第十二章 GPS測(cè)量簡介

1、2021年7月4日 1 2021年7月4日 2 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 GPS 歷史歷史 傳傳 統(tǒng)統(tǒng) 測(cè)測(cè) 量量 技技 術(shù)術(shù) 的的 缺缺 陷陷 GPS 優(yōu)優(yōu) 勢(shì)勢(shì) GPS 的的 主主 要要 特特 性性 GPS 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 組組 成成 距距 離離 測(cè)測(cè) 定定 的的 基基 本本 原原 理理 點(diǎn)點(diǎn) 位位 測(cè)測(cè) 定定 的的 基基 本本 原原 理理 GPS 的的 信信 號(hào)號(hào) 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 測(cè)測(cè) 距距 碼碼 偽偽 距距 測(cè)測(cè) 量量 載載 波相波相 位位 測(cè)測(cè) 量量 選選 擇擇 可可 用用 性性 技技 術(shù)術(shù) Selective Availability(SA) 誤誤 差差 來來 源源 差差 分分 GPS

2、 (初始初始)整整 周周 未未 知知 數(shù)數(shù) 整整 周周 未未 知知 數(shù)數(shù) 的的 解解 算算 精精 度度 因因 子子 要要 點(diǎn)點(diǎn) 小小 結(jié)結(jié) 2021年7月4日 3 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 GPS 歷史歷史 1957年年10月，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功月，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功 1958年底，美國海軍武器實(shí)驗(yàn)室開始建立為美國軍用艦艇導(dǎo)航服務(wù)的年底，美國海軍武器實(shí)驗(yàn)室開始建立為美國軍用艦艇導(dǎo)航服務(wù)的“海軍導(dǎo)海軍導(dǎo) 航衛(wèi)星系統(tǒng)航衛(wèi)星系統(tǒng)”(Navy Navigation Satellite System，簡稱，簡稱NNSS) 計(jì)劃計(jì)劃,NNSS 于于1964年建成并在美國軍方使用，

3、年建成并在美國軍方使用，1967年年7月月29日美國政府宣布解密日美國政府宣布解密NNSS 部分導(dǎo)航電文供民用。部分導(dǎo)航電文供民用。 NNSS共有共有6顆工作衛(wèi)星，距離地球表面的平均高度約為顆工作衛(wèi)星，距離地球表面的平均高度約為1070km 因運(yùn)行軌道面均通過地球南北極構(gòu)成的子午面，又稱為因運(yùn)行軌道面均通過地球南北極構(gòu)成的子午面，又稱為“子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)” 使用的衛(wèi)星接收機(jī)稱多普勒接收機(jī)使用的衛(wèi)星接收機(jī)稱多普勒接收機(jī) 與傳統(tǒng)導(dǎo)航、定位方法比較，使用與傳統(tǒng)導(dǎo)航、定位方法比較，使用NNSS導(dǎo)航和定位具有不受氣象條件的影響、導(dǎo)航和定位具有不受氣象條件的影響、 自動(dòng)化程度較高和定位精度

4、高的優(yōu)點(diǎn)自動(dòng)化程度較高和定位精度高的優(yōu)點(diǎn) NNSS缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：工作衛(wèi)星少、運(yùn)行高度較低，多普勒接收機(jī)的觀測(cè)時(shí)間較長，工作衛(wèi)星少、運(yùn)行高度較低，多普勒接收機(jī)的觀測(cè)時(shí)間較長， 不能為用戶提供連續(xù)實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航服務(wù)不能為用戶提供連續(xù)實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航服務(wù) 大地測(cè)量靜態(tài)定位，一個(gè)測(cè)站平均觀測(cè)時(shí)間大地測(cè)量靜態(tài)定位，一個(gè)測(cè)站平均觀測(cè)時(shí)間12天，不能達(dá)到天，不能達(dá)到cm級(jí)的定位精級(jí)的定位精 度度 2021年7月4日 4 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 為滿足軍事和民用部門對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航的迫切要求為滿足軍事和民用部門對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航的迫切要求 1973年年12月，美國國防部開始組織陸?？杖娐?lián)合研制新一代軍用衛(wèi)

5、星導(dǎo)航月，美國國防部開始組織陸?？杖娐?lián)合研制新一代軍用衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)系統(tǒng) 英文全稱為英文全稱為“Navigation by Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System (NAVSTAR/GPS)” 中文意思是中文意思是“用衛(wèi)星定時(shí)和測(cè)距進(jìn)行導(dǎo)航用衛(wèi)星定時(shí)和測(cè)距進(jìn)行導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)”，簡稱，簡稱GPS 從從1989年年2月月14日第一顆工作衛(wèi)星發(fā)射成功日第一顆工作衛(wèi)星發(fā)射成功 到到1994年年3月月28日完成第日完成第24顆工作衛(wèi)星的發(fā)射顆工作衛(wèi)星的發(fā)射 GPS共發(fā)射了共發(fā)射了24顆顆，目前的衛(wèi)星數(shù)已經(jīng)超過，目前的

6、衛(wèi)星數(shù)已經(jīng)超過32顆顆 它們均勻分布在它們均勻分布在6個(gè)相對(duì)于赤道的傾角為個(gè)相對(duì)于赤道的傾角為55的近似圓形軌道上的近似圓形軌道上 每個(gè)軌道上有每個(gè)軌道上有4顆衛(wèi)星運(yùn)行，它們距地球表面的平均高度約為顆衛(wèi)星運(yùn)行，它們距地球表面的平均高度約為20200km 運(yùn)行速度為運(yùn)行速度為3800米米/秒秒，運(yùn)行周期，運(yùn)行周期 11小時(shí)小時(shí)58分分 每顆衛(wèi)星可覆蓋全球每顆衛(wèi)星可覆蓋全球38的面積，可保證在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻、在的面積，可保證在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻、在 高度高度15以上的天空同時(shí)能觀測(cè)到以上的天空同時(shí)能觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星顆以上衛(wèi)星 GPS投入使用，投入使用，NNSS 于于1996年年1

7、2月停止使用月停止使用 2021年7月4日 5 定位精度高定位精度高 GPS相對(duì)定位精度在相對(duì)定位精度在50km以內(nèi)可達(dá)以內(nèi)可達(dá)10-6 ，100-500km可可 達(dá)達(dá)10-7 ，1000km可達(dá)可達(dá)10-9 。在。在300-1500m工程精密定位工程精密定位 中，中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于1mm 。 觀測(cè)時(shí)間短觀測(cè)時(shí)間短 20KM以內(nèi)快速靜態(tài)相對(duì)定位，僅需以內(nèi)快速靜態(tài)相對(duì)定位，僅需15-20分鐘；分鐘；RTK測(cè)測(cè) 量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與參考站相距在量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與參考站相距在15KM以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)以內(nèi)時(shí)，流動(dòng) 站觀測(cè)時(shí)間只需站觀測(cè)時(shí)

8、間只需1-2分鐘。分鐘。 測(cè)站間無須通視測(cè)站間無須通視 可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無需點(diǎn)間通視，點(diǎn)位位置可可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無需點(diǎn)間通視，點(diǎn)位位置可 根據(jù)需要，可稀可密，使選點(diǎn)工作甚為靈活，也可省去經(jīng)根據(jù)需要，可稀可密，使選點(diǎn)工作甚為靈活，也可省去經(jīng) 典大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測(cè)量工作。典大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測(cè)量工作。 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 6 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 可提供三維坐標(biāo)可提供三維坐標(biāo) GPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)(平面平面+大地高大地高)。通過局部大地水準(zhǔn)面。通過局部大地水準(zhǔn)面 精化，精化，GPS水準(zhǔn)可滿

9、足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。 操作簡便操作簡便 全天候作業(yè)全天候作業(yè) GPS觀測(cè)可在一天觀測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行。小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行。 功能多、應(yīng)用廣功能多、應(yīng)用廣 可用于測(cè)量、導(dǎo)航，精密工程的變形監(jiān)測(cè)，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)?？捎糜跍y(cè)量、導(dǎo)航，精密工程的變形監(jiān)測(cè)，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。 GPS的應(yīng)用的應(yīng)用 （1）GPS應(yīng)用于導(dǎo)航應(yīng)用于導(dǎo)航 主要是為船舶、汽車、飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。主要是為船舶、汽車、飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。 船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水；船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水； 機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場(chǎng)降落；機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場(chǎng)降落； 汽車自主導(dǎo)航；汽車自主導(dǎo)航；

10、地面車輛跟蹤和城市智能交通管理；地面車輛跟蹤和城市智能交通管理； 緊急救生；個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)；緊急救生；個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)； 個(gè)人通訊終端（與手機(jī)，個(gè)人通訊終端（與手機(jī)，PDA，電子地圖等集一體）。，電子地圖等集一體）。 2021年7月4日 7 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 GPS應(yīng)用于高精度測(cè)量應(yīng)用于高精度測(cè)量 各種等級(jí)的大地測(cè)量，控制測(cè)量；各種等級(jí)的大地測(cè)量，控制測(cè)量； 道路和各種線路放樣；道路和各種線路放樣； 水下地形測(cè)量；水下地形測(cè)量； 地殼形變測(cè)量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測(cè)；地殼形變測(cè)量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測(cè)； GIS數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新；工程機(jī)械（輪胎吊，推土機(jī)等）控制；精細(xì)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更

11、新；工程機(jī)械（輪胎吊，推土機(jī)等）控制；精細(xì)農(nóng)業(yè) 。 GPS應(yīng)用于授時(shí)校頻應(yīng)用于授時(shí)校頻 2021年7月4日 8 地地 面面 監(jiān)監(jiān) 控控 部部 分分 1 個(gè)個(gè) 主主 控控 站站 5 個(gè)個(gè) 監(jiān)監(jiān) 控控 站站 空空 間衛(wèi)間衛(wèi) 星星 部部 分分 導(dǎo)導(dǎo) 航航 衛(wèi)衛(wèi) 星星 : 導(dǎo)導(dǎo) 航航 信信 息息 衛(wèi)衛(wèi) 星星 時(shí)時(shí) 和和 衛(wèi)衛(wèi) 星星 鐘鐘 24 顆顆 衛(wèi)衛(wèi) 星星 20200 Km 用用 戶戶 設(shè)設(shè) 備備 部部 分分 接接 受受 衛(wèi)衛(wèi) 星星 信信 號(hào)號(hào) GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 三大部分組三大部分組 成成 2021年7月4日 9 24 顆顆 衛(wèi)衛(wèi) 星星 分分 布布 在相對(duì)于赤道的傾角為在相對(duì)于赤道的傾角為

12、55 度度 的的 6 個(gè)個(gè) 軌軌 道道 平平 面面 上，上， 每每 個(gè)個(gè) 軌軌 道道 面面 上上 布布 有有 4 顆顆 衛(wèi)衛(wèi) 星星 衛(wèi)衛(wèi) 星星 高高 約約 20200 Km 12 小小 時(shí)時(shí) 繞繞 軌軌 道道 一一 周周 可可 見見 時(shí)時(shí) 間間 為為 4-5 小小 時(shí)時(shí) 設(shè)計(jì)壽命為設(shè)計(jì)壽命為 7.5 年年 衛(wèi)衛(wèi) 星星 種類種類 區(qū)區(qū) 分分 Block 1(一一 代代),Block 2, 2A(二二 代代), Block 2R，2 F(三三 代代) 55 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 10 GPS衛(wèi)星與星座衛(wèi)星與星座 GPS衛(wèi)星星座衛(wèi)星星座 GPS衛(wèi)星：衛(wèi)星：衛(wèi)星呈圓柱形，直徑為衛(wèi)

13、星呈圓柱形，直徑為1.5m， 重約重約843kg兩側(cè)有由兩側(cè)有由4片拼接成的雙葉太陽能電片拼接成的雙葉太陽能電 池翼板，衛(wèi)星裝有池翼板，衛(wèi)星裝有4臺(tái)頻率穩(wěn)定度為的高精度臺(tái)頻率穩(wěn)定度為的高精度 原子鐘為距離測(cè)量提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，有原子鐘為距離測(cè)量提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，有 12根螺旋形天線始終對(duì)準(zhǔn)地面根螺旋形天線始終對(duì)準(zhǔn)地面 2021年7月4日 11 5 個(gè)個(gè) 監(jiān)監(jiān) 控控 站站 完成對(duì)完成對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)觀測(cè)，搜集當(dāng)?shù)匦l(wèi)星信號(hào)的連續(xù)觀測(cè)，搜集當(dāng)?shù)?的氣象數(shù)據(jù)，觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后傳的氣象數(shù)據(jù)，觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后傳 送到主控站送到主控站 1個(gè)主個(gè)主 控控 站站 負(fù)負(fù) 責(zé)責(zé) 收收 集集

14、 由由 監(jiān)監(jiān) 控控 站站 傳傳 來來 的的 衛(wèi)衛(wèi) 星星 跟跟 蹤蹤 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 并并 計(jì)計(jì) 算算 衛(wèi)衛(wèi) 星星 星星 歷歷 和和 時(shí)時(shí) 間間 參參 數(shù)數(shù) 并將這些數(shù)據(jù)傳送到注入站；并將這些數(shù)據(jù)傳送到注入站； 提供時(shí)間基準(zhǔn)提供時(shí)間基準(zhǔn) 3個(gè)注入站個(gè)注入站 在主控站的控制下，將主控站推算和編制的在主控站的控制下，將主控站推算和編制的 衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其它控制指衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其它控制指 令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，并令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，并 監(jiān)測(cè)注入信息的正確性監(jiān)測(cè)注入信息的正確性 除主控站外，整個(gè)地面監(jiān)控系統(tǒng)均無人值守除主控站外，整個(gè)地面監(jiān)控系統(tǒng)均無人值守 G

15、PS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 12 1 1個(gè)主控站：科羅拉多個(gè)主控站：科羅拉多 斯必靈司斯必靈司 3 3個(gè)注入站：個(gè)注入站：大西洋的大西洋的阿松森阿松森群島群島(Ascencion)(Ascencion) 印度洋的印度洋的迭哥迭哥 伽西亞伽西亞(Diego Garcia)(Diego Garcia) 太平洋的太平洋的卡瓦加蘭卡瓦加蘭(kwajalein)(kwajalein) 5 5個(gè)監(jiān)測(cè)站個(gè)監(jiān)測(cè)站=1=1個(gè)主控站個(gè)主控站+3+3個(gè)注入站個(gè)注入站+ +夏威夷夏威夷(Hawaii)(Hawaii) 55 Hawaii AscencionDiego Garcia kwajalein C

16、olorado springs 2021年7月4日 13 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 GPS用戶設(shè)備用戶設(shè)備 用戶設(shè)備包括用戶設(shè)備包括GPS接收機(jī)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件接收機(jī)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件 GPS接收機(jī)包括接收天線、主機(jī)和電源接收機(jī)包括接收天線、主機(jī)和電源 GPS接收機(jī)的任務(wù)是捕獲衛(wèi)星信號(hào)，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)接收到的接收機(jī)的任務(wù)是捕獲衛(wèi)星信號(hào)，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)接收到的 信號(hào)進(jìn)行處理，測(cè)量出測(cè)距信號(hào)從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)天線的時(shí)間間隔信號(hào)進(jìn)行處理，測(cè)量出測(cè)距信號(hào)從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)天線的時(shí)間間隔 ，譯出衛(wèi)星廣播的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)計(jì)算接收機(jī)天線的三維坐標(biāo)、速度，譯出衛(wèi)星廣播的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)計(jì)算接

17、收機(jī)天線的三維坐標(biāo)、速度 和時(shí)間和時(shí)間。 2021年7月4日 14 GPS接收機(jī)的基本類型：大地型、導(dǎo)航型和授時(shí)型三種。大地型接收機(jī)的基本類型：大地型、導(dǎo)航型和授時(shí)型三種。大地型 接收機(jī)按接收載波信號(hào)的差異分為單頻（接收機(jī)按接收載波信號(hào)的差異分為單頻（L1）型和雙頻（）型和雙頻（L1， L2）型。）型。 RTKRTK系統(tǒng)系統(tǒng)導(dǎo)航型接收機(jī)導(dǎo)航型接收機(jī) 大地型接收機(jī) 2021年7月4日 15 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 供電信號(hào) 信息 命令 數(shù)據(jù)供電，控制 供電 數(shù)據(jù) 控制 測(cè)地型測(cè)地型GPSGPS接收機(jī)接收機(jī) 導(dǎo)航型導(dǎo)航型GPS接收機(jī)一般情況下無數(shù)據(jù)輸出的記錄存儲(chǔ)設(shè)備接收機(jī)一般情況下無數(shù)據(jù)輸出的記錄

18、存儲(chǔ)設(shè)備(手持機(jī)手持機(jī)) 2021年7月4日 16 Xll Vl Xl lll GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 17 Xll Vl Xl lll l ll lV V Vll Vlll X lX GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 18 Xll Vl Xl lll Vll GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 19 Xll Vl Xl lll l ll lV V Vll Vlll X lX 距離 = 傳播時(shí)間 x 光速 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 20 我我 們們 必必 定定 在在 以以 R1 為為 半半 徑徑 的的 球球 面面 的的 某某 個(gè)個(gè) 點(diǎn)點(diǎn)

19、上上 R1 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 21 2 個(gè)個(gè) 球球 面面 相相 交交 成成 一一 個(gè)個(gè) 圓圓 弧弧 點(diǎn)點(diǎn) 位位 被被 限限 制制 在在 一一 曲曲 線線 上上 R1 R2 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 22 3 個(gè)球面相交成一個(gè)點(diǎn)個(gè)球面相交成一個(gè)點(diǎn) 3 個(gè)距離段可以確定緯度，經(jīng)度，和高程個(gè)距離段可以確定緯度，經(jīng)度，和高程 點(diǎn)點(diǎn) 的的 空空 間間 位位 置置 被被 確確 定定 R1 R2 R3 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 23 衛(wèi)衛(wèi) 星星 可可 被被 看看 作作 是是 在在 固固 定定 的的 軌軌 道道 上上 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 空空 中中 觀觀

20、測(cè)測(cè) 目目 標(biāo)標(biāo) 每每 顆顆 衛(wèi)衛(wèi) 星星 播播 發(fā)發(fā) 獨(dú)獨(dú) 立立 的的 時(shí)時(shí) 間間 碼碼 進(jìn)進(jìn) 行行 距距 離離 測(cè)測(cè) 量量 常常 規(guī)規(guī) GPS 接接 收收 儀儀 內(nèi)內(nèi) 置置 較較 為為 廉廉 價(jià)價(jià) 的的 鐘，這鐘，這 些些 鐘鐘 的的 計(jì)計(jì) 時(shí)時(shí) 精度精度 比比 衛(wèi)衛(wèi) 星星 上上 內(nèi)內(nèi) 置置 鐘鐘 的的 精精 度度 低低 得得 多多 無無 線線 電電 電電 波波 以以 光光 速速 傳傳 播播 ( 距距 離離 = 光光 速速 x 時(shí)時(shí) 間間) 設(shè)設(shè) 想想 一一 下下 接接 收收 儀儀 上上 鐘鐘 的的 誤誤 差差 對(duì)對(duì) 距距 離離 測(cè)測(cè) 定定 的的 影影 響響 1/10 秒秒 的的 測(cè)測(cè) 時(shí)時(shí)

21、 誤誤 差差 將將 引引 起起 30,000 Km 的的 距距 離離 誤誤 差差 1/1,000,000 秒秒 的的 測(cè)測(cè) 時(shí)時(shí) 誤誤 差差 將將 引引 起起 300 m 的的 距距 離離 誤誤 差差 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 24 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 25 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 26 4 段段 距距 離離 解解 決決 了了 緯緯 度，經(jīng)度，經(jīng) 度，高度，高 程程 和和 時(shí)時(shí) 間間 四四 個(gè)個(gè) 未未 知知 數(shù)數(shù) 這這 就就 類類 似似 于于 測(cè)測(cè) 邊邊 交交 會(huì)會(huì) 問問 題題 的的 解解 決決 原原 理理 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程

22、2021年7月4日 27 每每 個(gè)個(gè) GPS 衛(wèi)衛(wèi) 星星 播播 發(fā)發(fā) 一一 組組 信信 號(hào)號(hào) 每每 組組 信信 號(hào)號(hào) 包包 括括 兩兩 個(gè)個(gè) 不不 同同 頻頻 率率 的的 載載 波波 信信 號(hào)號(hào) (L1 和和 L2)、兩兩 個(gè)個(gè) 不不 同同 的的 測(cè)測(cè) 距距 碼碼 信信 號(hào)號(hào) (C/A 碼碼 調(diào)調(diào) 制制 在在 L1 載載 波波 上，上，P 碼碼 或或 Y 碼碼 同同 時(shí)時(shí) 調(diào)調(diào) 制制 在在 L1 及及 L2 載載 波波 上上) 以以 及及 衛(wèi)衛(wèi) 星星 的的 軌軌 道道 信信 息息數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼（導(dǎo)航電（導(dǎo)航電 文或稱文或稱D碼）碼） 基 準(zhǔn) 頻 率 10.23 MHz x 154 x 120 L

23、1 1575.42 MHz L2 1227.60 MHz C/A 碼 1.023 MHz P (Y) 碼 10.23 MHz P (Y)-Code 10.23 MHz /10 50 bit/s衛(wèi) 星 信 息 ( 狀 態(tài) 信息和 星 歷 ) GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 28 D = V (dT) 測(cè)測(cè) 距距 偽偽 隨隨 機(jī)機(jī) 碼碼 每每 一一 衛(wèi)衛(wèi) 星星 播播 發(fā)發(fā) 一一 個(gè)個(gè) 偽偽 隨隨 機(jī)機(jī) 測(cè)測(cè) 距距 碼碼 信信 號(hào)，該號(hào)，該 信信 號(hào)號(hào) 大大 約約 每每 1 毫毫 秒秒 播播 發(fā)發(fā) 一一 次次 接接 收收 儀儀 同同 時(shí)時(shí) 復(fù)復(fù) 制制 出出 一一 個(gè)個(gè) 同同 樣樣 結(jié)結(jié)

24、構(gòu)的構(gòu)的 信信 號(hào)號(hào) 并并 與與 接接 收收 到到 的的 衛(wèi)衛(wèi) 星星 信信 號(hào)號(hào) 進(jìn)行進(jìn)行 比比 較較 由由 信信 號(hào)號(hào) 的的 延延 遲遲 時(shí)時(shí) 間間 (dT) 推推 算算 出出 衛(wèi)衛(wèi) 星星 至至 接接 收收 儀儀 的的 距距 離離 接接 收收 儀儀 時(shí)時(shí) 鐘鐘 應(yīng)應(yīng) 與與 衛(wèi)衛(wèi) 星星 鐘鐘 校校 時(shí)時(shí) dT 接 收 到 的 衛(wèi) 星 測(cè) 距 碼 接 收 儀 復(fù) 制 出 的 測(cè) 距 碼 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 根據(jù)測(cè)距原理不同，根據(jù)測(cè)距原理不同，GPS 定位方式可以分：偽距定位、載波相位測(cè)定位方式可以分：偽距定位、載波相位測(cè) 量定位和量定位和GPS差分定位。根據(jù)待定點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為：靜態(tài)定位

25、差分定位。根據(jù)待定點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為：靜態(tài)定位 與動(dòng)態(tài)定位。與動(dòng)態(tài)定位。 2021年7月4日 29 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 30 在計(jì)算各測(cè)點(diǎn)之間的坐標(biāo)差（在計(jì)算各測(cè)點(diǎn)之間的坐標(biāo)差（ x, y, z)時(shí)，可以消除上述誤差的影響時(shí)，可以消除上述誤差的影響 ，使測(cè)點(diǎn)之間的點(diǎn)位相對(duì)精度大大提高。，使測(cè)點(diǎn)之間的點(diǎn)位相對(duì)精度大大提高。 2021年7月4日 31 單單 機(jī)機(jī) 定定 位位 用用 于于 導(dǎo)導(dǎo) 航，其航，其 定定 位位 精精 度度 大大 約約 在在 10 到到 30m 左左 右右 GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 32 P = 正確位置正確位置 P anti_-s

26、poofing 防電子欺騙技術(shù)(AS) Selective availability 選擇性服務(wù)政策(SA)* SA技術(shù)已經(jīng)于2000年5月取消 理理 論論 上上 利利 用用 C/A 碼碼 可可 獲獲 取取 10 - 30m 的的 定定 位位 精精 度度 30m 100m GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 AS技術(shù)：對(duì)P碼采用譯密技術(shù)，使P碼 與機(jī)密的W碼模二和生成Y碼，只有 PPS(精密定位業(yè)務(wù)）用戶知道W碼的 結(jié)構(gòu)，可解譯出P碼，SPS（標(biāo)準(zhǔn)定位 業(yè)務(wù)）用戶不能破譯P碼。 2021年7月4日 33 美美 國國 防防 部部 人為人為 降降 低低 衛(wèi)衛(wèi) 星星 廣廣 播播 信信 息息 的的 精精 度，限度

27、，限 制制 非非 許許 可可 用用 戶的戶的 非非 法法 使使 用用 在在 基基 準(zhǔn)準(zhǔn) 信信 號(hào)號(hào) 上上 人人 為為 加加 入入 一一 個(gè)個(gè) 高高 頻頻 抖抖 動(dòng)動(dòng) 信信 號(hào)號(hào)(技術(shù)技術(shù)) ) 人人 為為 降降 低低 衛(wèi)衛(wèi) 星星 星星 歷歷 精精 度度 (技技 術(shù)術(shù)) ) 此此 項(xiàng)項(xiàng) 技技 術(shù)術(shù) 稱稱 為為 選選 擇擇 可可 用用 性性 技技 術(shù)術(shù) 點(diǎn)點(diǎn) 位位 精精 度度 為為 100 m (95%) P 理理 論論 上上 基基 于于 C/A 碼碼 的的 定定 位位 精精 度度 約約 為為 10 - 30m 30m 100m GPS基礎(chǔ)教程基礎(chǔ)教程 2021年7月4日 34 D = c T N 載載 波波 相相 位位 觀觀 測(cè)測(cè) 載載 波波 L1 的的 波波 長長 為為 19 cm ，L2 的的 波波 長長 為為 24 cm 接接 收收 儀儀 將將 接接 收收 到到 的的 衛(wèi)衛(wèi) 星星 載載 波波 信信 號(hào)號(hào) 的的 相相 位位 與與 其其 自自 身身 產(chǎn)產(chǎn) 生生 的的 參參 考考 載載 波波 信信 號(hào)號(hào) 的的 相相 位位 進(jìn)進(jìn) 行行 比比 較較 接接 收收 儀儀 開開 機(jī)機(jī) 后，相后，相 位位 整整 周周 數(shù)數(shù) 未未 知知 ( 帶帶 有有 整整 周周 模模 糊糊 度