[转帖]GPS 的 定 位 原 理

<P  align=center><B>GPS </B><B>的 定 位 原 理</B><p></p></P>
<P >gps系统包括三大部分：空间部分—gps卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—gps信号接收机。<p></p></P>
<P >    1、gps卫星星座 <p></p></P>
<P >     由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成gps卫星星座，记作（21+3）gps星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。 <p></p></P>
<P >     在两万公里高空的gps卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗gps卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用gps信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗gps卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。gps工作卫星的编号和试验卫星基本相同。 <p></p></P>
<P >     2、地面监控系统 <p></p></P>
<P >     对于导航定位来说，gps卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗gps卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—gps时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。gps工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 <p></p></P>
<P >     3、gps信号接收机 <p></p></P>
<P >     gps信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的gps信号进行变换、放大和处理，以便测量出gps信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出gps卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。 <p></p></P>
<P >     gps卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量gps信号的接收设备，即gps信号接收机。可以在任何时候用gps信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同，用户要求的gps信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产gps接收机，产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。 <p></p></P>
<P >     静态定位中，gps接收机在捕获和跟踪gps卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量gps信号的传播时间，利用gps卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用gps接收机测定一个运动物体的运行轨迹。gps信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。载体上的gps接收机天线在跟踪gps卫星的过程中相对地球而运动，接收机用gps信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。 <p></p></P>
<P >     接收机硬件和机内软件以及gps数据的后处理软件包，构成完整的gps用户设备。gps接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单元置于测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。 <p></p></P>
<P >     gps接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为ram存储器供电，以防止丢失数据。 <p></p></P>
<P >     近几年，国内引进了许多种类型的gps测地型接收机。各种类型的gps测地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="mm" SourceValue="5" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">5mm</st1:chmetcnv>+1ppm.d，单频接收机在一定距离内精度可达<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="mm" SourceValue="10" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">10mm</st1:chmetcnv>+2ppm.d。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。 <p></p></P>
<P >     目前，各种类型的gps接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。gps和glonass兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。<p></p></P>

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