《GPS工作原理》课件.pptVIP

GPS工作原理全球定位系统(GPS)是利用卫星进行导航和定位的系统。GPS卫星发射信号，地面接收器接收信号，计算距离和位置。

GPS系统概述全球覆盖GPS系统由31颗卫星组成，分布在地球周围的多个轨道上，覆盖全球，为用户提供导航定位服务。精确定位GPS系统通过接收卫星信号，计算用户的位置、速度和时间，定位精度可达米级，甚至更高。实时导航用户可以实时获取位置信息，并利用导航设备进行路线规划、方向指引等，提高出行效率。

GPS系统组成11.空间段由24颗运行在地球周围的GPS卫星组成，分布在六个轨道平面上，每个轨道面上有4颗卫星，卫星不断地向地面发射导航信号。22.控制段在地面上建立的监测站、主控站和上传站组成，用于监控卫星运行状态，并对卫星进行控制和数据更新。33.用户段各种接收GPS信号的设备，例如汽车导航仪、手机、手持GPS接收机等，接收卫星信号并计算用户位置信息。

卫星定位原理信号发射GPS卫星不断向地面发射导航信号，包含时间信息和卫星轨道数据。信号接收用户接收机接收来自卫星的导航信号，并进行解码和分析。时间测量接收机测量信号从卫星到接收机的时间差，以此计算距离。定位计算接收机利用至少四颗卫星的信号，结合三角定位原理计算出用户的地理位置。

卫星轨道中地球轨道GPS卫星位于中地球轨道上，距离地球表面约20,200公里。倾斜轨道GPS卫星轨道与赤道面成55度的倾角，覆盖全球。12小时周期GPS卫星绕地球运行一圈需要12小时，每天绕地球运行两圈。星座布局GPS卫星星座由31颗卫星组成，其中24颗处于工作状态，7颗为备用卫星。

卫星的工作状态正常工作状态卫星正常运行，接收地面控制中心的指令并准确发送信号。卫星的时钟精确运行，并与地面基准时钟同步。异常工作状态卫星出现故障，例如时钟误差过大或信号传输中断。地面控制中心会监测卫星状态，并根据需要采取措施，例如重新启动或进行维修。

卫星发射运作1发射准备卫星组装测试发射场准备2发射过程点火升空脱离火箭3轨道调整进入预定轨道4运行测试信号传输数据采集卫星发射是一个复杂的过程，需要精密的计划和执行。从组装测试到发射过程，再到轨道调整，每个环节都至关重要。运行测试验证了卫星的正常工作状态，确保其能够提供稳定可靠的服务。

地面控制系统监控与管理监控卫星运行状态，确保信号质量。时间同步提供精确时间，用于卫星定位计算。数据处理接收卫星数据，进行处理和分析。数据传输将数据传输到用户接收机，提供定位信息。

用户接收机信号接收用户接收机内置天线，接收来自GPS卫星的信号，并进行处理。定位计算接收机使用接收到的信号数据，进行复杂的计算，以确定用户的位置、时间和速度。数据显示用户接收机将计算结果显示在屏幕上，或通过其他方式输出，如语音导航。

信号接收和跟踪1信号接收用户接收机接收来自卫星的无线电信号，这些信号包含了卫星的时钟信息、轨道信息以及其他数据。2信号处理接收机对信号进行解码，并提取出其中的信息，包括卫星的位置、时钟偏差、大气层延迟等。3信号跟踪为了保证定位精度，接收机需要持续跟踪卫星信号，并根据信号的变化进行调整，以确保接收信号的稳定性。

伪距测量伪距测量原理误差伪距卫星到接收机的信号传播时间乘以光速卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟、多路径效应测量方法接收机测量卫星信号的到达时间接收机钟差

载波相位测量载波相位测量利用接收机接收到的卫星信号载波的相位变化来确定接收机与卫星之间的距离。该方法可以实现更高的测量精度，达到毫米级或厘米级。相位测量方法可以克服伪距测量的缺点，并提供更精确的距离信息。然而，该方法也需要解决相位模糊的问题，通常需要使用差分GPS技术或其他辅助方法。

差分GPS技术11.提高定位精度差分GPS技术可消除GPS接收机中的系统误差，提高定位精度。22.降低定位误差差分GPS技术通过基准站和用户接收机之间的信号对比，消除误差源。33.应用广泛差分GPS技术广泛应用于测绘、导航、农业等领域，提高工作效率。

定位计算1测量值伪距、载波相位2误差修正钟差、大气延迟、多路径效应3坐标解算最小二乘法、卡尔曼滤波4结果输出经纬度、高度定位计算是将卫星测量的伪距和载波相位转化为用户位置坐标的过程。该过程需要进行误差修正，包括卫星钟差、大气延迟、多路径效应等，并采用最小二乘法或卡尔曼滤波等算法进行坐标解算。

单点定位精度单点定位精度指接收机所测得的位置与真实位置之间的误差。影响单点定位精度的因素包括卫星几何分布、接收机时钟误差、大气误差以及多路径效应。10-20米水平精度理想环境下水平精度可达10-20米。20-30米垂直精度垂直精度通常比水平精度低，约20-30米。5米差分GPS使用差分GPS技术可将精度提高到5米以内。

多路径效应GPS信号在传播过程中可能遇到各种障碍物，例如建