《GPS工作原理》课件

工作原理GPS全球定位系统是一种无线电导航定位系统利用连接在地球轨道上的卫星群GPS,向用户发送无线电信号通过接收这些信号并进行计算可以确定用户的三维空间,,位置坐标和时间简介GPS全球定位系统概述系统组成系统由空间段、地面控制段GPS GlobalPositioning GPS是一种基于卫星的导航和用户段三部分组成可为用户System,系统能够提供全天候、全天时提供高精度的位置和时间数据,的位置、导航和时间信息服务主要功能可用于导航、测绘、时间同步、土地测量、海洋航行等众多应用领域GPS,为用户带来高效、便捷的服务系统组成GPS卫星地面控制系统用户接收设备GPS系统由颗卫星组成分布在个轨道面地面控制系统包括主控制站和监控站负责接收机可以从多颗卫星接收信号并进行GPS24,6,GPS,上每个轨道面上有颗卫星卫星的运行监控和导航信号的发射计算定位和时间校准,4卫星系统GPS系统由颗主导航卫星和几个备用卫星组成这些卫星绕地球运行海拔约万GPS24,,2公里卫星上载有原子钟能发射微波信号向地球上的接收机传输时间和位置数,,据通过接收不同卫星的信号接收机可计算出自己的坐标,卫星系统提供全球性、全天候的导航和定位服务覆盖范围广、精度高是当GPS,,今最先进和应用最广泛的导航定位技术之一信号GPS卫星轨道信号传播频率波段卫星位于地球轨道上，沿固定轨道飞行卫星发射的导航信号以光速传播到地球使用频段和频段GPS GPS GPS L

1.57542GHz L2并持续向地球表面发送无线电信号表面，接收机可通过分析这些信号计算自己的无线电波段进行定位和导航

1.2276GHz的位置接收机GPS功能类型技术特点发展趋势接收机负责接收来自接收机分为民用和军用两接收机需具备高灵敏度、随着集成电路和微处理器技术GPS GPS GPS GPS卫星的微弱无线电信号并进大类民用接收机多用于车载、高抗干扰能力、低功耗等特点的进步未来接收机将更加,,,,GPS行相应的数据处理最终得出手持导航等而军用接收机则以确保在各种环境下都能保持小型化、低功耗并具备更强,,,用户位置、速度、时间等导航更加精确和抗干扰稳定的定位性能的导航功能信息基本原理GPS卫星信号接收1接收来自卫星的电磁信号GPS距离测量2根据信号传播时间计算到卫星的距离三维定位3根据多个卫星的距离信息计算用户位置的基本原理是通过接收来自多颗卫星的电磁信号利用信号传播时间测量到卫星的距离然后通过三维定位算法计算出用户的三维坐GPS GPS,,标位置这种基于卫星信号的定位技术能够实现全天候、全天时的定位服务三维定位原理测量距离通过测量卫星与接收机之间的伪距离获得接收机的大致GPS,GPS位置确定坐标利用三颗以上卫星的伪距离数据通过三角测量原理计算出接,GPS收机的三维坐标提升精度采用差分技术利用基准站的位置信息可进一步提高定位的精度,,测距误差

6.5M测距精度标准定位服务下的测距误差可达

6.5米15M最大误差GPS定位系统的最大测距误差可达15米95%可信度95%的用户定位精度在

7.8米以内GPS定位系统的测距误差主要来源于卫星钟差、电离层和对流层延迟、多路径效应等因素通过差分技术和辅助系统可以有效补偿这些误差,提高定位精度系统误差大气层误差信号在通过地球大气层时会受到各种干扰因素的影响从而导致定位精度下降主要包括电离层和对流层的传播延迟误差GPS,电离层延迟由太阳辐射电离大气中的气体造成会延缓信号的传播速度,GPS对流层延迟由空气温度、湿度和压力差异造成也会影响信号的传播速度,通过建立电离层和对流层模型可以对这些误差进行预测和补偿从而提高定位的精度,GPS多路径误差多路径误差是系统中一个常见的误差来源当信号在传播过程中遭遇建GPS GPS筑物、地形等障碍物时，会发生反射和散射导致接收机接收到不同路径的信号,直射信号反射信号散射信号通常最强传播路径最信号强度较弱传播路信号强度很小传播路,,,短径较长径最长多路径误差会导致接收机测量位置和速度存在偏差可通过天线设计、信号处理等措施来减少此类误差钟差误差卫星上装有原子钟用于发射时间校正信号但原子钟并非完全精确会存在GPS,,时间误差这种钟差误差会直接影响定位精度通常可达几米级别GPS,为补偿钟差误差接收机会计算出卫星钟差并对其进行修正但这种计算仍,GPS,有一定误差导致定位结果也会存在钟差误差,用户设备误差1m定位精度用户设备的定位精度通常在米左右110cm高精度设备借助差分技术和多天线可实现厘米级定位,10m普通设备单频民用接收机的定位精度一般在米以内GPS10误差补偿技术卫星信号校正差分技术通过接收多颗卫星信号并对比计算可以补偿卫星钟误差和电离层干利用固定参考站提供的校正数据可以实时消除多数系统性误差提高,,,扰等误差因素定位精度组合导航滤波算法将与惯性导航等其他导航手段结合可以互相弥补缺陷提高整体采用先进的统计滤波算法可以有效识别和消除多路径、遮挡等随机GPS,,,定位精度误差伪距测量测量原理1伪距测量是通过测量卫星发射信号到接收机接收信号的传播时间来计算卫星与接收机之间的距离测量过程2接收机接收来自多颗卫星的信号计算出与每颗卫星的伪距并,,利用这些信息进行三维定位测量误差3伪距测量存在各种误差源如卫星钟差、电离层延迟、多路径,效应等需要进行误差修正,担保级别选择根据实际需求确定考虑定位精度要求12选择合适的担保级别需要根据具体的应用场景和要求进行评不同的应用需要不同的定位精度如导航、测绘等要求更高的,估和权衡精度权衡实用性和成本关注用户体验34选择适中的担保级别既能满足应用需求又不过度增加成本兼顾定位性能、可靠性和稳定性提供良好的用户体验,,,单点定位接收信号1利用携带时间信息的卫星信号GPS计算距离2通过测量接收信号时间差确定接收机与卫星的距离三维定位3根据与至少颗卫星的距离信息计算出接收机的三维坐标4单点定位是最基础的定位模式通过接收来自至少颗卫星的信号测量接收机与卫星之间的距离利用三维空间几何原理进行三维GPS4GPS,,坐标计算最终确定接收机的三维位置信息这种定位方式简单直接是应用的基础,,GPS差分定位基准站定位1利用已知位置的参考站提供校正信号载波相位差分2通过携带波载相位差实现更精确的定位实时动态定位3通过接收基准站实时数据实现即时高精度定位差分定位是利用已知位置的参考站提供校正信号结合接收机实测的载波相位差实现更精确的实时动态定位这种方式可以消除卫星钟差、,电离层延迟等误差为用户提供厘米级的高精度定位服务,系统DGPS什么是系统组成DGPS DGPS是差分全球定位系统的缩写它是在基准站的帮助下对信系统由参考站、通信链路和用户接收机三部分组成参考站测DGPS,GPS DGPS,号进行纠正的一种技术可以大幅提高定位精度量卫星信号误差并发送修正数据用户接收机利用修正数据计,GPS,算出更准确的位置信息系统WAAS精度提升系统可以提高定位精度至至米WAAS GPS13完整性保证系统可以监测信号并及时告警异常WAAS GPS可用性增强系统可扩大信号的使用范围和覆盖率WAAS GPS系统EGNOS监测与纠正覆盖范围三个部分系统监测和伽利略系统信号系统主要服务于欧洲和周边地区由地基参考站网络、通信卫星和EGNOS GPS,EGNOS,EGNOS并提供修正数据提高定位精度和可靠性提供精准的宽区域增强服务中央控制中心三部分组成共同提供增强,,功能系统GAGAN全球卫星导航系统广泛覆盖范围多层网络架构是由印度空间研究组织开发的系统服务范围涵盖整个印度次大陆系统由卫星、地面监测站和通信网GAGAN ISROGAGAN GAGAN增强型卫星导航系统它利用地基参及其周边地区，为这一地区的用户提供高精络等多个部分组成形成一个高度集成的导SBAS,考站和定位卫星为区域用户提供更高精度的度的定位和导航支持航服务体系导航服务系统BDS卫星组成信号频段北斗导航系统由颗卫星构成，系统使用波段和波段信号，35BDS LS包括颗地球静止轨道卫星、颗支持双频双码定位与授时提供53倾斜地球同步轨道卫星和颗中开放服务和授权服务27圆地球轨道卫星定位精度在开放服务模式下其单点定位精度可达到米左右差分定位精度可达到,10,1米以内系统应用领域GPS军事应用民用应用系统在军事领域具有广泛应用包括导航定位、精确制导、情在民用领域也有广泛应用如车载导航、精准农业、时间同步、GPS,GPS,报收集等大幅提升武器精确度和战斗力灾害监测等极大地改善了生活质量,,军事应用导航定位制导攻击12在军事作战中提供精准的制导武器如精确制导炸弹GPS GPS,导航和定位服务确保部队准确和导弹可以精确打击目标减少,,,抵达目标地点平民伤亡航空航天战场监视34广泛应用于军用航空航天可提供实时的战场动态监GPS GPS领域如飞机导航、导弹导引和视和跟踪提高战场感知能力和,,卫星编队飞行作战效率民用应用导航定位时间同步广泛用于车载导航、手机定位、卫星时钟提供高精度的时间基准GPS GPS,步行导航等领域提供精准的位置信息用于广播电台时间同步、网络时钟同,步等应用测绘测量精准农业可用于地图制作、测绘工程、建技术应用于拖拉机、收割机等农GPSGPS筑勘测等领域提高了位置测量的精确业机械实现无人驾驶和智能化作业,,度未来发展趋势技术升级应用广泛全球布局未来系统将持续升级提高定位精度和信随着技术的不断成熟其应用前景将更加未来将出现包括美国、中国、俄罗GPS,GPS,GPS BDS号覆盖范围推动大规模应用于智能交通、广阔从军事指挥到家居生活将无处不斯等多元化的全球导航卫星系统,,,GPS GLONASS,精准农业等领域在为各类用户提供更优质的服务技术发展方向卫星技术升级接收机小型化应用集成创新卫星系统将继续提升性能增加卫星数量接收机将进一步缩小体积降低功耗并技术将与移动通信、物联网、大数据等GPS,,GPS,,GPS改善信号质量以满足定位精度、可靠性和提升集成度实现更广泛的应用和便携性前沿技术深度融合开发出更智能、更多元,,,抗干扰性的需求的应用系统改进方向提高定位精度扩大服务范围12通过采用更加先进的硬件技术拓展系统的覆盖区域特别GPS,和信号处理算法不断提高是在高纬度地区和城市环境中,GPS系统的定位精度满足更加苛刻提供可靠的定位服务,的应用需求缩短响应时间增强抗干扰能力34缩短系统从接收信号到输提升系统抵御各种干扰源GPSGPS出定位结果的响应时间提高实的能力确保在恶劣环境下仍能,,时性能支持更多实时应用场景保持稳定可靠的定位服务,总结通过对系统工作原理的全面介绍我们可以总结出系统是一种基于卫星的GPS,GPS全球性导航系统能够为用户提供高精度的三维定位、导航和时间服务系,GPS统由卫星系统、控制系统和用户系统三部分组成通过测量卫星与用户之间的距,离利用三角测量原理实现定位导航然而系统的性能也受到各种误差因素,,GPS的影响需要采取相应的补偿技术来提高定位精度,。