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GNSS|全球定位体系(GPS)

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发表时间:2019-04-30 10:33

GNSS|全球定位体系(GPS)

自己挖的坑,

含着泪也要填了!

今日,

小编就带我们一同

距离的了解GPS

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1.什么是GPS

GPS的英文全称是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System,简称GPS,有时也被称作NAVSTAR GPS,意为导航卫星测时和测距全球定位体系,或简称全球定位体系

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GPS是由美国操控的,在全世界规模内向用户供给实时接连稳定全天候导航定位精确授时服务。

2.GPS组成

环绕地球的卫星(空间段)

地上上的监控站(地上操控段)

用户具有的接纳机(用户段)

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空间段

GPS空间段由6条轨迹组成,每条轨迹至少4颗卫星,至少24颗卫星构成星座,目前在轨32颗卫星。卫星运转周期为半个平恒星日,约为11小时58分,保证在任一时刻、任一地点高度角15度以上都能够观测到4颗以上的卫星。

空间卫星的功用

导航电文(卫星星历)经过卫星信号传送给用户

供给发射信号的时刻基准

依据地上操控段供给的操控指令操控卫星的姿势和轨迹

地上操控段

地上操控段由主控站1个),监测站6个)和注入站4个)组成。

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地上操控段的功用

地上操控段的首要作用是编算导航电文(卫星星历)保持GPS体系时刻同步监测和操控卫星运转

主控站:从各个监控站收集卫星数据,核算卫星星历和时钟批改参数等,并经过注入站注入卫星;向卫星发布指令,操控卫星;当卫星呈现故障时,调度备用卫星。

监测站:接纳卫星信号,监测卫星运转状态,收集天气数据,将这些信息传送给主控站。

注入站:将主控站核算的导航电文及时钟批改参数等注入卫星。

散布情况

主控站:位于美国科罗拉多州(Colorado)的Schriever空军基地。

注入站:阿松森群岛(Ascencion),大西洋;迭戈加西亚(Diego Garcia),印度洋;卡瓦加兰(Kwajalein),东太平洋; 卡拉维拉尔角(Cape Canaveral),弗罗里达州。

监测站1个与主控站在一同;4个与注入站在一同;还有一个在夏威夷(Hawaii),西太平洋。

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用户段

GPS用户设备部分包含GPS接纳器及相关设备。

功用

接纳处理GPS卫星信号

核算方位、速度和时刻

3.GPS服务:SPSPPS

GPS体系针对不同用户供给两种不同类型的服务。

一种是标准定位服务(SPS–Standard Positioning Service)

另一种是精细定位服务(PPS–Precision Positioning Service)

SPS首要面向全世界的民用用户。

PPS首要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户。

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4.GPS信号

信号组成

数据码(载有导航电文)

测距码(伪随机码PRN

载波信号(调制到L波段上发送卫星信号)

GPS卫星发射载波信号的频率有三种:

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L1L2上又分别调制着多种信号,这些信号首要有:

C/A

C/A码开始并不是设计来定位的,而是用来协助捕获P码的,因而C/A码又被称为捕获码或者粗码C/A码属于民用码测距码,被调制在L1载波上,是1MHz伪随机码(PRN码)。因为每颗卫星的C/A 码都不一样,因而,常常用它们的PRN号来区分。C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的间隔的一种首要信号。

PY)码

P码又被称为精码,它被调制在L1L2载波上,是10MHz的伪随机码。P码与W码进行模二相加生成保密的Y码。PY)码是一种结构保密的军用码,美国政府不供给给一般GPS 民用用户使用。

导航电文

导航电文是由卫星播发给用户的描绘卫星运转状态参数的电文,被调制在L1载波上,其信号频率为50Hz,包含体系时刻、星历、历书、卫星时钟的批改参数、导航卫星健康状况和电离层延时模型参数等内容。导航电文包含历书数据播送星历两种卫星星历。

卫星星历是导航电文数据中描绘卫星运转的主体内容,由地上主控站发作,由卫星转发给用户承受机。

5.伪码测距原理

GPS卫星经过L1载波发送含有星历数据的C/A码,接纳机接纳后经过捕获、跟踪、解码解析出卫星的星历数据。

捕获、跟踪的同时,测得卫星到接纳机的抵达时刻,即可测得卫星到接纳机的伪距。

四星定位

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因为卫星的方位精确,且可取得卫星到接纳机的伪距,依据三维坐标中的间隔公式,使用3颗卫星,就能够组成3个方程式,解出观测点的方位(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接纳机时钟之间的时钟误差,每个方位的三个变量和时钟误差组成的四个未知变量,实际上有4个未知数,XYZ和时钟误差T)。此刻需求引进第4颗卫星,构成4个伪距方程。因而,伪码测距至少需求四颗卫星来定位。

事实上,接纳机往往能够锁住4颗以上的卫星,此刻,接纳机可按卫星的星座散布分成若干组,每组4颗,然后经过算法挑选出误差最小的一组用作定位,然后进步精度。

6.GPS测量误差

GPS卫星离地上的平均高度约为20200km,在GPS信号的传达和接纳过程中,必然会受到各种要素的影响,那么,GPS定位精度的影响要素首要有哪些呢?

与卫星有关的误差

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SASelective Availability

SA搅扰技能是在民用C/A码上参加人为搅扰(抖动时钟和或星历)来降低播送星历精度,降低普通用户使用GPS进行导航定位守时精度,降低SPS服务质量。

美国政府已于200051日宣告暂停使用SA

卫星星历误差

在进行GPS定位时,核算在某时刻GPS卫星方位所需的卫星轨迹参数是经过各种类型的星历供给的,但不管选用哪种类型的星历,所核算出的卫星方位都会与其真实方位有所差异,这就是所谓的星历误差

卫星星钟误差

卫星选用的原子钟与GPS时刻之间存在改变的频偏、频漂,导致二者不同步的误差

与传达途径相关的误差

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电离层推迟误差

因为地球周围的电离层对电磁波的折射效应以及电子密度散布不均,GPS信号经过电离层时传达途径发作曲折,速度发作改变,称为电离层推迟误差

对流层推迟误差

对流层取得地上辐射能量,温度笔直散布不均,GPS信号经过对流层时传达途径发作曲折、速度发作改变,称为对流层推迟误差

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多途径效应误差

因为接纳机周围环境的影响,使得接纳机所接纳到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响,然后发作测距误差

与接纳机相关的误差

接纳机时钟误差

用户GPS接纳机所使用的时钟与卫星原子时钟之间存在时刻同步差异。

观测误差

用户GPS接纳机体系分辨率及天线的装置精度等引起的误差

7.差分技能(DGPS

因为卫星运转轨迹、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,使得民用GPS的定位精度不高。为进步定位精度,遍及选用差分GPS(DGPS)技能,建立基准站(差分台)进行GPS观测。

DGPS技能的实质:星钟误差、星历误差、电离层推迟误差和对流层推迟误差等具有空间相关性和时刻相关性。即同一时刻、处于同一区域内的不同接纳机来自同一组卫星的观测值,其包含的这四种误差成分近似持平或相关。两基准站之间基线间隔越近,时空相关性越强,消除的误差越多。

这期内容到此结束,

希望能对您有所协助!


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