手持GPS優(yōu)選金升科技--GPS知識原理
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| GPS全球衛星定位導航系統(Global Positioning System-GPS)是美國從本世紀70年代開(kāi)始研制,歷時(shí)20年,耗資200億美元,于1994年**建成,具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。經(jīng)近10年我國測繪等部門(mén)的使用表明,GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、**益等顯著(zhù)特點(diǎn),贏(yíng)得廣大測繪工作者的信賴(lài),并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動(dòng)監測、工程變形監測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科,從而給測繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)**。 隨著(zhù)全球定位系統的不斷改進(jìn),硬、軟件的不斷完善,應用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓,目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門(mén),并開(kāi)始逐步深入人們的日常生活。 GPS系統的特點(diǎn): 1、全球,全天候工作: 能為用戶(hù)提供連續,實(shí)時(shí)的三維位置,三維速度和精密時(shí)間。不受天氣的影響。 2、定位精度高: 單機定位精度優(yōu)于10米,采用差分定位,精度可達厘米級和毫米級。 3、功能多,應用廣: 隨著(zhù)人們對GPS認識的加深,GPS不僅在測量,導航,測速,測時(shí)等方面得到更廣泛的應用,而且其應用領(lǐng)域不斷擴大。 GPS發(fā)展 在衛星定位系統出現之前,遠程導航與定位主要用無(wú)線(xiàn)導航系統。 1、無(wú)線(xiàn)電導航系統 ·羅蘭--C:工作在100KHZ,由三個(gè)地面導航臺組成,導航工作區域2000KM,一般精度200-300M。 ·Omega(奧米茄):工作在十幾千赫。由八個(gè)地面導航臺組成,可覆蓋全球。精度幾英里。 ·多卜勒系統:利用多卜勒頻移原理,通過(guò)測量其頻移得到運動(dòng)物參數(地速和偏流角),推算出飛行器位置,屬自備式航位推算系統。誤差隨航程增加而累加。 缺點(diǎn):覆蓋的工作區域??;電波傳播受大氣影響;定位精度不高。 2、衛星定位系統 *早的衛星定位系統是美國的子午儀系統(transit),1958年研制,64年正式投入使用。由于該系統衛星數目較?。?/span>5-6顆),運行高度較低(平均1000KM),從地面站觀(guān)測到衛星的時(shí)間隔較長(cháng)(平均1.5h),因而它無(wú)法提供連續的實(shí)時(shí)三維導航,而且精度較低。 為滿(mǎn)足**部門(mén)和民用部門(mén)對連續實(shí)時(shí)和三維導航的迫切要求。1973年美國國防部制定了GPS計劃。 3、GPS發(fā)展歷程 GPS實(shí)施計劃共分三個(gè)階段: ·**階段為方案論證和初步設計階段。從1973年到1979年,共發(fā)射了4顆試驗衛星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。 ·**階段為**研制和試驗階段。從1979年到1984年,又陸續發(fā)射了7顆試驗衛星,研制了各種用途接收機。實(shí)驗表明,GPS定位精度遠遠超過(guò)設計標準。 ·第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日**顆GPS工作衛星發(fā)射成功,表明GPS系統進(jìn)入工程建設階段。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已經(jīng)建成,今后將根據計劃更換失效的衛星。 GPS原理 1、GPS系統的組成 GPS由三個(gè)獨立的部分組成: ● 空間部分:21顆工作衛星,3顆備用衛星。 ● 地面支撐系統:1個(gè)主控站,3個(gè)注入站,5個(gè)監測站。 ● 用戶(hù)設備部分:接收GPS衛星發(fā)射信號,以獲得必要的導航和定位信息,經(jīng)數據處理,完成導航和定位工作。 GPS接收機硬件一般由主機、天線(xiàn)和電源組成。 2、GPS定位原理 GPS定位的基本原理是根據高速運動(dòng)的衛星瞬間位置作為已知的起算數據,采用空間距離后方交會(huì )的方法,確定待測點(diǎn)的位置。如圖所示,假設t時(shí)刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS接收機,可以測定GPS信號到達接收機的時(shí)間△t,再加上接收機所接收到的衛星星歷等其它數據可以確定以下四個(gè)方程式: | | 上述四個(gè)方程式中待測點(diǎn)坐標x、 y、 z 和Vto為未知參數,其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。 di (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4到接收機之間的距離。 △ti (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的信號到達接收機所經(jīng)歷的時(shí)間。 c為GPS信號的傳播速度(即光速)。 四個(gè)方程式中各個(gè)參數意義如下: x、y、z 為待測點(diǎn)坐標的空間直角坐標。 xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4在t時(shí)刻的空間直角坐標, 可由衛星導航電文求得。 Vt i (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的衛星鐘的鐘差,由衛星星歷提供。 Vto為接收機的鐘差。 由以上四個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標x、y、z 和接收機的鐘差Vto 。 DGPS原理 目前GPS系統提供的定位精度是優(yōu)于10米,而為得到更高的定位精度,我們通常采用差分GPS技術(shù):將一臺GPS接收機安置在基準站上進(jìn)行觀(guān)測。根據基準站已知精密坐標,計算出基準站到衛星的距離改正數,并由基準站實(shí)時(shí)將這一數據發(fā)送出去。用戶(hù)接收機在進(jìn)行GPS觀(guān)測的同時(shí),也接收到基準站發(fā)出的改正數,并對其定位結果進(jìn)行改正,從而提高定位精度。 差分GPS分為兩大類(lèi):偽距差分和載波相位差分。 1. 偽距差分原理 這是應用*廣的一種差分。在基準站上,觀(guān)測所有衛星,根據基準站已知坐標和各衛星的坐標,求出每顆衛星每一時(shí)刻到基準站的真實(shí)距離。再與測得的偽距比較,得出偽距改正數,將其傳輸至用戶(hù)接收機,提高定位精度。 這種差分,能得到米級定位精度,如沿海廣泛使用的“信標差分” 2.載波相位差分原理 載波相位差分技術(shù)又稱(chēng)RTK(Real Time Kinematic)技術(shù),是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站載波相位觀(guān)測量的差分方法。即是將基準站采集的載波相位發(fā)給用戶(hù)接收機,進(jìn)行求差解算坐標。 載波相位差分可使定位精度達到厘米級。大量應用于動(dòng)態(tài)需要高精度位置的領(lǐng)域。 | | |