GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

GPS定位技術(shù)主講教師：尹輝增全球四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)美國GPS：由美國國防部于20世紀(jì)70年代初開始設(shè)計、研制，于1993年全部建成。1994年，美國宣布在10年內(nèi)向全世界免費提供GPS使用權(quán)，但美國只向外國提供低精度的衛(wèi)星信號。據(jù)信該系統(tǒng)有美國設(shè)置的“后門”，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，美國可以關(guān)閉對某地區(qū)的信息服務(wù)。歐盟“伽利略”：1999年，歐洲提出計劃，準(zhǔn)備發(fā)射30顆衛(wèi)星，組成“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)。俄羅斯“格洛納斯”：尚未部署完畢。始于上世紀(jì)70年代，需要至少18顆衛(wèi)星才能確保覆蓋俄羅斯全境；如要提供全球定位服務(wù)，則需要24顆衛(wèi)星。中國“北斗”：2003年我國北斗一號建成并開通運行，不同于GPS，“北斗”的指揮機(jī)和終端之間可以雙向交流。2008年5月12日四川大地震發(fā)生后，北京武警指揮中心和四川武警部隊運用“北斗”進(jìn)行了上百次交流。北斗二號系列衛(wèi)星將進(jìn)入組網(wǎng)高峰期，預(yù)計在2015年形成由三十幾顆衛(wèi)星組成的覆蓋全球的系統(tǒng)?；A(chǔ)技術(shù)研究階段（1938-1973）基礎(chǔ)技術(shù)研究1954-1956扎奇里亞斯與松下公司制作出第一個自足式便攜原子鐘1957麻省理工學(xué)院開始研究衛(wèi)星跟蹤項目1961航空公司開始了GPS系統(tǒng)的發(fā)展工作，用于滿足軍事需要1958年美國開始研制衛(wèi)星定位系統(tǒng)（子午儀系統(tǒng)）（Transit）計劃實施發(fā)展階段（1973-1993）

GPS實施計劃共分三個階段第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實驗表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成技術(shù)發(fā)展成熟階段（1994-2008）

國內(nèi)GPS民用方面發(fā)展1/6陸地運輸海洋運輸建筑采礦農(nóng)業(yè)電力系統(tǒng)民用航空通信醫(yī)療應(yīng)用測繪科研家電主要民用范圍紙質(zhì)地圖SayGoodbye

2006年廉價PND方案發(fā)布，各大硬件廠商的生產(chǎn)成本得到了更好的控制，PND的價格由原來的天價慢慢走下神壇，給了普通消費者選擇的機(jī)會，增加了GPS的普及速度。

全覆蓋地圖的發(fā)布從根本上解決了GPS行業(yè)發(fā)展的一大瓶頸，解決了GPS普及上的難題。國內(nèi)GPS民用方面發(fā)展2/6

2007年GPS井噴式發(fā)展，移動導(dǎo)航在非智能手機(jī)上的應(yīng)用使產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度成幾何級增長。截止至07年底，市場上出現(xiàn)的GPS品牌多達(dá)千余，除了諾基亞、摩托羅拉這樣的手機(jī)巨頭和專注與此產(chǎn)業(yè)的GARMIN任我游、新科等知名品牌外，其他小作坊品牌更是多如牛毛。國內(nèi)GPS民用方面發(fā)展3/6GPS市場品牌、產(chǎn)品魚龍混雜國內(nèi)GPS民用方面發(fā)展4/6

2008年GPS市場的復(fù)合增長率達(dá)到34.3％，其中GPS手機(jī)成為增長速度最快的部分消費人群也由高端車主逐漸延伸到中低端，這主要得益于消費者對于GPS帶來方便的認(rèn)知度越來越高，同時一些大品牌主流機(jī)型的價格下調(diào)也成為銷量增長的主要推動力。

TD-SCDMA--3G標(biāo)準(zhǔn)試運行

GPS產(chǎn)品定位不再局限于導(dǎo)航功能，除了具備衛(wèi)星同步精確定位、最佳路徑搜索、同步語音導(dǎo)航、生活資訊查詢等功能和城市地圖精準(zhǔn)導(dǎo)航之外，還會集移動電視、視頻播放和電子相冊等娛樂功能，并融入了藍(lán)牙免提、倒車后視、TMC、電子狗、WIFI等實用功能于一身。國內(nèi)GPS民用方面發(fā)展5/6功能更加多樣，產(chǎn)品更加實用——挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。

2009年GPS市場來說，一直處在一種“半沉睡”的狀態(tài)，與前兩年所出現(xiàn)的“井噴”現(xiàn)象擦肩而過。低價擾市和盜版地圖橫行成為阻礙GPS市場正常發(fā)展的隱患。

2009年，包括燃油稅改革，汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃、購置稅減半、汽車下鄉(xiāng)、汽車報廢補貼、汽車以舊換新等一系列鼓勵汽車消費利好政策的密集出臺，帶動上半年汽車銷量增長。GPS地圖數(shù)據(jù)發(fā)展迅猛，硬件逐步提高，擴(kuò)展功能更加多元化。

國內(nèi)GPS民用方面發(fā)展6/6GPS基礎(chǔ)概念坐標(biāo)系統(tǒng)時間系統(tǒng)GPS衛(wèi)星星歷導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號GPS接收機(jī)的類型與工作原理GPS坐標(biāo)系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng)是由坐標(biāo)原點位置、坐標(biāo)軸指向和尺度所定義的.在GPS定位中，通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)：一類是在空間固定的坐標(biāo)系，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng). 坐標(biāo)系原點一般取地球質(zhì)心，而坐標(biāo)軸的指向具有一定的選擇性，為了使用上的方便，國際上都通過協(xié)議來確定某些全球性坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)軸指向，這種共同確認(rèn)的坐標(biāo)系稱為協(xié)議坐標(biāo)系. 為了確定用戶接收機(jī)的位置，GPS衛(wèi)星的瞬時位置通常應(yīng)化算到統(tǒng)一的地球坐標(biāo)系統(tǒng).GPS時間系統(tǒng)

在天文學(xué)和空間科學(xué)技術(shù)中，時間系統(tǒng)是精確描述天體和衛(wèi)星運行位置及其相互關(guān)系的重要基準(zhǔn)，也是利用衛(wèi)星進(jìn)行定位的重要基準(zhǔn)。 為精密導(dǎo)航和測量需要，全球定位系統(tǒng)建立了專用的時間系統(tǒng)，由GPS主控站的原子鐘控制。 GPS時屬于原子時系統(tǒng)，秒長與原子時相同，但與國際原子時的原點不同，即GPST與IAT在任一瞬間均有一常量偏差。IAT-GPST=19s，GPS時與協(xié)調(diào)時的時刻，規(guī)定在1980年1月6日0時一致，隨著時間的積累，兩者的差異將表現(xiàn)為秒的整數(shù)倍GPS時間系統(tǒng) 在GPS衛(wèi)星定位中，時間系統(tǒng)的重要性表現(xiàn)在：GPS衛(wèi)星作為高空觀測目標(biāo)，位置不斷變化，在給出衛(wèi)星運行位置同時，必須給出相應(yīng)的瞬間時刻。例如當(dāng)要求GPS衛(wèi)星的位置誤差小于1cm，則相應(yīng)的時刻誤差應(yīng)小于2.610-6s。準(zhǔn)確地測定觀測站至衛(wèi)星的距離，必須精密地測定信號的傳播時間。若要距離誤差小于1cm，則信號傳播時間的測定誤差應(yīng)小于310-11sGPS衛(wèi)星軌道

衛(wèi)星軌道在GPS定位中的意義: 衛(wèi)星在空間運行的軌跡稱為軌道，描述衛(wèi)星軌道位置和狀態(tài)的參數(shù)稱為軌道參數(shù)。

1.衛(wèi)星作為位置已知的高空觀測目標(biāo)，在進(jìn)行絕對定位時，衛(wèi)星軌道誤差將直接影響用戶接收機(jī)位置的精度； 2.在相對定位時，當(dāng)基線較長或精度要求較高時，軌道誤差影響不可忽略。

3.為了制訂GPS測量的觀測計劃和便于捕獲衛(wèi)星發(fā)射的信號，也需要知道衛(wèi)星的軌道參數(shù)。GPS衛(wèi)星星歷

衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運動軌道的信息，是一組對應(yīng)某一時刻的軌道根數(shù)及其變率。 根據(jù)衛(wèi)星星歷可以計算出任一時刻的衛(wèi)星位置及其速度，GPS衛(wèi)星星歷分為預(yù)報星歷和后處理星歷。外推的星歷實時提供精度不高計算后所得星歷事后提供精度較高，達(dá)分米GPS衛(wèi)星信號

關(guān)于GPS衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星所發(fā)射信號包括載波信號、P碼（或Y碼）、C/A碼和數(shù)據(jù)碼（或D碼）等多種信號分量，而其中P碼和C/A碼統(tǒng)稱為測距碼。 GPS衛(wèi)星信號的產(chǎn)生、構(gòu)成和復(fù)制等，都涉及到現(xiàn)代數(shù)字通信理論和技術(shù)方面的復(fù)雜問題。GPS衛(wèi)星信號的測距碼

碼的概念 在現(xiàn)代數(shù)字通信中，廣泛使用二進(jìn)制數(shù)（0和1）及其組合，來表示各種信息。表達(dá)不同信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合，稱為碼。一位二進(jìn)制數(shù)叫一個碼元或一比特。比特為碼和信息量的度量單位。 如果將各種信息例如聲音、圖象和文字等通過量化，并按某種預(yù)定規(guī)則，表示成二進(jìn)制數(shù)的組合形式，則這一過程稱為編碼。 在二進(jìn)制數(shù)字化信息的傳輸中，每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)稱為數(shù)碼率，表示數(shù)字化信息的傳輸速度，單位為bit/s。GPS衛(wèi)星信號的測距碼

隨機(jī)噪聲碼 既然碼是用以表達(dá)各種信息的二進(jìn)制數(shù)的組合，是一組二進(jìn)制的數(shù)碼序列，則這一序列就可以表達(dá)成以0和1為幅度的時間函數(shù)。 假設(shè)一組碼序列u(t)，對某一時刻來說，碼元是0或1完全是隨機(jī)的，但出現(xiàn)的概率均為1/2。這種碼元幅度的取值完全無規(guī)律的碼序列，稱為隨機(jī)碼序列（或隨機(jī)噪聲碼序列）。它是一種非周期性序列，無法復(fù)制，但其自相關(guān)性好。而相關(guān)性的好壞，對提高利用GPS衛(wèi)星碼信號測距精度，極其重要。GPS衛(wèi)星信號的測距碼

偽隨機(jī)噪聲碼 盡管隨機(jī)碼具有良好的自相關(guān)性，但卻是一種非周期序列，不服從任何編碼規(guī)則，實際中無法復(fù)制和利用。 GPS采用了一種偽隨機(jī)噪聲碼（PseudoRandomNoice——PRN）簡稱偽隨機(jī)碼或偽碼。它的特點是：具有隨機(jī)碼的良好自相關(guān)性，又具有某種確定的編碼規(guī)則，是周期性的，容易復(fù)制。GPS衛(wèi)星信號的測距碼

C/A碼

C/A碼：用于粗測距和捕獲GPS衛(wèi)星信號的偽隨機(jī)碼。它是由兩個10級反饋移位寄存器組合而產(chǎn)生。 C/A碼的碼元寬度大，假設(shè)兩序列的碼元對齊誤差為為碼元寬度的1/10~1/100，則相應(yīng)的測距誤差為29.3~2.93m。由于精度低，又稱粗碼。GPS衛(wèi)星信號的測距碼

P碼

P碼是衛(wèi)星的精測碼，碼率為10.23MHZ，產(chǎn)生的原理與C/A碼相似，但更復(fù)雜。發(fā)生電路采用的是兩組各由12級反饋移位寄存器構(gòu)成。 P碼的周期長，267天重復(fù)一次。P碼的捕獲一般是先捕獲C/A碼，再根據(jù)導(dǎo)航電文信息，捕獲P碼。由于P碼的碼元寬度為C/A碼的1/10，若取碼元對齊精度仍為碼元寬度的1/100，則相應(yīng)的距離誤差為0.29m，僅為C/A碼的1/10，故P碼稱為精碼。 P碼是專為軍用！GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文

GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，是用戶用來定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 導(dǎo)航電文包含有關(guān)衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息。導(dǎo)航電文又稱為數(shù)據(jù)碼（或D碼）。 導(dǎo)航電文也是二進(jìn)制碼，依規(guī)定格式組成，按幀向外播送。每幀電文含有1500比特，播送速度50bit/s，每幀播送時間30s。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文

導(dǎo)航電文的格式：123451234567891030s6s0.02s0.6s子幀4、5各含25頁一個子幀一個字碼一個主幀一個頁面GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文

一幀導(dǎo)航電文的內(nèi)容TLWHOW數(shù)據(jù)塊—1時鐘修正參數(shù)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—2星歷表TLWHOW數(shù)據(jù)塊—2星歷表繼續(xù)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星歷書等TLWHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星歷書等子幀1一個子幀6s長，10個字，每字30比特1幀30s1500比特子幀3子幀4子幀5子幀2GPS衛(wèi)星信號的載波和調(diào)制

GPS衛(wèi)星信號包含三種信號分量：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。信號分量的產(chǎn)生都是在同一個基本頻率f0=10.23MHz的控制下產(chǎn)生，GPS衛(wèi)星信號示意圖如下基本頻率10.23MHzL1載波1575.42MHzL2載波1227.60MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzP碼10.23MHz數(shù)據(jù)碼50BPS數(shù)據(jù)碼50BPS15412010204600GPS衛(wèi)星信號的載波和調(diào)制

衛(wèi)星取L波段的兩種不同電磁波頻率為載波:

L1載波頻率為1575.42MHz，波長為19.03cm；L2載波頻率為1227.60MHz，波長為24.42cm。

L1載波上，調(diào)制有C/A碼、P碼（或Y碼）和數(shù)據(jù)碼；L2載波上，只調(diào)制有P碼（或Y碼）和數(shù)據(jù)碼。 GPS衛(wèi)星的測距碼和數(shù)據(jù)碼是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上，且調(diào)制碼的幅值只取0或1。如果碼值取0，則對應(yīng)的碼狀態(tài)取+1；而碼值取1時，對應(yīng)碼狀態(tài)為-1，載波和相應(yīng)的碼狀態(tài)相乘后，即實現(xiàn)了載波的調(diào)制。GPS衛(wèi)星信號的解調(diào)

為進(jìn)行載波相位測量，當(dāng)用戶接收到衛(wèi)星發(fā)播的信號后，可通過以下兩種解調(diào)技術(shù)來恢復(fù)載波相位。 （1）復(fù)制碼與衛(wèi)星信號相乘：由于調(diào)制碼的碼值是用1的碼狀態(tài)來表示的，當(dāng)把接收的衛(wèi)星碼信號與用戶接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼，在兩碼同步的條件下相乘，即可去掉衛(wèi)星信號中的測距碼而恢復(fù)原來的載波。 （2）平方解調(diào)技術(shù)：將接收的衛(wèi)星信號進(jìn)行平方，由于處于+1狀態(tài)的調(diào)制碼經(jīng)過平方后均為+1，而+1對載波相位不產(chǎn)生影響。故衛(wèi)星信號平方后，可達(dá)到解調(diào)目的。GPS接收機(jī)

天線前置放大器信號處理器微處理器導(dǎo)航計算機(jī)震蕩器用戶信息傳輸數(shù)據(jù)存儲器外部傳輸電源GPS用戶設(shè)備主要包括GPS接收機(jī)及其天線、微處理機(jī)及其終端設(shè)備和電源等。接收機(jī)和天線是核心部分，習(xí)慣上統(tǒng)稱為GPS接收機(jī)。主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，并進(jìn)行處理，獲取導(dǎo)航電文和必要的觀測量。GPS接收機(jī)工作原理 當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運行；對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處理的功能，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。 GPS信號接收機(jī)不僅需要功能較強(qiáng)的機(jī)內(nèi)軟件，而且需要一個多功能的GPS數(shù)據(jù)測后處理軟件包。接收機(jī)加處理軟件包，才是完整的GPS信號用戶設(shè)備。GPS內(nèi)涵GPS簡史GPS的主要目的GPS構(gòu)成GPS原理GPS簡史GPS是GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成GPS的主要目的 為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。GPS構(gòu)成（1/3）

1.空間部分

GPS的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20—200km的上空,均勻分布在6個軌道面上(每個軌道面4顆),軌道傾角為55°。此外,還有3顆有源備份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星,并能在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息。GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導(dǎo)航精度會逐漸降低。

GPS構(gòu)成（2/3）

2.地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天線(GroundAntenna)所組成,主控制站位于美國科羅拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息,并計算衛(wèi)星星歷、相對距離,大氣校正等數(shù)據(jù)。

GPS構(gòu)成（3/3）

3.用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。GPS原理1/3

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS原理2/3

可見GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。GPS原理3/3GPS種類

——按接受機(jī)用途分1/41.導(dǎo)航型接收機(jī)

此類型主要用于運動載體的導(dǎo)航，它可以實時給出載體的位置和速度。一般采用C/A碼偽距測量，單點實時定位精度較低(±10m)，有SA影響時為±100m。價格便宜，應(yīng)用廣泛。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同，還可以進(jìn)一步分為：車載型——用于車輛導(dǎo)航定位；航海型——用于船舶導(dǎo)航定位；航空型——用于飛機(jī)導(dǎo)航定位。要求適應(yīng)高速運動星載型——用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。要求更高。

GPS種類

——按接受機(jī)用途分2/42.

測地型接收機(jī)測地型接收機(jī)主要用于精密大地測量和工程測量。這類儀器主要采用載波相位觀測值進(jìn)行相對定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。GPS種類

——按接受機(jī)用途分3/43.授時型接收機(jī)

這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。

GPS種類

——按接受機(jī)用途分4/44.車載GPS

當(dāng)通過硬件和軟件做成GPS定位終端用于車輛定位的時候，稱為車載GPS,但光有定位還不行，還要把這個定位信息傳到報警中心或者車載GPS持有人那里，我們稱為第三方。所以GPS定位系統(tǒng)中還包含了GSM網(wǎng)絡(luò)通訊（手機(jī)通訊），通過GSM網(wǎng)絡(luò)用短信的方式把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到第三方。通過微機(jī)解讀短信電文，在電子地圖上顯示車輛位置。這樣就實現(xiàn)了車載GPS定位。

GPS種類

——按接收機(jī)的載波頻率分類>單頻接收機(jī)

單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測進(jìn)行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（<15km）的精密定位。>雙頻接收機(jī)雙頻接收機(jī)可以同時接收L1，L2載波信號。利用雙頻對電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對電磁波信號的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。

GPS種類

——按接收機(jī)通道數(shù)分類 GPS接收機(jī)能同時接收多顆GPS衛(wèi)星的信號，為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號，以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤、處理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號通道。根據(jù)接收機(jī)所具有的通道種類可分為：多通道接收機(jī)序貫通道接收機(jī)多路多用通道接收機(jī)

GPS種類

——按接收機(jī)工作原理分類1/2碼相關(guān)型接收機(jī)

碼相關(guān)型接收機(jī)是利用碼相關(guān)技術(shù)得到偽距觀測值。平方型接收機(jī) 平方型接收機(jī)是利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號,來恢復(fù)完整的載波信號，通過相位計測定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，測定偽距觀測值。GPS種類

——按接收機(jī)工作原理分類2/2混合型接收機(jī)這種儀器是綜合上述兩種接收機(jī)的優(yōu)點，既可以得到碼相位偽距，也可以得到載波相位觀測值。干涉型接收機(jī)這種接收機(jī)是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方法，測定兩個測站間距離。

GPS全球定位系統(tǒng)原理GPS定位原理差分GPS測量原理GPS定位原理

GPS絕對定位原理利用GPS進(jìn)行絕對定位的基本原理，是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間的距離觀測量為基準(zhǔn)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)，來確定用戶接收機(jī)天線所在的位置。實質(zhì)是空間距離后方交會。又稱偽距離測量。1、動態(tài)絕對定位：當(dāng)用戶接收設(shè)備安置在運動的載體上，確定載體瞬時絕對位置的定位方法；2、靜態(tài)絕對定位：當(dāng)接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)時，來確定觀測站絕對坐標(biāo)的方法。由于偽距有測碼偽距和測相偽距之分，所以，絕對定位又可分為測碼偽距絕對定位和測相偽距絕對定位。GPS相對定位原理（差分GPS定位）1/2靜態(tài)相對定位：用兩臺接收機(jī)分別安置在基線的兩端點，其位置靜止不動，同步觀測相同的4顆以上GPS衛(wèi)星，確定基線兩端點在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的相對位置。采用載波相位觀測量為基本觀測量。優(yōu)點：精度高。缺點：觀測時間長。

動態(tài)相對定位：用兩臺GPS接收機(jī)，將一臺接收機(jī)安設(shè)在基準(zhǔn)站上固定不動，另一臺接收機(jī)安置在運動的載體上，兩臺接收機(jī)同步觀測相同的衛(wèi)星，通過在觀測值之間求差，以消除具有相關(guān)性的誤差，提高定位精度。而運動點位置是通過確定該點相對基準(zhǔn)站的相對位置實現(xiàn)的定位方法。

GPS相對定位原理（差分GPS定位）2/2動態(tài)相對定位又分以測距碼偽距為觀測值的動態(tài)相對定位和以載波相位為觀測值的動態(tài)相對定位。1）、測碼偽距相對動態(tài)定位，是由安置在基準(zhǔn)點的接收機(jī)測量出該點到GPS衛(wèi)星的偽距，利用衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)計算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離求差，將差值作為距離改正數(shù)傳送給用戶接收機(jī)，用戶就得到了一個偽距改正值，可有效地消除或削弱一些公共誤差的影響的方法。2）、載波相位動態(tài)相對定位法，是通過將載波相位修正值發(fā)送給用戶站來改正其載波相位實現(xiàn)定位的，或是通過將基準(zhǔn)站采集的載波相位觀測值發(fā)送給用戶站進(jìn)行求差解算坐標(biāo)實現(xiàn)定位。其定位精度在小區(qū)域范圍內(nèi)(<30km)可達(dá)1-2cm，是一種快速且高精度的定位法。動態(tài)相對定位分類靜態(tài)相對定位的觀測方程及其解算

GPS觀測誤差對兩個觀測站或多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星具有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此，一種簡單有效消除或減弱誤差影響的方法是將這些觀測量進(jìn)行不同的線性組合。在GPS相對定位中，通常采用的組合方式有三種，即單差、雙差和三差。單差觀測模型

單差(Single-Different-SD)是指不同觀測站，同步觀測相同衛(wèi)星所得觀測量之差。

分析數(shù)據(jù)處理過程，測站間求單差的模擬觀測模型具有下列優(yōu)點。（1）、消除了衛(wèi)星鐘誤差的影響。（2）、大大削弱了衛(wèi)星星歷誤差的影響。（3）、大大削弱了對流層折射和電離層折射的影響，在短距離內(nèi)幾乎可以完全消除其影響。雙差(Doppel-Different-DD)即不同觀測站，同步觀測同一組衛(wèi)星，所得單差觀測量之差。雙差模型

三差模型三差(Triple-Different-TD)，即于不同歷元，同步觀測同一組衛(wèi)星所得雙差觀測量之差。三個球面相交理解定位原理

假設(shè)某顆衛(wèi)星在空中的位置為W1，GPS接收機(jī)離W1的距離為D1，則接收機(jī)必定在以W1為圓心、以D1為半徑的球面上。D1W1

如果同時接收兩顆衛(wèi)星的信號，則兩個球面相交成一條圓弧，點位被限制在這條曲線上。D1D2W1W2 同理，三個球面相交在一點，即根據(jù)3段距離值可確定一點的空間位置（坐標(biāo)）。D1D2D3W3W1W2差分GPS測量原理

差分GPS根據(jù)其系統(tǒng)構(gòu)成的基準(zhǔn)站個數(shù)可分為單基準(zhǔn)差分、多基準(zhǔn)的局部區(qū)域差分和廣域差分。而根據(jù)信息的發(fā)送方式又可分為偽距差分、相位差分及位置差分等。無論何種差分，其工作原理基本相同。是由用戶接收基準(zhǔn)站發(fā)送的改正數(shù)，并對其測量結(jié)果進(jìn)行改正以獲得精密定位結(jié)果的。它們的區(qū)別在于發(fā)送改正數(shù)的內(nèi)容不同，其定位精度不同，差分原理也有所不同。

偽距差分原理

通過在基準(zhǔn)站上利用已知坐標(biāo)求出測站至衛(wèi)星的距離，并將其與含有誤差的測量距離比較，然后利用一個濾波器將此差值濾波并求出其偏差，并將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最后，用戶利用改正后的偽距求出自身的坐標(biāo)。由于差分定位是利用兩站公共誤差的抵消來提高定位精度，而其誤差的公共性與兩站距離有關(guān)，隨著兩站距離的增加，其誤差公共性逐漸減弱。因此，用戶同基準(zhǔn)站的距離對定位精度的影響起著決定性作用。位置差分原理

位置差分是一種最簡單的差分方法。安置在已知點基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)，經(jīng)過對4顆或4顆以上的衛(wèi)星觀測，便可實現(xiàn)定位，求出基準(zhǔn)站的坐檔。由于存在著衛(wèi)星星歷、時鐘誤差、大氣折射等誤差的影響，該坐標(biāo)與已知坐標(biāo)(X，Y，Z)不一樣，存在誤差。

基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將坐標(biāo)改正數(shù)發(fā)送給用戶站，用戶站對其坐標(biāo)進(jìn)行改正：

經(jīng)過坐標(biāo)改正后的用戶坐標(biāo)已消除了基準(zhǔn)站與用戶站的共同誤差，如衛(wèi)星星歷誤差、大氣折射誤差、衛(wèi)星鐘差、SA政策影響等，提高了定位精度。坐標(biāo)差分的優(yōu)點是需要傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)較少，計算方法較簡單，任何一種GPS接收機(jī)均可改裝成這種差分系統(tǒng)。其缺點主要為：

(1)要求基準(zhǔn)站與用戶站必須保持觀測同一組衛(wèi)星，由于基準(zhǔn)站與用戶站接收機(jī)配備不完全相同，且兩站觀測環(huán)境也不完全相同，因此難以保證兩站觀測同一組衛(wèi)星，將導(dǎo)致定位誤差的不匹配，從而影響定位精度。

(2)坐標(biāo)差分定位效果不如偽距差分好。載波相位差分原理

在測距碼差分GPS中，由于碼結(jié)構(gòu)及測量中隨機(jī)噪聲誤差的限制，難以滿足精密定位的要求。而載波相位測量的噪聲誤差大大小于測距碼測量噪聲誤差，在靜態(tài)相對定位中已可達(dá)10-6-10-8的定位精度。但是，求解整周未知數(shù)應(yīng)進(jìn)行1-2h的靜止觀測。因此，限制了載波位測量的應(yīng)用范圍。載波相位差分GPS定位與偽距差分GPS定位原理相類似，其基本原理是：在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并通過無線電設(shè)備實時地將觀測數(shù)據(jù)及測站坐標(biāo)信息傳送給用戶站；用戶站一方面通過接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號，同時通過無線電接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳送信息，根據(jù)相對定位原理進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實時地以厘米級的精度給出用戶站三維坐標(biāo)。單基準(zhǔn)站差分GPS(SRDGPS)

單基準(zhǔn)站差分GPS是根據(jù)一個基準(zhǔn)站所提供的差分改正信息對用戶站進(jìn)行改正的差分GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、無線電數(shù)據(jù)通迅鏈、用戶站三部分組成。

1）基準(zhǔn)站在已知點(基準(zhǔn)站)上配備GPS衛(wèi)星信號接收機(jī)，并應(yīng)具備計算差分改正和編碼功能的軟件。

2）無線電數(shù)據(jù)通風(fēng)鏈編碼后的差分改正信息是通過無線電通訊設(shè)備傳送給用戶的，將這種無線電通訊設(shè)備稱為數(shù)據(jù)通訊鏈，它由基準(zhǔn)站上的信號調(diào)制器、無線電發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線以及用戶站的差分信號接收機(jī)和信號解調(diào)器組成。

3）用戶站用戶站GPS接收機(jī)，用戶站還應(yīng)有用于接收差分改正數(shù)的無數(shù)電接收機(jī)、信號解調(diào)器、計算軟件及相應(yīng)的接口設(shè)備等。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)和算法都較為簡單局部區(qū)域差分GPS系統(tǒng)(LADGPS)

在一個較大的區(qū)域布設(shè)多個基準(zhǔn)站，以構(gòu)成基準(zhǔn)站網(wǎng)，位于該區(qū)域中的用戶根據(jù)多個基準(zhǔn)站所提供的改正信息經(jīng)平差計算后求得用戶站定位改正數(shù)，稱局部區(qū)域差分GPS系統(tǒng)。改正量方法：

(1)各基準(zhǔn)站以標(biāo)準(zhǔn)化的格式發(fā)射改正信息，而用戶接收機(jī)接收各基準(zhǔn)站的改正量，并取其加權(quán)（用戶站與基準(zhǔn)站的相對位置來確定）平均，作為用戶站的改正數(shù)。要求多倍的通信帶寬，效率較低。

(2)根據(jù)各基準(zhǔn)站的分布，預(yù)先在網(wǎng)中構(gòu)成以用戶站與基準(zhǔn)站的相對位置為函數(shù)的改正數(shù)的加權(quán)平均值模型，并將其統(tǒng)一發(fā)送給用戶。這種方式不需要增加通信帶寬，是一種較為有效的方法。

優(yōu)點：可靠性和精度均有所提高，廣域差分GPS系統(tǒng)(WADGPS)

針對單基準(zhǔn)差分和區(qū)域差分GPS所存在的問題，將觀測誤差按誤差的不同來源劃分成星歷誤差、衛(wèi)星鐘差及大氣折射誤差來進(jìn)行改正，以提高差分定位的精度和可靠性。即在一個相當(dāng)大的區(qū)域中用相對較少的基準(zhǔn)站組成差分GPS網(wǎng)，各基準(zhǔn)站將求得的距離改正數(shù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心，由數(shù)據(jù)處理中心統(tǒng)一處理，將各種GPS觀測誤差源加以區(qū)分，然后再傳送給用戶的差分方法。廣域差分GPS系統(tǒng)主要對星歷誤差、大氣延時誤差、衛(wèi)星鐘差誤差的誤差源加以分離，并單獨對每一種誤差源分別進(jìn)行“模型化”。系統(tǒng)主要由主站、監(jiān)測站、數(shù)據(jù)通信鏈和用戶設(shè)備組成。廣域差分GPS系統(tǒng)特點

(1)主站、監(jiān)測站與用戶站的站間距離從100km增加到200km，定位精度不會出現(xiàn)明顯的下降，即定位精度與用戶和基準(zhǔn)站(監(jiān)測站)之間的距離無關(guān)。

(2)在大區(qū)域內(nèi)建立廣域差分GPS網(wǎng)比區(qū)域GPS網(wǎng)需要的監(jiān)測站數(shù)量少，投資小。例如，在美國大陸的任意地方要達(dá)到5米的差分定位精度，使用區(qū)域差分GPS方式需要建立500個基準(zhǔn)站，而使用廣域差分GPS方式的監(jiān)測站個數(shù)將不超過15個，其經(jīng)濟(jì)效益可見一斑。

(3)廣域差分GPS具有較均勻的精度分布，在其覆蓋范圍內(nèi)任意地區(qū)定位精度大致相當(dāng)，而且定位精度較區(qū)域差分GPS系統(tǒng)高。

(4)廣域差分GPS的覆蓋區(qū)域可以擴(kuò)展到區(qū)域差分GPS不易作用的地域，如海洋、沙漠、森林等。

(5)廣域差分GPS系統(tǒng)使用的硬件設(shè)備及通信工具昂貴，軟件技術(shù)復(fù)雜，運行和維持費用較區(qū)域差分GPS高得多。

經(jīng)過20余年的實踐證明，GPS系統(tǒng)是一個高精度、全天候和全球性的無線電導(dǎo)航、定位和定時的多功能系統(tǒng)。GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機(jī)型的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。GPS的應(yīng)用GPS在交通運輸中的應(yīng)用GPS在公安工作中的應(yīng)用GPS在軍事上的應(yīng)用GPS在生活上的應(yīng)用GPS的其他應(yīng)用GPS在交通運輸中的應(yīng)用1/2GPS在道路工程中的應(yīng)用主要用于建立各種道路工程網(wǎng)及測定航測外控點等，如滬寧、滬杭告訴公路的上海段就是利用GPS建立了首級控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密.也應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中，如在江陰長江大橋的建設(shè)中，首先用常規(guī)方法建立了高精度邊角網(wǎng)，然后利用GPS對該網(wǎng)進(jìn)行檢測.GPS在交通運輸中的應(yīng)用2/2車輛跟蹤提供出行路線規(guī)劃和導(dǎo)航信息查詢話務(wù)指揮緊急援助GPS在汽車導(dǎo)航和交通管理中的應(yīng)用三維導(dǎo)航：GPS的首要功能，為船舶,汽車,飛機(jī)等運動物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水飛機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場降落汽車自主導(dǎo)航地面車輛跟蹤和城市智能交通管理GPS在公安工作中的應(yīng)用

將跟蹤定位、報警、監(jiān)控、指揮調(diào)度系統(tǒng)融為一體，形成現(xiàn)代化、動態(tài)化的公安通信指揮系統(tǒng) 采用GPS技術(shù)裝備了定位追蹤報警指揮系統(tǒng)和部分巡邏警車，建立警用移動目標(biāo)衛(wèi)星定位指揮系統(tǒng) 金融保衛(wèi)部門中建立了運鈔車等運動目標(biāo)和金庫等固定目標(biāo)的衛(wèi)星定位跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，提高了處理突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力GPS在軍事上的應(yīng)用1.GPS在海灣戰(zhàn)爭中的應(yīng)用2.GPS應(yīng)用于B-52、F-163.精確標(biāo)定戰(zhàn)場重點設(shè)施的位置4.用于空戰(zhàn)指揮和控制5.GPS用于地面部隊6.用于掃雷GPS在生活上的應(yīng)用教育應(yīng)用地圖坐標(biāo)網(wǎng)格比例尺方位GPS原理地理實察結(jié)合GIS結(jié)合RS系統(tǒng)地理區(qū)域/世界地理游戲?qū)W習(xí)小區(qū)制圖

空間分析

鄉(xiāng)土教育

環(huán)境教育驗證影像判釋導(dǎo)航

資料收集與展示地點型學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫整合應(yīng)用導(dǎo)航系統(tǒng)

學(xué)習(xí)導(dǎo)覽系統(tǒng)小區(qū)安全

生態(tài)調(diào)查

歷史古跡調(diào)查

校園環(huán)境調(diào)查GLOBE計劃

土地覆蓋調(diào)查輔助地形氣候解說多媒體數(shù)據(jù)庫

旅行日志大地尋寶

獵點計劃

玉米田迷宮

生活圈制圖

旅行圖創(chuàng)作GPS在生活上的應(yīng)用個人通訊終端（與手機(jī)，PDA，電子地圖等集成一體）GPS在生活上的應(yīng)用人身安全系統(tǒng)應(yīng)用 科技業(yè)者研發(fā)出GPS智慧鞋(350$，將2"*3"的芯片裝置在鞋底，方便追蹤穿著鞋子的主人目前的行蹤)。GPS的其他應(yīng)用1/2電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡(luò)的時間同步準(zhǔn)確時間的授入準(zhǔn)確頻率的授入獲得氣象數(shù)據(jù)GPS用于救援，緊急救生GPS用于森林防火GPS用于地震預(yù)報GPS用于大壩及地面沉降的監(jiān)測個人旅游及野外探險GPS的其他應(yīng)用2/2各種等級的大地測量，控制測量道路和各種線路放樣水下地形測量地殼形變測量，大壩和