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1、GPS的組成第七章全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS6/12/20211GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)建立的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航 定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測(cè)速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和高精度的精密定位。 GPS計(jì)劃始于1973年，已于1994年進(jìn)入完全運(yùn)行狀態(tài)。GPS的整個(gè)系由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成：6/12/20212GPS系統(tǒng)的組成空間部分：提供星歷和時(shí)間信息發(fā)射偽距和載表信號(hào)提供其它輔助信息地面控制部分：中心控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定軌用戶部分：接收并
2、測(cè)衛(wèi)星信號(hào)記錄處理數(shù)據(jù)提供導(dǎo)航定位信息6/12/20213空間部分24顆衛(wèi)星（21+3）6個(gè)軌道平面55o軌道傾角20200km軌道高度（地面高度）12小時(shí)（恒星時(shí)）軌道周期5個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）6/12/20214地面控制部分一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司三個(gè)注入站：阿松森（Ascencion)迭哥?伽西亞(DiegoGarcia)卡瓦加蘭(kwajalein)五個(gè)監(jiān)測(cè)站=1個(gè)主控站+3個(gè)注入站+夏威夷（Hawaii)55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings6/12/20215用戶部分通用接收機(jī)（定位型）：導(dǎo)航型
3、接收機(jī)一般情況下無數(shù)據(jù)輸出的記錄存儲(chǔ)設(shè)備天線前置放大器電源部分射電部分微處理器數(shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號(hào)信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制6/12/20216GPS信號(hào)6/12/20217GPS衛(wèi)星信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無線電信號(hào)（基準(zhǔn)頻率??）兩種載波（L1和L2）兩種碼信號(hào)（C/A碼和P碼）一組導(dǎo)航電文（信息碼，D碼）基準(zhǔn)頻率10.23MHZL11575.42MHZC/A碼1.023MHZP?碼10.23MHZL21227.60MHZ?154?12050比特/S衛(wèi)星信息電文（D碼）6/12/20218定位原理6/12/20219接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距地心SiPij
4、PjriRjRj=ri+Pij有關(guān)各觀測(cè)量及已知數(shù)據(jù)如下：r—為已知的衛(wèi)地矢量P—為觀測(cè)量（偽距）R—為未知的測(cè)站點(diǎn)位矢量對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距6/12/202110距離觀測(cè)值的計(jì)算接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)并計(jì)算得到的接收機(jī)本身按同一公式復(fù)制碼信號(hào)比較本機(jī)碼信號(hào)及到達(dá)的碼信號(hào)確定傳播延遲的時(shí)間?t傳播延遲時(shí)間乘以光速就是距離觀測(cè)值?=C??t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘復(fù)制的碼信號(hào)?t?t6/12/202111單點(diǎn)定位結(jié)果的獲取單點(diǎn)定位解可以理解為一個(gè)后方交會(huì)問題衛(wèi)星充當(dāng)軌道上運(yùn)動(dòng)的控制點(diǎn)，觀測(cè)值為測(cè)站至衛(wèi)星的偽距（由時(shí)延值推算得到）由于接收機(jī)時(shí)鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差所以要同步觀
5、測(cè)4顆衛(wèi)星，解算四個(gè)未知參數(shù)：精度?,經(jīng)度?,高程h,鐘差?t6/12/202112采用載波相位觀測(cè)值發(fā)自衛(wèi)星的電磁波信號(hào)：信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)的1/100載波波長(zhǎng)（?L1=19cm,?L2=24cm)比C/A碼波長(zhǎng)(?C/A=293m)短得多所以，GPS測(cè)量采用載波相位觀測(cè)值可以獲得比偽距（C/A碼或P碼）定位高得多的成果精度L1載波L2載波C/A碼P-碼?p=29.3m?L2=24cm?L1=19cm?C/A=293m6/12/202113組成星際站際兩次差分觀測(cè)值可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去接收機(jī)時(shí)鐘的誤差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以削
6、弱大氣折射對(duì)觀測(cè)值的影響6/12/202114解算出初始整周未知數(shù)測(cè)站對(duì)某一衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值由三部分組成（1）初始整周未知數(shù)n；（2）t0至ti時(shí)刻的整周記數(shù)Ci；（3）相位尾數(shù)?i如果信號(hào)沒有失鎖，則每一個(gè)觀測(cè)值包含同一個(gè)初始整周未知數(shù)n為了利用載波相位進(jìn)行定位，必須先解算出初始整周未知數(shù)，取得總觀測(cè)值n+Ci+?iTime(0)AmbiguityTime(i)AmbiguityCountedCyclesPhaseMeasurement6/12/202115弄清楚初始整周未知數(shù)的確定與定位精度的關(guān)系如果無法準(zhǔn)確解出初始整周未知數(shù)，則定位精度難以優(yōu)于±1m隨著初始整周未知數(shù)解算精度的提高
7、，定位精度也相應(yīng)提高一旦初始整周未知數(shù)精確獲得，定位精度不再隨時(shí)間延長(zhǎng)而提高經(jīng)典靜態(tài)定位需要30-80分鐘觀測(cè)才能求定初始整周未知數(shù)快速靜態(tài)定位將這個(gè)過程縮短到2-5分鐘m精度1.000.100.01整周未知數(shù)確定后整周未知數(shù)確定前00308025時(shí)間（分）經(jīng)典靜態(tài)定位快速靜態(tài)定位6/12/202116SPS和PPSGPS系統(tǒng)針對(duì)不同用戶提供兩種不同類型的服務(wù)。一種是標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS–StandardPo
