通道传送有效位置、速度和时间信息。 （3）导航。探测完毕后，GPS 15L将通过输出通道发送有效的导航信息，包括经纬度、海拔、速度、日期/时间、误差估计、卫星和接收器状态。 （4）卫星数据收集。在运行时，GPS 15L将自动更新卫星轨道数据。 Garmin GPS 15L GPS15L硬件接口 Garmin GPS 15L与计算机连接 Garmin GPS 15L与单片机连接 Garmin GPS 15L语句格式说明 代码走读及参考文献 源代码参见 Xll Vl Xl lll l ll lV V Vll Vlll X lX 距 离 测 定 原 理 Xll Vl Xl lll Vll 距 离 测 定 原 理 Xll Vl Xl lll l ll lV V Vll Vlll X lX 距离 = 传播时间 x 光速 距 离 测 定 原 理 GPS采用的单程测距原理（单工通信）。这就要求卫星时钟与接收机时钟要严格同步。但实际上，两者难于严格同步，因此存在不同步误差，另外，测距码在大气中传播还受到大气电离层折射及大气对流层的影响，产生延迟误差。因此，测距码所求得距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称其为“伪距”。 由于卫星钟差、电离层折射和大气对流的影响，可以通过导航电文中所给的有关参数加以修正，而接收机的钟差却难以预先准确地确定，所以把接收机的钟差当作一个未知数，与测站坐标一起解算。这样，在一个观测站上要解出4个未知参数，即3个点位坐标分量和1个钟差参数，所以至少同时观测4颗卫星。 伪距测量与载波相位测量 （1）伪距测量 伪距——由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由