衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)原理及應用第二講課件

衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)原理與應用信息科學技術學院：張繼偉第二講坐標系點位的確定總是和一定的坐標系聯(lián)系在一起的。一般地說，要確定一個坐標系就需指明坐標原點的位置、坐標軸的指向以及確定點位時所用的參數這三個要素。為建立衛(wèi)星導航的數學公式，必須選定參考坐標系，以便表示衛(wèi)星和接收機的狀態(tài)。在建立公式時，典型的是用在笛卡爾坐標系中測度的位置與速度矢量去描述衛(wèi)星和接收機的狀態(tài)。坐標系GPS衛(wèi)星主要受地球引力作用而繞地心旋轉，與地球自轉無關，為了描述GPS衛(wèi)星在其軌道上的運動規(guī)律，引用不隨地球自轉的地心坐標系是十分自然的。它是空間固定坐標系。同時，在GPS定位中，觀測站往往固定在地球表面，其空間位置隨同地球自轉而運動，于是為了便于表達觀測站的位置，引用與地球固聯(lián)的地心坐標系亦是必要的。

因此，根據坐標軸指向的不同，可劃分為兩大類坐標系:天球坐標系和地球坐標系。天球天球極軸，春分點軸，加上與這兩軸垂直并位于天球赤道平面內的第三條軸(自然是穩(wěn)定不變的軸),構成在宇宙空間穩(wěn)定不變的參考軸系,稱為地心天球坐標系。簡稱天球坐標系。天球空間直角坐標系和天球球面坐標系歲差

指由日月行星引力共同作用的結果，使地球自轉軸在空間的方向發(fā)生周期性變化。周期約25800年。章動北天極除歲差運動外，在各種天體力的影響下還存在短周期的變化,它疊加在歲差運動上。如果將任一觀測時刻的北天極的實際位置稱為瞬時北天極（亦稱真北天極）,瞬時北天極繞瞬時平北天極產生旋轉，大致成橢圓形軌跡，其長半徑約為9.2〞,周期約為18.6年,這種運動稱為章動。歲差春分點的漂移方向章動影響三種天球坐標系瞬時真天球坐標系（既考慮歲差又考慮章動的動坐標系）。瞬時平天球坐標系（僅考慮歲差進去而略去章動影響的動坐標系）。協(xié)議天球坐標系（CIS）：由國際協(xié)議規(guī)定的標準歷元所對應的平天球坐標系。標準歷元t0：2000年1月15日TDB（太陽系質心力學時）。地球固連坐標系地球固連直角坐標系

原點O與地球質心重合，Z軸指向地球北極，Y軸指向格林威治平子午面與地球赤道的交戰(zhàn)E，Y軸垂直于XOZ平面構成右手坐標系。大地坐標系

地球參考橢球的中心與地球質心重合，橢球的短軸與地球自轉軸重合，大地緯度φ為過地面點的橢球法線與橢球赤道面的夾角，大地經度λ為過地面點的橢球子午面與格林威治平大地子午面之間的夾角，大地高h為地面點沿橢球法線至橢球面的距離。地球直角坐標系與地球大地坐標系示意圖極移由于地球內部存在著物質運動，地球并非剛體，北地極在地球表面上隨著時間的變化而變化，這種現象稱為地極移動，簡稱極移。瞬時地球坐標系

與觀測瞬時相對應的自轉軸所處的位置，稱為該瞬時的地球極軸，相應的極點稱為瞬時地極。瞬時地極相應的地球坐標系，被稱為瞬時地球坐標系。瞬時地球坐標系不是與地球球體固聯(lián)的坐標系。地球瞬時坐標系與協(xié)議地球坐標系協(xié)議地球坐標系(CTS)的實現CTS是從理論上定義的一個地球坐標系。在實際應用中，由國際時間局(BIH)根據許多觀測站的觀測結果，推算出極移跟蹤數據，定期發(fā)表公報，給出以角移為單位的瞬時地極坐標，這些瞬時地極坐標所相應的地極原點稱為BIH系統(tǒng)協(xié)議地極原點。BIH系統(tǒng)協(xié)議地極原點是CIO的工程逼近，兩者差異很小。CTS的建立是靠BIH系統(tǒng)協(xié)議地極原點來實現的，實際應用的協(xié)議地球系稱為BIH系統(tǒng)的協(xié)議地球系，或稱為BIH地球參考系(BTS)。BTS是理想協(xié)議地球系(CTS)工程實現。地球坐標系在衛(wèi)星大地測量中經常用到的地球坐標系有兩種：一種是空間直角坐標系，另一種是大地坐標系。采用空間直角坐標的優(yōu)點是，它不涉及參考橢球體的概念，而且在求兩點之間的距離和方向時，計算公式十分簡單。但其表示點位不夠直觀，不容易在地圖上直接標出。地圖投影過程：設想在一個透明的地球儀內部確定一個點光源，在地球儀表面放上不透明的地球特征，然后在圍繞地球儀的二維表面上投影特征輪廓線。利用圍繞地球儀的圓柱、圓錐或平面模式產生不同的投影方式。地圖投影的分類按其變形性質分：等角投影：投影后，地圖上任意兩相交短線之間的夾角保持不變。等面積投影：投影后，地圖上面積大小保持正確的比例關系。等距投影：投影后，地圖上從某一中心點到其它點的距離保持不變。方位投影：投影后，地圖上表示的任一點到某一中心點的方位角保持不變。按投影面分：平面：平面與橢球面在某一點相切；圓錐面：圓錐體面與橢球在某一緯圈相切，或兩緯圈相割；圓柱面：圓柱面/橢圓柱面與橢球在赤道上或某一子午圈上相切。按中心軸線分：正軸投影：軸與橢球的短軸相合；橫軸投影：赤道面上，與橢球短軸正交；斜軸投影：軸位于上述兩種位置之間。高斯投影為高斯于1820-1830年提出的一種投影方法，在1912年，克呂格對其進行整理和擴充，并求出實用公式。因此又稱高斯-克呂格投影。目前，中國、德國以及俄羅斯等國家均采用此投影。為橫軸、橢圓柱面、等角（正形）投影。每帶建立一個平面直角坐標系，東向為Y軸，北向為X軸，軸子午線與赤道的交點作為坐標系的原點。這樣，軸子午線以東的點y為正，以西的點y為負，所以y值協(xié)議加500公里。分帶方式可以限制投影變形的程度，但也帶來了投影不連續(xù)的缺點。UTM投影為通用橫軸墨卡托投影(UniversalTransverseMercatorProjection)，是1938年美國軍事測繪局提出的，1954年開始采用。其歸屬于高斯投影族，其基本條件為：（1）正形投影。（2）經度的起點為零子午線，緯度的起點為赤道。（3）帶寬為6，西經180～西經174為第1帶，一直到東經180為60帶。（4）中央子午線東移500KM，投影長度比等于0.9996，而不等于1.UTM投影在整個投影帶內的長度變形較均勻，比高斯投影的長度變形小，其計算可通過高斯坐標獲得：XU=0.9996x,YU=0.9996y。大地坐標系

(1)WGS84WGS-84世界大地坐標系(WorldGeodeticSystem)是由美國國防制圖局(defencemappingagency，DMA)建立的一種協(xié)議地球坐標系，是GPS衛(wèi)星導航定位的測量成果，于1987年1月10日開始采用。WGS84系是目前最高精度水平的全球大地測量參考系統(tǒng)。其坐標原點位于地球的質心，Z軸平行于協(xié)議地球極軸，X軸指向零子午面與赤道的交點（北向），Y軸指向東向，而垂直于X軸的方向，以構成地心地固ECEF（EarthCenteredEarthFixed)的正交坐標系。(2)北京54系（P-54）采用原蘇聯(lián)的克拉索夫斯基的橢球，其橢球參數通過與蘇聯(lián)1942年坐標系聯(lián)測建立，實際上是蘇聯(lián)1942年坐標系的延伸，其大地原點為普爾科沃天文臺圓柱大廳中心。(2)北京54系（P-54）BJ-54系存在的主要問題是：1、橢球參數只有兩個幾何參數、且長半軸與現代參數相比誤差較大。2、坐標軸指向與當前國際、國內采用的方向不一致。1980國家大地坐標系（NGS-80）1980年開始改用了1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第16屆大會推薦的橢球參數。大地原點（參考橢球面與大地水準面的公共切點沿鉛垂線的相應地面點）設在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。(3)北京新54系采用克拉索夫斯基橢球參數。大地原點為1980的大地原點。高程基準是以1956年青島驗潮站求得的黃海平均海水面。三種橢球參數比較參數WGS-84北京54國家80長半軸a637813763782456378140扁率1/f=(a-b)/a298.257223563298.3298.25754高斯坐標與84UTM坐標的比較相同點：1、投影方式均為橫軸、橢圓柱面、等角投影。2、為了減小投影變形，都進行了分帶處理。3、為了y值不為負值，都對y值協(xié)議進行了處理，y值協(xié)議加500km和中央子午線東移500km。不同點：1、采用的地球橢球模型不同。2、對6o帶分帶的起始點不同。3、投影長度比不同。高斯投影為1，UTM投影長度比為0.996。不同國家采用不同大地坐標系的原因：

1、各國根據自己的大地系統(tǒng)繪制了大量的地形圖，多年沿用已經形成習慣。2、在同一的地區(qū)采用不同的橢球近似程度不一樣，希望選一個近似程度好的。 3、出于政治軍事上保密的目的。

坐標變換大地坐標（經度和緯度）與平面坐標（北向和東向）的轉換，其中包括正運算和反運算。不同坐標系之間的轉換需要7參數。全球定位系統(tǒng)的時間參考系統(tǒng)時間參考系統(tǒng)的物理實現必須具有可觀測的周期運動，這種周期運動應具備連續(xù)性、穩(wěn)定性和復現性。三者缺一不可全球定位系統(tǒng)的時間參考系統(tǒng)恒星時恒星時是以春分點為參考點，以地球周期性自轉為基礎，具有地方性的時間系統(tǒng)。恒星時的原點定義為春分點通過本地子午圈的瞬時，恒星時在數值上等于春分點相對于本地子午圈的時角。春分點連續(xù)兩次經過本地子午圈的時間間隔稱為一個恒星日。全球定位系統(tǒng)的時間參考系統(tǒng)平太陽時

是根據太陽在天球上周而復始的東升西降的視運動定義的時間系統(tǒng)。由于真太陽的視運動速度不均勻，因此假設一個參考點，其在天球上的視運動速度，等于真太陽在天球上的視運動的平均速度，這個假設的參考點被稱為平太陽。平太陽的周日視運動所確定的時間稱為平太陽時。平太陽的原點定義為平太陽通過觀察者所在子午圈的瞬時，平太陽連續(xù)兩次經過本地子午圈的時間間隔為一個平太陽日。平太陽時也具有地方性，稱作地方平太陽時，簡稱地方平時。全球定位系統(tǒng)的時間參考系統(tǒng)世界時

地球上零子午圈所對應的平太陽時且以平子夜為零時起算的時間系統(tǒng)，稱為世界時（UT）。UT=GMST+12(h)GMST代表平太陽相對格林尼治子午圈的時角。

由于地球自轉的速度并不均勻，且自轉軸的方向在地球內部也不固定(極移現象)，所以自1956年以來，在世界時中引入了極移改正項△λ和季節(jié)性改正項△TS。UT1=UT0+△λ

UT2=UT1+△TS全球定位系統(tǒng)的時間參考系統(tǒng)原子時現代物理學發(fā)現，物質內部原子的躍遷,所輻射或吸收的電磁波頻率,具有極高的穩(wěn)定性和復現性。所以根據這一物理想像所建立的原子時,便成為當代最理想的時間系統(tǒng)。1967年定義了原子時的秒長:位于海平面上的銫133原子基態(tài)兩個超精細能級,在零磁場中躍遷輻射振蕩9192631770周所持續(xù)的時間,為一原子時秒。原子時的原點由下式確定:

AT=UT2-0.0039(s)

國際時間局對世界上精選出的100座原子鐘進行相互比對，經數據處理推算出統(tǒng)一的原子時系統(tǒng)，稱為國際原子時（internationalatomictime,IAT）。全球定位系統(tǒng)中，采用原子時作為高精度的時間基準。全球定位系統(tǒng)的時間參考系統(tǒng)協(xié)調世界時(coordinateuniversaltime，UTC)

原子鐘發(fā)布的原子時,尺度更加均勻穩(wěn)定,但它并不能完全取代世界時,原因是在地球科學的種種研究中,都涉及地球的瞬時位置,這些都離不開以地球自轉為基礎的世界時。

原子時的秒長比世界時的秒長略短,這就使原子時比世界時每年約快1s（多出1s)。兩者之差逐年積累。為了避免發(fā)播的原子時與世界時之間產生過大的偏差,同時,又要使兩種時間系統(tǒng)同時并存,就有必要建立一種兼有兩種時間系統(tǒng)各自優(yōu)點的新的時間。這就是從1972年起所采用的協(xié)調世界時(UTC,簡稱協(xié)調時)。

UTC的秒長,嚴格等于原子時的秒長,采用閏秒(或稱跳秒)的辦法使協(xié)調時與世界時的時刻相接近,當協(xié)調時與世界時的時刻差超過±0.9s時,便在協(xié)調時中引人一閏秒(或正或負),閏秒一般在12月31日或6月30日的最后一秒加人。具體日期由國際時間局安排并通告。全球定位系統(tǒng)的時間參考系統(tǒng)GPS時間系統(tǒng)（GPST）

GPST屬于原子時系統(tǒng),它的秒長即為原子時秒長,GPST的原點與國際原子時IAT相差19s。即

IAT–GPST=19（s）

GPST與協(xié)調時UTC之間的關系式為

GPST=UTC+1×n-19(s)

規(guī)定于1980年1月6日零時時刻調整參數為:n=19；此時GPST和UTC時刻一致。其后,隨著時間的積累,兩者之間的差別將表現為秒的整數倍,至1987年,調整參數n=23,兩時間系統(tǒng)之差為4s；至1992年,調整參數n=26,兩時間系統(tǒng)之差已達7s。全球定位系統(tǒng)的時間參考系統(tǒng)地球動力學時（terrestialdynamictime，TDT)

在人造地球衛(wèi)星動力學和運動學方程中所要求的一種嚴格均勻的時間尺度和獨立變量——稱為地球動力學時(TDT)。TDT是相對于地球質心的力學方程所采用的時間參數。

TDT的時間尺度是國際制秒(1s),它與原子時的尺度完全一致。國際天文協(xié)會規(guī)定:1977年1月1日原子時(IAT)的零時刻與地球動力學時(IUT)的嚴格關系,定義如下:

TDT=IAT+32.184(s)時間系統(tǒng)及其之間的關系

1964年建成海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)NNSS，又稱為子午衛(wèi)星系統(tǒng)可提供三維地心坐標

優(yōu)點：精度均勻、不受天氣和時間限制等

★星基電子導航系統(tǒng)的出現缺點：

1、衛(wèi)星少，不能實時定位 2、衛(wèi)星軌道低，難以精密定軌 3、衛(wèi)星信號頻率低，難以補償電離層效應 4、定位速度慢，需一至兩天觀測時間GPS概述GPS是英文NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem的字頭縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱。它的含義是,利用導航衛(wèi)星進行測時和測距,以構成全球定位系統(tǒng)?，F在國際上已經公認:將這一全球定位系統(tǒng)簡稱為GPS?！颎PS全球定位系統(tǒng)的出現

目的：實現全天候、全球性和高精度的連續(xù)導航和定位

最初方案：由24顆衛(wèi)星組成，分布在3個軌道平面上，每個軌道8顆衛(wèi)星。保證在地球上的任何位置，均能同時觀測到6~9顆顆衛(wèi)星。

系統(tǒng)采用“高軌測距”體制，衛(wèi)星軌道平均高度為20200Km，利用偽隨機碼進行測距。

用兩種偽隨機碼來區(qū)分軍事用戶和民事用戶的定位精度，即為精碼（P碼）和粗碼（C/A）碼。

為了區(qū)別不同的衛(wèi)星和提高抗干擾能力，系統(tǒng)采用了直接序列擴頻技術，整個系統(tǒng)相當于一個碼分多址（CDMA）系統(tǒng)。為了補償電離層效應的影響，衛(wèi)星信號的載波頻率由NNSS衛(wèi)星的0.15GHz和0.4GHz提高到1.23GHz和1.58GHz。第二方案：

衛(wèi)星數由24顆減為18顆，分布在互成60度的6個軌道平面上，每個軌道平面分布3顆衛(wèi)星。

該方案能夠基本保證地球上的任何位置均能同時觀測到4顆衛(wèi)星。

經過實驗發(fā)現，該配置可靠度不高。現行方案：

找到了經濟性和準確性、可靠性的結合點。形成21+3的最終方案。第一階段：方案論證和初步設計階段

時間：1973年到1978年

工作：發(fā)射4顆衛(wèi)星，建立地面跟蹤 網，研制地面接收機★GPS實施計劃第二階段：全面研制和試驗階段時間：1979年到1984年工作：發(fā)射7顆BlockI型試驗衛(wèi)星，研制導航型和測地型接收機第三階段：使用組網階段時間：1985年到1993年工作：發(fā)射BlockII和BlockIIA工作衛(wèi)星，最終形成設計星座GPS衛(wèi)星的發(fā)射概況2.GPS組成GPS系統(tǒng)由三大部分組成:（1）空間部分-GPS衛(wèi)星星座（2）地面控制部分一運行控制系統(tǒng)（3）用戶部分-GPS接收機GPS系統(tǒng)三大組成空間部分-GPS衛(wèi)星星座空間部分由高度約為20230KM的21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌熱備份衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。衛(wèi)星分布在6個等間隔的、傾角為55°的近圓軌道上,運行周期為718min(約12小時）。GPS空間衛(wèi)星★單個衛(wèi)星特征GPS衛(wèi)星是由洛克韋爾國際公司空間部研制的,衛(wèi)星重約774Kg，采用鋁蜂巢結構，主體呈柱形，直徑為1.5m。衛(wèi)星的供電部分為對日定向太陽能電池帆板，板面始終對準太陽，為衛(wèi)星不斷地提供電力，同時給鎳鎘蓄電池充電，保證在地影區(qū)衛(wèi)星仍能正常工作。星體底部裝有多波束定向螺旋天線陣，能發(fā)射L1和L2波段的信號，其波束方向圖能覆蓋約半個地球。星體兩端面上裝有全向遙測遙控天線，用于與地面監(jiān)控網通信。GPS衛(wèi)星上采用了銫原子鐘作為頻率標準，保證了所有衛(wèi)星能夠在一個月或更長時間內獨立工作而無需地面校正，也保證了精密定位的要求。此外，衛(wèi)星上還裝有姿態(tài)控制系統(tǒng)和軌道控制系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星星座示意圖GPS衛(wèi)星星座的分布GPS衛(wèi)星特點GPS衛(wèi)星上除了由控制衛(wèi)星自身工作的遙測、跟蹤、指令系統(tǒng)，用于軌道調整與姿態(tài)穩(wěn)定的控制和推進系統(tǒng)，電源系統(tǒng)和計算機等組成外,主要有具有長期穩(wěn)定度的原子鐘(其誤差為1s/300萬年)、L波段雙頻發(fā)射機、S波段接收機、偽隨機碼發(fā)生器及導航電文存儲器。衛(wèi)星的主要任務是播發(fā)導航信號。GPS提供的兩種服務衛(wèi)星采用兩種偽隨機碼對發(fā)射信息進行調制,一種是保密的精密碼(P碼),它同時調制在f1和f2兩個頻率上,主要是向美國及其盟國的軍事用戶提供精密定位服務(PPS-PrecisePositioningService);另一種是粗捕獲碼(C/A碼),僅調制在f1頻率上,向全世界民用用戶提供標準定位服務(SPS-StandardPositioningService)。衛(wèi)星發(fā)播的導航電文包括:衛(wèi)星星歷、時鐘偏差校正參數、信號傳播延遲參數、衛(wèi)星狀態(tài)信息、時間同步信息和全部衛(wèi)星的概略星歷。用戶通過對導航電文的解碼,可以得到以上各參數,用于定位計算。GPS的星歷數據和用戶定位數據都采用WGS84全球測地坐標系統(tǒng)。21+3顆GPS衛(wèi)星分布在互成60°的6個橢圓形軌道面上，軌道傾角為55°。每個軌道面上布設4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道的長半軸為26609km，偏心率為0.01，衛(wèi)星運行高度為20200km，運行周期為718min。此軌道參數能保證衛(wèi)星信號覆蓋地面面積38%，地球上任何一點任何時刻均能夠同時觀測到至少4顆GPS衛(wèi)星。衛(wèi)星運行到軌道的任何位置上，對地面的距離和波束覆蓋面積基本上不變。在波束覆蓋區(qū)域內，用戶接收到的衛(wèi)星信號強度近似相等，即用于定位的衛(wèi)星信號信噪比近似相等。★衛(wèi)星星座分布特征GPS衛(wèi)星的作用是向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導航信號(又稱GPS信號〉，并用導航電文報告自己的現時位置以及其他在軌衛(wèi)星的概略位置，接收地面主控站通過注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調度命令如適時地改正運行偏差，或者啟用備用時鐘等命令；在飛越注入站上空時，接收由地面注入站用S波段發(fā)送到衛(wèi)星的導航電文和其他相關信息，并通過GPS信號形成電路適時地發(fā)送給廣大用戶。★GPS衛(wèi)星的作用2.2地面控制部分地面控制部分由1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站組成。主控站位于ColoradoSprings的聯(lián)合空間執(zhí)行中心，3個注入站分別設在大西洋、印度洋和太平洋的三個美國軍事基地內，即大西洋的Ascension島、印度洋的DiegoGarcia島和太平洋的kwajakin島，5個監(jiān)測站設在主控站和3個注入站以及Hawaii島GPS主控站和監(jiān)控站分布圖主控站的主要任務收集和處理本站及各監(jiān)測站的跟蹤測量數據，計算衛(wèi)星的軌道和鐘參數；將預測的衛(wèi)星星歷、鐘差、狀態(tài)數據及大氣傳播改正參數編制成導航電文傳送到注入站；糾正衛(wèi)星的軌道偏離，必要時用備用衛(wèi)星取代失效的工作衛(wèi)星；檢測整個地面系統(tǒng)的工作。注入站的主要任務將主控站發(fā)來的導航電文用S波段射頻鏈上行注入到相應衛(wèi)星上。上行注入每天1次或2次，每次注入14d的星歷；自動向主控站發(fā)射信號，每分鐘報告一次自己的工作狀態(tài)。監(jiān)控站的主要任務監(jiān)控站配有精密的銫鐘和偽距測量接收機，為主控站提供衛(wèi)星的測量數據。在主控站的遙控下，每隔1.5s進行一次偽距測量，利用電離層和氣象數據，每15min進行一次數據平滑，然后發(fā)送給主控站。GPS系統(tǒng)組成2.3GPS信號接收機GPS信號接收機是GPS導航衛(wèi)星的用戶設備，是實現GPS衛(wèi)星導航定位的終端儀器。它是一種能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS衛(wèi)星導航定位信號的無線電接收設備。既具有常用無線電接收設備的共性，又具有捕獲、跟蹤和處理衛(wèi)星微弱信號的特性。接收機通常由天線單元和接收單元兩部分組成。接收機的主要功能是:接收衛(wèi)星發(fā)播的信號并利用本機產生的偽隨機碼取得距離觀測值和導航電文；根據導航電文提供的衛(wèi)星位置和鐘差改正信息，計算接收機的位置。2.3.1GPS接收機分類按使用環(huán)境：低動態(tài)接收機和高動態(tài)接收機。按所使用的信號種類和精度：單頻粗捕獲碼(C/A碼)接收機和雙頻精碼(P碼)接收機。按用途：測量型、授時型（在取消SA政策時可獲得40ns的授時精度）、導航型和姿態(tài)型接收機。導航型接收機按載體形式：機載式、彈載式、星載式、艦載式、車載式、手持式等。按封裝方式：OEM板（OriginalEquipmentManufacture)和整機。2.3.2GPS接收天線接收天線是無線電波進入接收設備的入口地,是將電磁波還原為高頻電流的“能量變換器”。方向性圖、增益、輸入阻抗、極化和頻帶寬度，是表征天線特性的五大參數。天線方向性圖是輻射能量在空間分布狀態(tài)的三維立體圖形。極化是無線電波的電場矢量所指的最大輻射方向。當電場的垂直分量和水平分量大小相等，而相位相差90°(或270°)時，則其合成電場的矢端，將以該電波的角頻率ω作圓周旋轉。這種電磁波叫做圓極化波。GPS信號接收天線應具有圓極化特性。GPS接收機組成示意圖選用GPS接收機的基礎知識定位時間定位精度數據更新率接口方式物理特性環(huán)境適應性坐標系時間體系定位時間接收機確定用戶位置所需要的時間。冷啟動時間：50S溫啟動時間：40S熱啟動時間：30S重捕時間：0.5S定位精度接收機可為用戶提供的位置精度，一般分為水平定位精度和垂直定位精度。在這是指接收機所測定的地面點位與其實際點位之差。如：水平1.8m(CEP)。數據更新率每秒鐘數據輸出的次數，單位：Hz如：20Hz，10Hz，1Hz等接口方式一般采用串行接口，具有COM11個或COM1/COM22個串行口電平類型：RS232或RS422，多采用RS232信號類型：RS232：RXD，TXD，GNDRS422：RXD+，RXD-，TXD+，TXD-波特率：每秒發(fā)送數據的位數（bits),如：9600bps(bitspersecond)數據位，停止位和校驗位接收機與CPU（2個COM口）

連接方法（RS232）COM1接收機COM2COM1