GPS的来由全球定位系统（Global Positioning System, 简称GPS），是在子午卫星导航系统(NNSS)基础上建立起来的新一代导航卫星定位系统卫星的这种布局保障了在地球上任何时刻、任何地点均至少可以同时观测到4颗卫星，我校B=32º9´N，L=118º2´E卫星钟标准频率F0 10.23MZ无论何种类型的GPS接收机它都由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源三部分组成GPS的建成和应用，给导航和定位技术带来了一场革命性的变化导航实时导航精度1~10m可用于海上（海船、舰艇）、空中（飞机、导弹）、陆上（各种汽车与GIS、DR 联合导航）“GPS的投入是战争效益的倍增器”“三S”的联合使用威力巨大授时利用GPS进行高精度的授时和守时（天文台站、无线电数据通讯等领域）用户能获得10ns的时钟改正数（相对于GPS时间），相对于UTC可达0.1~1us(10-6~10-7)定位在测绘领域，几乎取代常规大地测量工程测量上，已经得到越来越广泛的应用在航测、土地调查、勘界等领域广泛应用GPS在交通工程中主要应用用GPS静态测量模式建立各种工程控制网：公路勘测．桥梁．隧道．航道工程等用差分GPS（RTD模式）进行水深测量的平面定位：用差分GPS（RTK模式）进行公路勘测中线实时放样与DR\MM\GIS相结合对各种交通工具（汽车．船只等）的进行导航服务GPS并不是万能的,它还存在以下不足之处:1、导航的可靠性不足：95%可靠性设计,因而只能作为民用飞机导航辅助手段2、RTK的应用还有待进一步完善：如数据传输的可靠性、电台的作用距离限制等3、高程精度有待进一步完善4、不能用于水下及井下等领域GPS以外的导航定位系统简介我国北斗系统的发展分为三步:试验系统、扩展的区域导航系统和全球导航系统。

北斗试验验证系统具有如下特点:一是首次定位速度快。

北斗试验系统的用户定位、电文通信和位置报告可在几秒内完成,而GPS首次定位一般需要1~3 min。

二是集定位、授时和报文通信（120汉字）为一体。

GPS和GLONASS系统只解决了用户在何时、在何地的授时和定位问题,北斗试验系统是世界上首个集定位、授时和报文通信为一体的卫星导航系统,解决了“何人、何时、何处”的相关问题,实现了位置报告、态势共享。

三是授时精度高。

GPS的精密定位服务(PPS)授时精度为200 ns,北斗验证系统的单向授时精度达100 ns,双向定时精度达到20 ns,远远高于GPS的授时精度。

四是可实现分类保障。

即可划分使用等级范围,授权用户与公开用户分开,公开用户也可随时进行定位保障等级的调整、优先权调配和能力集成。

由于北斗-1系统具有GPS等系统不能比拟的短信报文通信功能优势,因此目前的典型民事应用主要集中于数据采集、监测类应用和监控、指挥调度类应用,充分发挥了“北斗”系统的通信优势。

⏹由于北斗-1系统在2008年汶川抗震救灾中发挥了显著的作用, 因此该系统在灾害应急救援方面的应用获得了各方重视,预计应用装备将会大幅增加。

⏹目前,北斗-1系统的主要用户是涉及国家安全和经济安全的政府部门、军方和行业用户,由于终端价格的竞争劣势等原因,尚未能进入大众化的民用商业领域。

⏹北斗-1系统在民用领域的定位导航应用较少,其主要原因是系统采用有源定位体制,导致终端价格较高,定位精度与GPS相比处于劣势。

总结：与GPS系统不同，所有用户终端位置的计算都是在地面控制中心站完成。

因此，控制中心可以保留全部北斗终端用户机的位置及时间信息。

同时，地面控制中心站还负责整个系统的监控管理。

与GPS、GLONASS、Galileo等国外的卫星导航系统相比，BD–1有自己的优点。

如投资少，组建快；具有通信功能；捕获信号快等。

但也存在着明显的不足和差距，如用户隐蔽性差；无测高和测速功能；用户数量受限制；用户的设备体积大、重量重、能耗大等。

北斗二代2012 年12 月27 日正式开始运行. 目前在轨卫星14颗。

最终北斗全球导航定位系统由35颗卫星组成（5颗静止卫星和30颗非静止卫星）。

系统由5颗位于地球赤道上空（36000km）静止轨道(Geostationary Orbit, GEO)卫星,分别位于58.75°E，80°E，110.5°E，140°E和160°E为了满足高纬度地区进行信号增强工作的需求，增设了3颗IGSO（Inclined Geosynchronous Orbit, IGSO）轨道卫星。

IGSO卫星高度和静止轨道卫星相同，但是倾角不为0，IGSO轨道卫星克服了GEO卫星在高纬度地区仰角过低的问题，可以对高纬度地区进行有效的信号增强。

3颗IGSO卫星轨道最北到北纬55°，可对我国领土范围内进行有效的精度增强。

GEO、IGSO除参加定位观测外，还可用于发射北斗二代、GPS、“伽利略”广域差分信息和完好性信息,差分定位精度可达1m。

系统基本定位是由27颗MEO(Medium Earth Orbit, MEO)卫星完成的，通过三个55°倾角的轨道平面个部署9颗卫星，轨道高度21550km.我国已向国际电信联盟(ITU)申报,北斗导航系统将发射4个频率的信号:1 561 MHz、1 589 MHz、1 268 MHz及1 207 MHz (E5b北斗区域卫星导航系统(也称北斗2 代1 期)于2012 年12 月27 日正式开始运行, 系统由14 颗卫星组成, 包括5 颗地球静止轨道卫星、5 颗倾斜地球同步轨道卫星和4 颗中圆地球轨道卫星物联网（The Internet of things）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网的概念是在1999年提出的。

物联网就是“物物相连的互联网”。

这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。

2.1 坐标系统❖在卫星定位中，需要研究建立卫星在其轨道上运动的坐标系，并寻求卫星运动的坐标系与地面点所在坐标系之间的关系，实现坐标系之间的转换。

❖完全定义一个坐标系必须明确：（1）坐标原点的位置；（2）三个坐标轴的指向；（3）长度单位。

坐标系的表示形式有：空间直角坐标系、球面坐标系、大地坐标系。

采用空间直角坐标系便于坐标转换。

它可以通过平移和旋转从一个坐标系方便地转换至另一坐标系。

不管采用什么形式，在一个坐标系中都要满足一一对应的关系，即一组具体的参数值（坐标值）只表示唯一的空间点位，一个空间点位也对应唯一的一组参数值（坐标值）。

卫星定位中常采用空间直角坐标系及其相应的大地坐标系，一般取地球质心为坐标系的原点。

根据坐标轴指向的不同，有两类坐标，天球坐标系和地球坐标系。

地球坐标系随同地球自转，可看作固定在地球上的坐标系，便于描述地面观测站的空间位置；天球坐标系与地球自转无关，便于描述人造地球卫星的位置。

一、天球及天球坐标系天球是以地球质心为球心，以无穷大为半径的一个假想球体。

地球自转轴的延长线称为天轴天轴与天球的两个交点称为天极，即北天极和南天极。

通过地球质心且与天轴垂直的平面称为天球的赤道面。

地球绕太阳公转的轨道面与天球相交的大圆称为黄道；黄道与天球赤道有两个交点，其中太阳的视位置由南向北通过赤道的交点称为春分点。

另外一点则称为秋分点。

天球坐标系是以地心O为坐标原点的，Z轴指向北天极，X轴指向春分点，Y轴垂直XOZ轴并构成右手坐标系。

球面坐标系原点与空间直角坐标系原点重合；以原点O至空间点P的距离r作为第一参数；以OP与OZ轴的夹角（取小于的值）作为第二参数（在实际工作中常以=90代替作为第二参数）。

第三参数为ZOX平面与ZOP平面的夹角，自ZOX平面起算右旋为正。

描述地面观测站的位置，需采用固联在地球上、随同地球自转的地球坐标系地球坐标系以地球质心为坐标原点；大地坐标系是通过一个辅助面（参考椭球面）定义的第一个参数——大地纬度B为过空间点P的椭球面法线与XOY平面的夹角，自XOY 面向OZ轴方向量取为正。

第二个参数——大地经度L为ZOX平面与ZOP平面的夹角，自ZOX平面起算右旋为正。

第三个参数——大地高程H为过P点的椭球面法线自椭球面至P点的距离，以远离椭球面中心方向为正。

建立以P1为原点的站心左手地平直角坐标系P1xyz：以P1点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x、z垂直（向东为正）。

此坐标系也称东北天坐标系。

卫星测量是利用空中卫星的位置确定地面观测点的位置。

两种坐标系的差别可表达为：WGS-84坐标属于地球坐标系GPS测得WGS-84坐标工程实践上使用的参心坐标或地方独立坐标（参考PPT）理论上，任何一个周期运动，只要它的运动是连续的，其周期是恒定的，并且是可观测和用实验复现的，都可以作为时间尺度（单位）用以测量时间的周期性运动有三类:转动体的自由旋转。

如地球的自转————世界时系统开普勒运动。

如地球绕太阳公转————历书时系统（也称力学时系统）谐波振荡。

如原子钟的振荡————原子时系统GPS对时间的要求既要稳定又要连续。

GPS时间系统的起算原点定义在1980年1月6日UTC0时。

启动后不跳秒，保持时间的连续。

无摄运动：只考虑地球质心引力作用的卫星运动。

在研究卫星的无摄运动中，将地球和卫星看作两个质点，也称为二体问题。

二体问题下的卫星运动虽然是一种近似描述，但能得到卫星运动的严密分析解，从而可以在此基础上再加上摄动力来推求卫星受摄运动的轨道。

卫星的无摄运动，一般可通过参数（a 、e、M0、Ω、i、）来描述，这组参数称为开普勒轨道参数，或称轨道根数。

3.1.1 GPS的信号组成GPS卫星向广大用户发送的导航电文是一种不归零二进制码所组成的编码脉冲。

习惯上也称之为数据码或D码D码的码率fd=50 Hz，对于2万公里且电能紧张的GPS卫星，如何发送给用户？（系统关键）有效办法：二级调制第一级.制：将0Hz的D码调制在两个伪随机噪声码上，形成所谓的组合码D(t)P(t) 组合频率10.23MzD(t)G(t) 组合频率1.023Mz目的：将D码信号的频带从50Hz扩展到10.23Mz（或1.023Mz），使信号深埋在噪声中，既节省了电能，又增强了信号杭干扰能力，实现保密传送。

第二级.制：将一级调制后组合码进一步调制在两个L波段的载波上，形成两个调制波GPS信号组成如下：L1调制波：L1载波、P码、C/A码、D码L2调制波：L2载波、P码、D码GPS的C/A码和P码，都是由最长线性移位寄存器码序列（简称m序列）产生的复合码。