GPS定位原理介绍.ppt

Introduction to Code Phase GPS Positioning GPS定位原理介绍 慨 要（ Overview） GPS起源 GPS工作原理 GPS现状 在GPS 出现之前，曾有…(Before GPS There Was…) ...Now 现在 什么是GPS？ 精度更高的定位系统 由美国国防部发展与维护 基于卫星 使用精度受到美国国会相关法规限制 信号开放 使用不受限制 为何使用卫星测图？ Line of sight is not necessary 无需通视 GPS是基于卫星而定位的 用卫星进行三角法测量 25颗卫星 卫星轨道高度约2万公里 基于今天的技术基础才能作到： 电脑及精确时钟 精度如何？ 精度受以下因素影响 测量时间 信号接收 卫星相关定位 GPS绝对定位精度优于100米（现已提高） GPS差分精度优于5米 测量型产品可优于厘米级精度 美国政府可以降低精度 5个步骤 卫星三角测量 通过测量与几个卫星的距离来确定地面位置 Trilateration三角测量 一个卫星观测量确定一个球面 Trilateration三角测量 二个卫星观测量确定一个相交圆 Trilateration三角测量 三个卫星观测量确定出两个点 Trilateration三角测量 第四颗卫星观测能确定 两个点中的一点 Trilateration三角测量 实际上观测三颗卫星就足够了： 由于存在明显的错误，我们能剔除两个点中的一个 超出空间 一个更高的速度运行 但是我们需要第四颗卫星观测来剔除时钟误差 Satellite Ranging卫星测量范围 测量卫星离地距离 测量载波信号传播时间 以光速测量 依据信号到达地球的时间来进行测量 时间乘以30万公里/秒 Time (sec) x 300,000 = km 如果接收机装了一个精确时钟，我们仅需要知道信号离开卫星的确切时间 如何确定信号离开卫星的时间？ 绝妙的解决方案 在接收机和卫星上采用相同的代码 卫星及接收机在同一时间产生相同的代码 通过观察接收机多久以前产生了与来至卫星 相同的代码来确定卫星信号传播的时间 Why a Code?什麽是代码 代码允许多颗卫星在同一频率上使用 代码为我们提供一种增强信噪比的办法 精确时钟 需要测量传播时间 确保接收机和卫星之间是同步 整个系统依靠非常精确的时钟 卫星上使用原子时钟 精确但较昂贵 地面接收机需要一致的时钟 校正接收机时钟的决窍是接收另外的卫星 The Idea Situation理想状况 精确时钟 增加第三颗卫星 时钟精确 若有时钟较快 第三颗测量卫星 时钟过快 需要四颗卫星确定三维坐标 If we are looking at the previous slides in 3d then we need如果在三维状态下测边，需要： 4 satellites for 3d position (X, Y, Z, time)四颗卫星测三维坐标（时间） 3 satellites for 2d position (X, Y, time) - user must enter Z value三颗卫星测两维—用户必需输高程 Problem - if user enters poor Z, then X and Y will be incorrect! 如果不输入高程，将导致X、Y不正确 Solution - work only in 3D!只能在三维条件下工作 知道卫星的位置 毕竟，她们离地2万公里 高空轨道 很稳固的轨道 没有大气影响 抗干扰能力强 覆盖全球 由美国国防部监控 监控站、注入站向卫星传送修正值 由卫星向用户传送状态信息 如何知道卫星的位置 大气层改正 提供预估改正 信号在电离层和对流层中的时延 接收机对这些时延的预估改正 GPS现状 1973从年1973开始发展 1978年第一颗卫星升空 全部卫星完成建造和试验 第二代卫星（ Block II R)正在进行构建 由美国国防部经营管理 空间部分的说明 25颗卫星（现31颗） 6个成55°角的循环轨道面 每个轨道面有4~5颗卫星 高空轨道 高度为2万公里 一个近似回归的轨道面 周期为12小时 精确的轨道面 适应能力强 覆盖范围广 (Sept. 1995)当前的卫星 SV number 卫星号 *10 14 13 16 19 17 18 20 21 PRN 通道 12 14 2 16 19 17 18 20 21 Launch 时间 09-08-84 02-14-89 06-10-89 08-18-89 10-21-89 12-11-89 01-24-90 03-25-90 08-02-90 SV number 卫星号