GPS定位系统概述及定位原理

作者：鼎然工作室更新时间：2004-06-02

【IT168 技巧】本文将阐述GPS系统的相关基本概念以及定位原理。

定位系统概述

全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资300亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，还提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略重要组成。截止1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已经布设完成。

全球定位系统共由三部分构成：

1.地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入导航电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；

2.空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上；

3.用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。

全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的高新技术国际性产业。目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

作者：鼎然工作室更新时间：2004-06-02

定位原理

GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。

给大家举例说明一下吧，假设恒星在17710米的高度，这是一种高轨道与精密定位的观测方式，以此恒星为圆心画一个圆，而我们位置正处于球上面。再假设第二颗恒星距离大家19320米，而大家正处于处于这两颗球所交集的圆周上，现在大家在以第三恒星做精密定位，假设高度20930米，大家即可进一步缩小范围到二点位置上，但是其中一点为大家所在的位置极有可能在太空的某一点，因此，大家舍弃这一参考点选择另一点为位置参考点。

如果要获得更精确的定位，则必定要在测量第四颗恒星，从基本的物理观念上来说，以信号传输的时间乘以速度即是大家与恒星的距离，大家将此测得为虚拟距离。在GPS的测量上，大家测的是无线信号，速度几乎达到光速，时间短的惊人，甚至只要0.06秒，时间的测量需要两个不同的时钟，一个时钟装置于恒星上以记录无线电信号传输的时间，另一个时钟则装置在接收器上，用以记录无线电信号接收的时间，虽然恒星传送信号至接收器的时间极短，但时间上并不同步，假设恒星与接受器同时发出声音给大家，大家会听到两种不同的声音，这是因为恒星从17710米远的地方传来，所以会有延迟的是时间，因此，大家可以延迟接收器的时间，从延迟的时间×速度，就是接收器到恒星的距离，此即为GPS 的基本定位原理。

【内容导航】

北斗gps卫星定位系统定位原理

网址：https://www.sodocs.net/doc/fa13117406.html, 北斗gps卫星定位系统定位原理 北斗卫星定位系统哪家好？北斗卫星定位系统的原理是什么？八杰科技为您解答。 定位原理 35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成

网址：https://www.sodocs.net/doc/fa13117406.html, 若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。 卫星定位实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。 卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供接收机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离。 每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪。 卫星导航原理 踪卫星的轨道位置和系统时间。位于地面的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗卫星注入校正数据。注入数据包括：星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效。 卫星导航系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由美国海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10^-13秒。卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作。 卫星导航原理：卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。

GPS卫星定位系统发展现状及构成部分介绍

GPS卫星定位系统发展现状及构成部分介绍 GLOBAL PosiTIoning System，简称GPS，即全球卫星定位系统，近年来得到了越来越广泛的应用，已经产生了可观的GPS产品需求。并且随着科技水平的提高、应用方向的不断开拓，GPS将会不容置疑的迅速渗透到人们的日常生活中来。 我们经常提到的GPS定位系统由美国军方所设计、控制。除此之外，我国的北斗双星定位系统正在默默地为我国的现代化建设做贡献；俄罗斯的GLONASS系统也曾有过辉煌的历史；欧盟组织设计的伽利略卫星定位系统兼容目前广泛应用的GPS系统，在几年后将会给全球定位系统增添更加光彩的一页。 GPS系统由三大部分组成：空间部分、控制部分和用户部分。 空间部分是GPS人造卫星的总称。人造卫星的平均高度约20200Km，运行轨道是一个椭圆，地球位于该椭圆的一个焦点上；运行周期约12小时。在6个倾角约55的轨道面上不平均地分布着近30颗导航卫星，部分为备用卫星，美国军方可通过地面控制部分调整工作卫星的数目。在GPS系统中，GPS卫星是动态的已知点，用户端所有的导航定位信息都是依据这个动态已知点发送的星历计算得到的。GPS星历，实际上是一系列描述GPS 卫星运动及轨道的实时状态参数。民用GPS模块所接收到的广播星历是由GPS卫星以扩频通信方式通过导航电文直接向用户播发的用于实时数据处理的预报星历，在不同的载波上以不同的速率广播民用的伪随机码C/A码星历和军用的P码星历。 对于整个GPS系统来说，实际上地面控制部分是整个系统的核心。所有的GPS卫星所播发的用于导航定位的星历，都是由分布在地面的5个监控站提供的。地面系统负责监测GPS信号、收集数据、计算并注入导航电文，状态诊断、轨道修正等。正是有了地面监控系统的海量数据处理，才使得GPS系统精确运转。 我们常说的GPS定位模块称为用户部分，它像收音机一样接收、解调卫星的广播C/A码信号，中以频率为1575.42MHz。GPS模块并不播发信号，属于被动定位。通过运算与每个卫星的伪距离，采用距离交会法求出接收机的得出经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数，特点是点位速度快，但误差大。初次定位的模块至少需要4颗卫星参与计算，称

北斗卫星定位系统工作原理

北斗卫星定位系统工作原理 北斗卫星定位系统是全球卫星定位系统的一种，他工作的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当北斗卫星行为系统的卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。北斗卫星定位系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于30 0m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0. 1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，

其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见北斗卫星定位系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。 工作原理1 北斗卫星定位系统接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及北斗卫星定位系统信息，如卫星状况等。 北斗卫星定位系统接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精

卫星定位系统简介学习资料

卫星定位系统简介

卫星定位系统简介 卫星定位系统即全球定位系统（Global Positioning System）。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。 全球定位系统（GPS）是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。 一、常用术语 1.坐标（Coordinate)有二维和三维两种表示。 2.路标（Landmark or waypoint)

GPS内存的一个坐标值. 3.路线（Route) 路线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标之间的线段叫一条腿。 4.前进方向（Heading) GPS没有指北针的功能，静止不动时是不知道方向的。 5.导向（Bearing） 6.日出日落时间(Sun set/raise time) 7.足迹线(Plot trail) 二、构成 由三部分构成：地面控制部分(由主控站、地面天线、监测站和通讯辅助系统组成)、空间部分(由24颗卫星组成,分布在6个道平面上)、用户装置部分(主要由GPS接收机和卫星天线组成)。 1.空间部分 GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成，它位于距地表20 200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），轨道倾角为55°。此外，还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码，一组称为C/ A 码（ Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ；一组称为P 码（Procise Code 10123MHz),P 码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。

GPS概述

GPS概述 公众常称的GPS，通常是指GPS系统的接收设备，如手持式GPS、汽车导航仪等。 即全球定位系统（Global Positioning System）。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。 全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。 GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分———GPS星座；地面控制部分———地面监控系统；用户设备部分———GPS 信号接收机。 GPS定位技术具有高精度、高效率和低成本的优点，使其在各类大地测量控制网的加强改造和建立以及在公路工程测量和大型构造物的变形测量中得到了较为广泛的应用。 简单地说，GPS导航仪就是能够帮助用户准确定位当前位置，并且根据既定的目的地计算行程，通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地的汽车驾驶辅助设备。 它包括两个重要的组成部分：一是全球定位系统（Global Positioning System）简称GPS。它是由空间卫星、地面监控和用户接收等三大部分组成。在太空中有24颗卫星组成一个分布网络，分别分布在6条离地面2万公里、倾斜角为55°的地球准同步轨道上，每条轨道上有4颗卫星。GPS卫星每隔12小时绕地球一周，使地球上任一地点能够同时接收7～9颗卫星的信号。地面共有1个主控站和5个监控站负责对卫星的监视、遥测、跟踪和控制。它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。主控站收到数据后，计算出每颗卫星在每一时刻的精确位置，并通过3个注入站将它传送到卫星上去，卫星再将这些数据通过无线电波向地面发射至用户接收端设备。 注：这个系统最初是由美国陆海空三军于20世纪70年代联合研制的，它的主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要部署。GPS系统历经20余年的研究实验，耗资300亿美元，直到1994年3月全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座才正式布设完成。现在GPS系统的应用不仅局限在军事领域内了，而是发展到汽车导航、大气观测、地理勘测、海洋救援、载人航天器防护探测等各个领域。 二是汽车导航系统。光有GPS系统还不够，它只能够接收GPS卫星发送的数据，计算出用户的三维位置、方向以及运动速度和时间方面的信息，没有路径计算能力。用户手中的GPS接收设备要想实现路线导航功能还需要一套完善的包含硬件设备、电子地图、导航

北斗卫星导航系统定位原理及应用

xxxx导航系统定位原理及其应用 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日， 2007年4月14日，第三、四颗是备用卫星。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥?双保险?作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。北斗一号系统的基本功能包括： 定位、通信（短消息）和授时。北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。 其工作原理如下： ?北斗一号?卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标

GPS定位原理概述

GPS定位原理概述 GPS的组成GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。GPS计划始于1973年，已于1994年进入完全运行状态。GPS的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：空间部分 GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。这24颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12恒星时。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。控制部分 GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，位于美国克罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。用户部分 GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统。 GPS定位原理概述（2）： GPS的信号 GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波，它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和120倍，它们的波长分别为19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分别调制着多种信号，这些信号主要有：C/A码 C/A码又被称为粗捕获码，它被调制在L1载波上，是1MHz的伪随机噪声码（PRN码），其码长为1023位（周期为1ms）。由于每颗卫星的C/A码都不一样，因此，我们经常用它们的PRN号来区分它们。C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。P码 P码又被称为精码，它被调制在L1和L2载波上，是10MHz的伪随机噪声码，其周期为七天。在实施AS时，P码与W码进行模二相加生成保密的Y码，此时，一般用户无法利用P 码来进行导航定位。 Y码见P码。导航信息导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。

任务1四大卫星导航定位系统简介

项目34 GNSS的基本知识 任务1四大卫星导航定位系统简介 一、GNSS是什么 很久以来，人们一直因为“我在哪里”这个问题而感到困惑，也想了许多解决的办法， 但是没有一个直接、快速和有效的解决方法为全球提供精确定位服务，直到GPS系统出现。 GNSS是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）的缩写。它是所有在轨工作的卫星导航定位系统的总称。 GNSS能为我们提供什么？ 它可为用户提供高精度、全天时、全天候的定位、导航和授时服务。 GNSS包括的定位系统有哪些？ 目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的Compass （北斗），全部建成后其可用的卫星数目达到100颗以上，截止目前欧盟的Galileo系 统、中国的Compass（北斗）还未进入有规模的民用阶段。 除此之外还有WAAS广域增强系统、EGNOS欧洲静地卫星导航重叠系统、DORIS星载多普勒无线电定轨定位系统、PRARE精确距离及其变率测量系统、QZSS准天顶卫星系 统、GAGAN GPS静地卫星增强系统和IRNSS印度区域导航卫星系统。 GNSS是由谁开发的？ 目前现行的卫星导航系统有全球卫星导航系统和区域卫星导航系统。开发者也有国家或 是部门。具体情况参见表1-1。

GNSS系统组成？ GNSS系统一般由三部分组成，也即地面部分、空间部分和用户部分。各卫星定位系统的组成参见表1-2。 表1-2 GNSS系统组成

图1-1 GPS 卫星星座图1-2 GLONASS卫星星座 图1-3 Galileo 卫星星座

GPS卫星系统的简介

卫星导航定位系统的原理及其应用 摘要 本文主要介绍了卫星导航定位技术的基本概念与原理。并介绍人类利用卫星导航定位原理所发明的两种导航定位系统美国GPS系统与中国的北斗系统。 卫星与接收机距离的测量分为伪距测量原理和相位测量原理，相位测量的精度较高。卫星的定位原理分为绝对定位原理和相对定位原理，相对定位原理完全消除了卫星星历的影响精度更高一些。 美国的GPS系统主要由三部分组成分别为：空间部分、地面监控部分、用户部分。该系统的特点在于其与传统测量收与导航手段相比，器观测站之间无需通视只需要卫星通视，而且其定位精度较高、观测时间短、操作简便等 中国的北斗系统是中国为了克服GPS系统所带来的限制中国人自主研发的空间卫星系统。其特点突出，北斗系统不但可以进行导航也可以进行定位，同时还能进行授时和短信服务美国的GPS系统与中国的北斗系统的导航功能在旅游与汽车导航方面的应用极大地改善了人们的生活 关键词：卫星定位原理；北斗系统； GPS系统；导航 序言 随着科学技术的发展，尤其是空间科学技术的发展无论是在导航还是定位、授时方面，卫星定位于导航与人们的生活越来越密切。卫星的定位在大地测量方面、灾害监测中、土地资源调查中，地震测量中等方面都有着不可替代的作用。卫星的导航技术更是渗透于人们的生活当中旅游、汽车导航等等无一不说明卫星定位导航系统的重要性。所以本文通过对卫星导航系统定位原理的介绍以及在其技术基础上锁发展的定位导航系统，即中国的北斗系统与美国的GPS系统。让大家更能深刻了解定位导航技术的原理及其工作方式。 1 卫星导航定位原理

1.1 定位原理的基本概念 卫星定位的基本概念是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置，此处至少需要4颗卫星才能完场卫星定位。如图所示，假设t 时刻在地面待测点上安置GPS 接收机，可以测定GPS 信号到达接收机的时间△t ，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式： 图 1.1 4 颗卫星定位的原理图 上述四个方程式中待测点坐标x 、 y 、 z 和Vto 为未知参数，其中di=c △ti (i=1、2、3、4)。 di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。 △ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。 c 为GPS 信号的传播速度(即光速)。 四个方程式中各个参数意义如下： x 、y 、z 为待测点坐标的空间直角坐标。 xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t 时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。 Vti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。 Vto 为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x 、y 、z 和接收机的钟差Vto 。 1.2 伪距测量原理 1. 伪距测量的基本原理 每一个卫星播发一个伪随机测距信号，该信号大约每毫秒播发一次，接收机同时复制出一个相同结构的信号，并与接受到的卫星信号进行比较，它与卫星信号有一个延时差从而获得信号的延时时间(dt),如下图1.2所示。从而推算出卫星至接收机的距离

全球卫星导航系统原理与应用

第六章全球卫星导航系统原理及应用 第一节卫星定位技术简介 一、概述 具有全球导航定位能力的卫星定位导航系统称为全球卫星导航系统，英文全称为Global Navigation Satellite System，简称为GNSS。目前已有的卫星导航系统包括美国的全球卫星定位系统（GPS）、俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS、正在发展研究的有欧盟的GALILEO系统、中国北斗卫星导航广域增强系统。 全球定位系统（GPS）是众多卫星导航系统之一，GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词NAVSTAR/GPS的简称。它的含义是：利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了广泛的应用，在物探测量工作中广泛普及及应用。对于物理点的放样已经不再仅仅是采用测角和量距，而是借助GPS导航卫星信号来确定地面点的准确位置。 随着GLONASS系统、GALILEO系统以及中国的北斗系统逐步组网运营，综合各大导航系统的多星系统接收机逐步替代了先前的GPS定位的单一系统，其作业效率、定位精度、定位的稳定性与可靠性都得到了大幅度的改善。 二、卫星定位技术的发展 1957年10月4日，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星后，人们就开始利用卫星进行定位和导航的研究，人类的空间科学技术研究和应用跨入了一个崭新的时代，世界各国争相利用人造地球卫星为军事、经济和科学文化服务。同时，卫星定位技术在大地测量学的应用也取得了惊人的发展，迅速跨入了一个崭新的时代。 （一）早期的卫星定位技术 卫星定位技术是指人类利用人造地球卫星确定测站点位置的技术。卫星大地测量就是利用人造地球卫星为大地测量服务的一门学科。它的主要内容是在地面上观测人造地球卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大地测量任务，例如测定地面点的相对位置，测定地球的形状和大小等。 早期，人造地球卫星仅仅作为一种空间观测目标，由地面上的观测站对卫星的瞬间位置进行摄影测量，测定测站点至卫星的方向，建立卫星三角网。同时也可利用激光技术测定观测站至卫星的距离，建立卫星测距三角网。通过这两种观测方法，均可以实现地面点的定位，也能进行大陆同海岛的联测定位，解决了常规大地测量难以实现的远距离联测定位问题，这是常规定位技术望尘莫及的。 1966至1972年期间，美国国家大地测量局在英国和联邦德国测绘部门的协作下，用卫星三角测量方法测设了一个具有45个测站点的全球三角网，获得了±5m的点位精度。然而，

卫星定位系统原理及各国发展的历史

简述:卫星定位系统原理及各国发展的历史 1、子午卫星导航系统（NNSS） 该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于6 4年建成的“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System）。这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。 1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓厚的兴趣。经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。1958年12月在克什纳博士的领导下开展了三项研究工作：①研制卫星；②建立地球重力场模型以便卫星的精确定轨和准确预报卫星的空间位置；③研制多普勒接收机。经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至1967年7月该系统才由军方解密供民间使用。此后用户数量迅速增长，最多达9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。 1.1 子午卫星导航系统的组成 （1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独立轨道的极轨卫星组成。 在设计上要求卫星的轨道的偏心率为零，轨道倾角i =90°；卫星运行周期为T=107 m；卫星高度约为H=1075km；按理论上的设计，六颗卫星应当均匀分布在相互间隔为3 0度轨道平面上。但由于早期卫星入轨精度不高，各卫星周期、倾角、偏心率都存在不同程度的误差，故各卫星轨道进动的大小和方向也都不尽相同，这样经过一段时间后各卫星轨道间的间距就变得疏密不一。因而地面可观测卫星的时间分布就变得更加没有规律，中纬度地区的用户平均1.5小时左右可以观测到一颗卫星，有时在高纬上空可出现多颗卫星造成信号的互相干扰（此时必须将信噪比差的卫星关闭避免干扰）；但在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星。

简述卫星定位系统的构成和工作原理

简述卫星定位系统的构成和工作原理 摘要：本文在于简述全球卫星定位系统（Global Positioning System）工作的基本原理和该系统的主要构成部分。 关键词：卫星定位；原子钟；vrml；web 1 引言 全球卫星定位系统（Global Positioning System）是由美国国防部于上世纪七十年代开始研制的一代新的卫星导航系统。其初始目的是为美国的海陆空三军提供实时，全天候和全球性的导航服务。在历经20年的不断建设和完善过后，其以能为全世界的目标提供三维坐标，三维速度和时间信息。因为GPS定位有高精度、高效率和低成本的优点，其在各领域得到了广泛的应用。其在国民生产中的地位可想而知。我国已在2003发射了第一颗北斗导航卫星，开始了我国的“北斗”卫星导航系统的建设。 2 卫星定位系统的构成 卫星定位系统由三部分组成：空间部分———GPS卫星；地面控制部分———地面监控系统；用户设备部分———GPS 信号接收机。下面逐一简绍。 2.1 GPS卫星 全球卫星定位系统的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km 的上空, 均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)轨道倾角为55°。此外, 还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星产生两组电码,一组称为C/A码(Coarse/Acquisition Code1.023MHz);一组称为P码(Procise Code10.23MHz),P码因频率较高,不易受干扰, 定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码, 一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/A码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。 2.2 地面监控系统

北斗卫星导航系统概述

北斗卫星导航系统概述 00钟恩彬 引言 自从 1960 年美国发射第一颗导航卫星并于1964年组成美国海军导航卫星系 统(NNSS)以来，导航卫星经过了从多普勒定位技术到伪码扩频测距定位，从间断、部分覆盖导航到全天候、全天时、全覆盖导航，从单纯广播式导航到通信导航融合 技术的发展，其中运行了近二十年的美国 GPS 系统是卫星导航技术发展 的结晶。随着卫星导航系统应用价值的不断扩展， GPS 也暴露了一些不足，比如，GPS 能够解决单一用户的精确定位导航问题，但由于它是广播式的导航，用户不能与导航卫星建立通信，定位信息不能传输给用户中心，这一缺点使得它若在战场上运用时虽然能给导弹导航，但不能向指挥中心回传打击效果。我国充分吸收 GPS 的经验，于上世纪 80 年代开始研究设计自己的卫星导航系统—北斗卫星导 航系统。截至目前，我国已经发射了 16 颗组网卫星，基本实现了亚太区域覆盖，我们很快就将用上国产的北斗终端设备了。在此背景下，本文将主要从北斗卫星导航系统的基本原理、与其它系统的比较两个方面简要介绍北斗卫星导航系统。 一、北斗卫星导航系统的基本原理 卫星定位说白了就是测出几颗卫星到定位点的距离，然后在建立的三维空间坐标系中以这些距离为半径画几个球，球的交点即为定位点的坐标，至于导航就是选定一个参考点，测算出它的坐标，引导用户到该参考坐标点就是导航。 关键的问题是如何测量出实时的距离，这就需要利用电磁波在卫星与用户之间的来回传播来测算。不过实际的系统远不止这么简单，例如必须保证发射和接受同步，这就好比要使卫星和用户接收机同时开始播放同一首歌，这时站在接收机旁的人会停到两个版本的歌声，滞后的就是来自卫星的歌声，这个时延乘上光速 c 即为卫星到定位点的距离，当然，这个时延的测量也必须用精准的时钟。为了保证这些，电磁波上必须加载复杂的导航电文。导航电文不是由卫星单独产生的，而要有地面主控站来控制完成，所以为了不受制于人，我国决定开发自己的卫星导航系统。 北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端组成，空间端包括 35 颗组网卫星，其中 5 颗为静止轨道 (GEO)卫星，地面端主要有主控站、注入站

GPS导航系统基本原理

简述GPS导航系统的基本原理 利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。 GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距 离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR））。当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的 C/A码和军用的P(Y）码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒， 相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫 星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位 置速度等信息便可得知。 可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个

北斗卫星导航系统常识简介精编版

北斗卫星导航系统常识 简介 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

北斗卫星导航系统常识简介一、北斗卫星导航系统现状 中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。 2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°-140°，北纬5°-55°。北斗

全球四大卫星导航系统概述与比较

全球四大卫星导航系统概述与比较 【摘要】美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧盟伽利略定位系统和中国北斗卫星导航系统为联合国卫星导航委员会认定的全球卫星导航系统四大核心供应商。本文主要介绍了全球四大卫星导航系统的概况以及与目前应用最广泛的GPS系统的比较。 【关键词】卫星导航系统；功能；区别 0.前言 卫星导航系统是覆盖全球的自主地利空间定位的卫星系统，允许小巧的电子接收器确定它的所在位置（经度、纬度和高度），并且经由卫星广播沿着视线方向传送的时间信号精确到10米的范围内。卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会和经济效益，对民生和国防产生深远的影响。 1.全球卫星导航系统概述 （1）全球定位系统（英语：Global Positioning System，通常简称GPS），又称全球卫星定位系统，是美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。全球定位系统可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。 该系统由美国政府于1970年代开始进行研制并于1994年全面建成。使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务，无需另外付费。GPS信号分为民用的标准定位服务和军规的精确定位服务两类。由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入选择性误差（即SA政策）以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右；军规的精度在十米以下。2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。 GPS系统拥有如下多种优点：使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性；全球覆盖（高达98%）；三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位；不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。 （2）GLONASS系统由苏联在1976年组建，现在由俄罗斯政府负责运营。该系统由卫星、地面测控站和用户设备三部分组成，目前的系统由21颗工作星和3颗备份星组成，分布于3个轨道平面上，每个轨道面有8颗卫星，轨道高度

【VIP专享】任务1四大卫星导航定位系统简介

项目34 GNSS的基本知识 任务1 四大卫星导航定位系统简介 一、GNSS是什么 很久以来，人们一直因为“我在哪里”这个问题而感到困惑，也想了许多解决的办法， 但是没有一个直接、快速和有效的解决方法为全球提供精确定位服务，直到GPS系统出现。 GNSS是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)的缩写。它是所有在轨 工作的卫星导航定位系统的总称。 GNSS能为我们提供什么？ 它可为用户提供高精度、全天时、全天候的定位、导航和授时服务。 GNSS包括的定位系统有哪些？ 目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的Compass(北斗)，全部建成后其可用的卫星数目达到100颗以上，截止目前欧盟的Galileo 系统、中国的Compass(北斗)还未进入有规模的民用阶段。 除此之外还有WAAS广域增强系统、EGNOS欧洲静地卫星导航重叠系统、DORIS星载多普勒无线电定轨定位系统、PRARE精确距离及其变率测量系统、QZSS准天顶卫星系统、GAGAN GPS静地卫星增强系统和IRNSS印度区域导航卫星系统。 GNSS是由谁开发的？ 目前现行的卫星导航系统有全球卫星导航系统和区域卫星导航系统。开发者也有国家 或是部门。具体情况参见表1-1。 表1-1 卫星导航系统开发表 系统开发国家或部门研发时间覆盖区域 GPS美国国防部1973年开始 方案论证（1974~1978年） 系统论证（1979~1987年） 生产试验（1988~1993年） 全球 GLONASS 前苏联研发，1996 年由俄罗斯接替 1982年开始全球 Galileo欧盟1978年方案认证和初步设计阶 段 定义阶段 开发阶段 部署阶段 商业运行阶段 全球 COMPASS中国1985年提出，1994年1月立项北斗一号：区域

全球定位系统概述

1.什么是全球定位系统（GPS） 全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。 全球定位系统(Global Positioning System,缩写GPS)是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。 按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 地面监控部分包括四个监控间、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。 全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。 2.GPS如何定位 GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。 GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。 GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒