GPS信号接收机的基本构成
天线：（带前置放大器）接收放大GPS信号。 信号处理器：用于信号接收、识别和处理。 微处理器：用于接收机的控制、数据采集和导航计算。 用户信息传输：包括操作板、显示板和数据存储器。 精密振荡器：用以产生标准频率。 电源:一般使用可充电电源。
GPS卫星定位原理
❖ 就是把卫星视为“动态已知点”，在已知其瞬时坐标的条件 下，以GPS卫星和用户接收机天线 之间的距离为观测量， 进行空间距离交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。
GPS卫星信号的内容
❖ 载波信号
L1载波（1575.42MHz）：C/A码、P码、数据码 L2载波（1227.60MHz ) ：P码、数据码
❖ 测距码
C/A码：又称粗码或捕获码，易于捕获但测距精度低。 P码：又称精密测距码或精码，测距精度高。
❖ 数据码
即导航电文，它包含着卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟 运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正、由C/A码捕获P码的信息等。
坐标系
GPS卫星星历
概念：是描述卫星运行轨道和状态的各种参数值 分类：按来源分 1、广播星历：通过卫星发射的导航电文获得的星历。
可实时获得，但精度低 包括17个轨道参数：2个时间参数、6个开普勒轨 道参 数、9个轨道摄动参数 2、实测星历：通过自己的地面卫星跟踪站观测得到 的卫星 星历。 事后计算获得，但精度高
用户接收机部分：接收、跟踪、变换、测量GPS卫星信 号。
GPS的坐标系统
❖ 参心坐标系 是指以参考椭球的几何中心为原点的坐标系统。
❖ 地心坐标系 是指以地球质心为原点的坐标系统。
GPS的坐标系统
WGS-84大地坐标系
几何定义： 坐标系的原点是地球质心。 Z轴指向协议地球极方向。 X轴指向零度子午面和 赤道的交点。 Y轴和ZX轴构成右手
电离层折射、对流层折射、多路径误差 3、与接收设备有关的误差
接收机钟误差、相位中心误差
与GPS卫星有关的误差
❖ 卫星星历误差 1、产生原因：地面监控部分无法准确测定卫星星历。 2、消除途径： 相对定位方法 建立自己的卫星跟踪网独立定轨 轨道松弛法
卫星信号传播误差
❖ 电离层折射误差 （1）产生的原因： （2）减弱误差的途径： 相对定位方法、双频观测
卫星导航定位技术简介
美国卫星定位技术的发展
❖ 第一代卫星导航——子午卫星导航系统 优点：经济快速、精度均匀、不受天气和时间限制 缺点：观测时间长、不能进行连续实时定位、精度 低
❖ 第二代卫星导航——GPS(全球定位系统）
Global Positioning System 分三个阶段：
1、方案论证（1974－1978） 2、系统论证（1979－1987） 3、生产实验（1988－1993）
秒速至几公里
GPS的定位方式
❖ 2、按接收机的数量： （1）单点定位 （2）相对定位 至少有一台接收机要架设在 已知点上 多台接收机同时观测相同的 GPS卫星信号，此观测量 称为同步观测值。
两种定位优缺点：单点定位精度低，相对定位精度高。
X = X` + (ΔX2-ΔX1) Y = Y` + (ΔY2-ΔY1) Z = Z` + (ΔZ2-ΔZ1)
美国的GPS政策
❖ 精密定位服务（PPS）：美国军事部门和其他特许用户。 ❖ 标准定位服务（SPS）：广大民间用户。 ❖ SA（Selective Availability)技术
1、人为降低卫星星历精度
2、在钟频信号中加入高频抖动
❖Hale Waihona Puke AS(Anti-Spoofing)技术
在P码上加上W码成为Y码，Y码严格保密。
GPS系统概况
❖ 定位系统组成 一、空间卫星部分 二、地面监控部分 主控站1个、监测站5个、注入站3个 三、用户接收机部分
GPS系统概况
❖ GPS卫星星座
GPS的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成， 它们均匀分布在6个相对于赤道的倾角为55º的近似圆形轨道 上，每个轨道上有4颗卫星运行，它们距地面的平均高度为 20200KM，运行周期为11小时58分。
电离层改正模型 ❖ 对流层折射误差
相对定位方法、对流层改正模型
水汽辐射计
卫星
1000KM 电离层
50KM 40KM
对流层 地面
卫星信号传播误差
❖ 多路径误差
（1）产生的原因 （2）减弱误差的途径： 恰当选择站址，避开信号 反射物；在天线中设置 抑径板。
小结
❖ 卫星星历误差、电离层折射误差、对流层折射误差是影响 GPS定位精度的主要因素。
公共误差：卫星星历误差、卫星钟误差、电离层折射误 差、对流层折射误差
差分GPS
❖ 概念 差分动态定位 差分静态定位 按照差分改正数的不同 (1) 位置差分 (2) 伪距差分 (3) 载波相位差分 RTK 修正法、差分法
GLONASS全球轨道 导航卫星系统
与GPS在系统组成及定位原理上极为相似 通信方式不同： GLONASS：频分多址FDMA GPS：码分多址CDMA 由于俄罗斯经济形势持续恶化，国防 和航天经费严重不足，
❖ GPS的测量精度与卫星的空中几何分布有关。 1、接收机与卫星所形成的多面体体积越大，测量精度越高。 2、卫星分布越均匀，测量精度越高。
GPS的定位方式
1、按接收机天线所处的状态： （1）静态定位 ： （2）动态定位： 用户的广泛性、定位的实时性、速度的多异性 低动态：秒速至几十米、中等动态：秒速至几百米、高动态：
❖ 三球交会
GPS卫星定位原理
P=[(X-x) ²+(Y-y) ²+(Z-z) ²]½ ①
p`=p+ △ p ②
△ p=c* △ t
③
p`=[(X-x) ²+(Y-y) ² +(Z-z) ²]½
+c* △ t ④ 观测方程
GPS卫星定位误差
主要误差源： 1、与GPS卫星有关的误差
卫星星历误差、卫星钟误差、相对论效应 2、与信号传播有关的误差
GPS卫星星座均匀覆盖全球表面，保证全球任何时间、 任何地点的用户能够至少同时观测到4颗星。
GPS系统概况
各组成部分作用
卫星部分：向用户连续播发导航电文。 地面监控部分
监测站：对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。
主控站：采集数据、编辑导航电文、诊断功能、调整卫 星。 注入站：向卫星注入导航电文。