全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

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1、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星?！　∮捎谛l(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點(diǎn)的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程?！　∈聦?shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分

2、布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。　　由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準(zhǔn)站(差分臺)進(jìn)行GPS觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。全球定位系統(tǒng)屬于美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)

3、航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。該系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。21+3顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰??！　PS衛(wèi)星已發(fā)展至BlockII型式的定位衛(wèi)星，由RockwellInternational制造，

4、在軌道上重量約1,900磅，太陽能接收板長度約17呎，于1994年完成第24顆衛(wèi)星的發(fā)射。因此目前太空中有24顆GPS衛(wèi)星可供定位運(yùn)用，繞行地球一周需12恒星時(shí)，每日可繞行地球2周，這也就是說，不論任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，至少有4顆以上的衛(wèi)星出現(xiàn)在我們的上空。??????目前全球有五個地面衛(wèi)星監(jiān)控站，分布于夏威夷、亞森欣島、迪亞哥加西亞、瓜加林島、科羅拉多泉，這些衛(wèi)星地面控制站，同時(shí)監(jiān)控GPS衛(wèi)星的運(yùn)作狀態(tài)及它們在太空中的精確位置，主地面控制站更負(fù)責(zé)傳送衛(wèi)星瞬時(shí)常數(shù)(Ephemera'sConstant)及時(shí)脈偏差(ClockOffsets)的修正量，再由衛(wèi)星將這

5、些修正量提供給GPS接收器做為定位運(yùn)用。GPS的定位是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，GPS接收裝置以測量無線電信號的傳輸時(shí)間來量測距離，以距離來判定衛(wèi)星在太空中的位置，這是一種高軌道與精密定位的觀測方式。假設(shè)衛(wèi)星在11,000英哩高處，測量我們的距離，首先以11,000英哩為半徑，以此衛(wèi)星為圓心畫一圓，而我們位置正處于球面上。再假設(shè)第二顆衛(wèi)星距離我們12,000英哩，而我們正處于這二顆球所交集的圓周上。現(xiàn)在我們再以第三顆衛(wèi)星做精密定位，假設(shè)高度13,000英哩，我們即可進(jìn)一步縮小范圍到二點(diǎn)位置上，但其中一點(diǎn)為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點(diǎn)，因此，我們舍棄

6、這一點(diǎn)參考點(diǎn)，選擇另一點(diǎn)為位置參考點(diǎn)。????如果要獲得更精確的定位，則必定要再測量第四個顆衛(wèi)星，從基本物理的觀念上來說，以訊號傳輸?shù)臅r(shí)間乘以速度即是我們與衛(wèi)星的距離，我們將此測得的距離稱為虛擬距離，在GPS的測量上，我們測的是無線信號，速度幾乎達(dá)18萬6千英哩/Sec的光速，而時(shí)間卻短的驚人，甚至只要0.06秒，時(shí)間的測量需要二個不同的時(shí)表，一個時(shí)表裝置于衛(wèi)星上以記錄無線電信號傳送的時(shí)間，另一個時(shí)表則裝置在接收器上，用以記錄無線電信號接收的時(shí)間，雖然衛(wèi)星傳送信號至接收器的時(shí)間極短，但時(shí)間上并不同步，假設(shè)衛(wèi)星與接收器同時(shí)發(fā)出聲音給我們，我們會聽到二種不同的聲音

7、，這是因?yàn)樾l(wèi)星從11,000英哩遠(yuǎn)的地方傳來，所以會有延遲的時(shí)間，因此，我們可以延遲接收器的時(shí)間，從此延遲的時(shí)間╳速度，就是接收器到衛(wèi)星的距離，此即為GPS的基本定位原理。