44GPS简介

GPS简介全球定位系统GPS（GlobalPositioningSystem），是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。GPS定义1957年10月第一颗人造地球卫星上天，电子导航应运而生利用多普勒频移原理1964年建成子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年投入使用。经历20年，耗资300亿美元，是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。CPS产生与发展美国GPS：由美国国防部于20世纪70年代初开始设计、研制，于1993年全部建成。1994年，美国宣布在10年内向全世界免费提供ＧＰＳ使用权，但美国只向外国提供低精度的卫星信号。据信该系统有美国设置的“后门”，一旦发生战争，美国可以关闭对某地区的信息服务。欧盟“伽利略”：1999年，欧洲提出计划，准备发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。2009年该计划正式启动。俄罗斯“格洛纳斯”：尚未部署完毕。始于上世纪70年代，需要至少18颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境；如要提供全球定位服务，则需要24颗卫星。中国“北斗”：2003年我国北斗一号建成并开通运行，不同于GPS，“北斗”的指挥机和终端之间可以双向交流。北斗二号系列卫星今年起将进入组网高峰期，预计在2015年形成由三十几颗卫星组成的覆盖全球的系统。目前，已经发射5颗“北斗”卫星。全球四大CPS系统GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户GPS接收机三部分组成。CPS的组成1.空间部分由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成，它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55°，坐标系统为WGS84。。截止2004年3月为止，在轨卫星共29颗，星号为1－11，13－18，20－31。目前，GPS星座已真正实现全球覆盖，不再有盲区，全天24小时任何时间都能精密定位。2.地面控制部分地面控制站负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离、大气校正等数据。2.地面控制部分Coloradosprings55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajalein1个主控站:Coloradosprings(科罗拉多.斯平士)。3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、DiegoGarcia(迭哥伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。5个监控站：以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。2.地面控制部分Coloradosprings55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajalein主控站作用：综合监控站传送的卫星资料来调整卫星，维护卫星系统的精度与正常运作。注入站及监控站作用：负责追踪接收卫星的资料及轨道、时钟参数。3.用户接收机部分（GPS信号接收机）3.用户接收机部分接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。3、用户接收机部分（GPS信号接收机）GPS接收机的基本类型分导航型和大地型。大地型接收机又分单频型和双频型。图片：导航型GPS机手持型GPS机图片：大地型GPS接收机单频机双频机单频接收机单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（15km）的精密定位。双频接收机双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。陆地应用：主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；海洋应用：包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；航空航天应用：包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。CPS主要用途GPS接收机在地面上接受位于天上的至少4颗GPS定位卫星的信号（电磁波）。根据定位信号到达GPS接收机的时间差，GPS接收机就可以计算出自己距离卫星的准确距离。又因为GPS定位卫星在天上的位置是已知的，所以可以通过公式，把这个位置和刚刚得到的距离，换算出GPS接收机在地面的位置（经纬度、海拔等等）。CPS定位原理18地球轨道GPS卫星电离层大气层接收机当1颗卫星定位到接收机时：卫星信息以光速向地面发射；接收机在接收到卫星信息时，记录接受时间，利用收发时间差，由公式算出与卫星间的距离X。在地球表面上，卫星与接收器的距离为X的点，只有一个球面。2020/2/25当有2个卫星定位到接收机时，接收机所在位置，就只剩下一个圆圈。当有3个卫星定位到接收机时，接收机所在位置，就只剩下两个点。以此类推，收到4个卫星的信号就可以判断出接收器的位置。22使用限制–完全遮蔽（室內）–部分遮蔽（山谷、都市）–浓密森林2020/2/25GPS信息传输CarrierWave（载波，L1/L2)Coarse/AcquisitionCode（测距码）PreciseCode（美国军方使用）NavigationMessageGPS系统使用的伪码一共有两种：（1）C/A码：频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；（2）军用的P（Y）码：P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。GPS接收機航跡、航點下載及上傳GPS衛星GPS資料傳輸軟體＋Internet航點資料下載坐標及格式轉換新增空間資料空間資料接收资料下载资料资料处理坐标转换电脑制图GPS定位方法分类（1）绝对/单点定位(pointpositioning)确定观测点在WGS-84系中的坐标，即绝对位置。（2）相对定位(relativepositioning)确定确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置（坐标差）的定位方法。GPS的后处理测量方法1．静态测量(staticsurveying)（1）方法：将几台GPS接收机安置在基线端点上，保持固定不动，同步观测4颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几分钟至1小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。（2）用途是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。（3）精度可达到（3mm+1ppm）2．动态测量(kinematicsurveying)（1）方法：先建立一个基准站，并在其上安置接收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第1点静止观测数分钟后，在其他点依次观测数秒。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。动态相对定位的作业范围一般不能超过15km。（2）用途：适用于精度要求不高的碎部测量等。（3）精度：可达到（10mm+1ppm）图形：相对定位模式静态相对定位模式流动站动态相对定位模式基准站3．GPS实时动态定位RTK(real-timekinematic)（1）工作原理及方法与动态相对定位方法相比，定位模式相同，仅要在基准站和流动站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。（2）RTK用途适用于精度要求不高的施工放样及碎部测量（3）作业范围目前一般为10km左右（4）精度可达到（10mm+1ppm）RTK（RealTimeKinematic）实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分GPS（RTDGPS）技术，它是测量技术发展里程中的一个突破，它由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成。在基准站上安置1台接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度（即基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H，加上基准坐标得到的每个点的WGS－84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H）。在GPS测量中，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK（Real-timekinematic）时差分定位是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它的出现极大地提高了野外作业效率。在传统RTK作业模式下，基准站(连入当地的CORS系统得到WGS84坐标)是通过数据电台将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站的，流动站接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据进行实时处理，同时给出厘米级定位结果。但传统的数传电台由于环境与功率衰减的影响，在遇建筑物或山体等障碍物遮挡时，导致数据传输的效果和距离都不能达到预期的效果。3．GPS实时动态定位RTK(real-timekinematic)GPS误差来源•GPS卫星误差–轨道误差–卫星几何分布•信号传输误差–电离层延迟–对流层延迟–多路径效应•接收机误差–时钟误差•使用者误差–观测车载导航系统的最新发展趋势是利用蓝牙(Bluetooth)无线技术，接收车载GPS传送过来的信号。这样，车载系统只需要接收和处理卫星信号，显示装置则负责地图的存储和位置的重叠。如果已经有了掌上型电脑，只需要购买一个信号接收器和成图软件就可以了；掌上电脑就做到了一机多用。其实，很多手机已经具备了GPS的功能，若是加上了地图的重叠功能，就可以变成一套移动导航系统。GPS发展趋势基于3S技术行业系统软件不同领域的应用例如：基于移动3S技术研发而成的星瑞源森林资源调查系统处了拥有手持GPS导航定位功能外还具有（1）任意加载各种遥感影像图，扫描地形图，传统矢量图并可以自动接边，缩略图智能生成；（2）资源调查属性库自定义，点线面图层定义管理；（3）高精度面积测量，两点距离精度测量；（4）高精度野外测点与配准；（5）各种坐标相互转换，多种数据格式转换。彻底实现了资源调查的无纸化和自动化。GPS发展趋势GPS操作举例北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem﹞北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。前3者与欧盟的GALILEO并称全球四大卫星导航系统。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。第8、9、10颗北斗卫星于2011年被长征三号甲运载火箭送入太空预定转移轨道。2011年12月，北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其表示，北斗卫星导航系统将在2020年形成全球覆盖能力。