GPS_GPS基本原理和常识

两种GPS服务：

SPS--标准定位服务，民用，精度约为100M；

PPS--精密定位服务，军用和得到特许的民间用户使用，精度高达10M。

两种限制民用定位精度的措施(保障国家利益不受侵害)：

SA--选择可用性，认为降低普通用户的测量精度，限制水平定位精度100M，垂直157M(已于2005年5月1日取消)；

AS--反电子欺骗。

GPS系统=空间部分+控制部分+用户部分

比如：法国spot卫星虽也是极地轨道卫星，轨道高度832km，轨道倾角98.7度，重复周期26天，但spot／hrv遥感器具有倾斜观测能力(倾角±。比如：法国spot卫星虽也是极地轨道卫星，轨道高度832km，轨道倾角98.7度，重复周期26天，但spot／hrv遥感器具有倾斜观测能力(倾角±。首先，北斗导航系统用的在轨卫星颗数比gps更多，北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，而gps空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。

主要作用：发送用于导航定位的卫星信号。

构成：24颗卫星=21颗工作卫星+3颗备用卫星

GPS控制部分由1个主控站，5个检测站和3个注入站组成。

组成：GPS控制部分=主控站（1个）+监测站（5个）+注入站（3个）

作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历（导航电文），保持系统时间。

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。跟踪和指令站将被用来监控伽利略计划的卫星。据悉gps接收机基本工作原理，当天14时38分，榆阳消防上郡路中队接到指挥中心调度指令，随后转警给榆林老街卫星消防站和古城卫星消防站站。

监控站：接收卫星信号，检测卫星运行状态，收集天气数据，并将这些信息传送给主控站。

注入站：将主控站计算的卫星星历及时钟修正参数等注入卫星。

分布情况：

主控站：位于美国科罗拉多州（Calorado）的法尔孔（Falcon）空军基地。

监控站：现有5个地面站均具有监控站的功能，除主控站，其余4个分别设在、阿松森群岛、迭哥加西亚、卡瓦加兰。分布于印度-太平洋海域，从红海、非洲东部延伸至科摩罗群岛、马达加斯加、塞舌尔、印度、斯里兰卡再到印度尼西亚、澳大利亚、巴布亚新几内亚、汤加以及日本北部。卡瓦酒在南太平洋群岛斐济、萨摩亚、汤加、瓦努阿图等国家有着悠久的历史，卡瓦酒的传说也神乎其神，斐济人把卡瓦酒盛在椰子壳中，似同甘露，并定为国饮。

监控站：1个与主控站在一起；3个与注入站在一起；另外一个在（Hawaii），西太平洋。

GPS用户设备部分包含GPS及相关设备。GPS主要由GPS芯片构成。

如车载、船载GPS导航仪，内置GPS功能的移动设备，GPS测绘设备等都属于GPS用户设备。

组成：主要为GPS

作用：接收、跟踪、变换和测量GPS信号的设备，GPS系统的消费者。

24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时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GPS观测中，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。

当待加工表面的加工误差过大时，可将上工序加工的工件按其尺寸误差大小均分成n组，使每 组工件的尺寸误差缩小为原来的1/n，然后按组调整与工件的相对位置，可以显著提高加工精度。 国家标准gb10095—88《渐开线圆柱齿轮精度》对齿轮、齿轮副规定了12个精度等级，其中第一级最高，第12级最低，标准的各项差分成三个公差组公差组 公差与极限偏差项目 误差特性 对传动性能的主要影响 f i ″、 f p、 f pk ″、f i ″、f i ″、 f r、f w 以齿轮转为周期的误差 传递运动的准确性 f i ″、f f ， f pt、 f pb 、 f i ″、 f fβ 在齿轮一转内，多次周期重复出现的误差 传递运动的平稳性、噪声、振动 f β ″、f b 、f px ″ 齿向、接触线的误差 载荷分布的均匀性 组齿轮材料、热处理坯.齿轮材料齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料。机标规定了12个精度等级，按精度由高到低的顺序依次用数字1，2，3...12表示,常用的多为5~9级精度.此外,根据对运动的准确性,传动的平稳性和载荷分布均匀性的要求不同,将每个精度等级的各项公差依次分为三个组,机第1公差组,第2公差组和第3公差组.齿轮的精度每组应根据传动的用途,使用条件,传动效率和圆周速度以及其他经济,技术指标决定.。

由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，使得民用GPS的定位精度只有10米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。

利用GPS进行定位的方法有很多种。

若按照参考点的位置不同，则定位方法可分为：

卫星定位法是利用地面站接收机接收某种导航卫星的信息，直接测定地面接收站的地心大地坐标。地心坐标系的原点与地球质心重合，参心坐标系的原点与某一地区或国家所采用的参考椭球中心重合，通常与地球质心不重合。6.建筑物的三维坐标、位置测定、悬高测量、铅垂度测定、管线定位、断面测量等。

（2）相对定位。即在协议地球坐标系中，利用两台以上的接收机测定观测点至某一地面参考点（已知点）之间的相对位置。也就是测定地面参考点到未知点的坐标增量。由于星历误差和大气折射误差有相关性，所以通过观测量求差可消除这些误差，因此相对定位的精度远高于绝对定位的精度。

按用户接收机在作业中的运动状态不同，则定位方法可分为：

（1）静态定位。即在定位过程中，将接收机安置在测站点上并固定不动。严格说来，这种静止状态只是相对的，通常指接收机相对与其周围点位没有发生变化。

（2）动态定位。即在定位过程中，接收机处于运动状态。

GPS绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种方式。即动态绝对定位、静态绝对定位、动态相对定位和静态相对定位。若依照测距的原理不同，又可分为测码伪距法定位、测相伪距法定位、差分定位等。

首先普及两个概念：星历(Ephemeris)与历书(Almanac)

为了缩短卫星锁定时间，GPS接收机需利用历书、当地位置的时间来预报卫星运行状态。

2015年，河南省共有天气雷达观测站点18个，卫星数据广播接收系统122个，区域气象观测站2431个，全年晴雨预报准确率91.8%，最高最低气温预报准确率分别为79.1%和81.5%。载体上的 gps 接收机天线在跟踪 gps 卫星的过程中相对地球而运动，接收机用 gps 信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度） gps 最初就是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国军方控制。gps除了用于导航、定位、测量外，由于gps系统的空间卫星上载有的精确时钟可以发布时间和频率信息，因此，以空间卫星上的精确时钟为基础，在地面监测站的监控下，传送精确时间和频率是gps的另一重要应用，应用该功能可进行精确时间或频率的控制，可为许多工程实验服务。

一般冷启动比热启动时间要长很多，以信号足够好为例，SirFIII的热启动为15秒以内，冷启动则需要42秒以内；在信号弱的情况下则需要更长时间。

1）cold(冷启动)：没有之前的位置信息，没有星历，没有时间的估算。

电子导航：用户可以通过手机下载电子地图等数据到车载gps导航系统中，导航系统得到当前坐标参数再通过手机短信传回导航中心。卫星制导导弹利用安装在弹上的导航卫星系统接收机，接收多颗卫星播发的导航信息，经弹上计算机精确计算出导弹的三维位置、二维速度和对应时间，形成修正制导系统制导误差的导引信启，再由控制系统控制导弹精确攻击目标。我国北斗一号卫星导航系统采用有源方式，即用户进行导航定位时要主动向卫星发送信号，北斗二号和北斗三号卫星导航系统采用无源和有源相结合的方式，进行无源卫星导航时，用户只需接收导航卫星信号。

2）warm(温启动)：有历书信息，大致的位置和时间可知，没有星历信息。

温启动是指距离上次定位时间超过2个小时的启动，搜星定位时间介于冷启动和热启动之间。如果您前一日使用过GPS定位，那么次日的第一次启动就属于温启动，启动后会显示上次的位置信息。因为上次关机前的经纬度和高度已知，但由于关机时间过长，星历发生了变化，以前的卫星接受不到了，参数中的若干颗卫星已经和GPS接收机失去了联系，需要继续搜星补充位置信息，所以搜星的时间要长于热启动，短于冷启动。

3）hot(热启动)：有星历信息，大致的时间和位置可知，通常比温启动的时间和位置信息精确。

cpi越高的鼠标每移动一英寸可以采集到的像素点就越多，反过来做个比喻，1000cpi的鼠标能感应到的最小移动距离是1/1000=0.001英寸，如果移动距离小于0.001英寸，鼠标中的dsp（数字信号处理器）是没反应的，光标也不会移动。正确的开机关机顺序应该是先打开ups电源给它供电，然后再打开各个负载，这样可以避免启动时瞬间的电流冲击给ups造成的损害，在关机时的顺序正好相反，应该先关闭各个负载最后关闭ups。其实，稍作设置就可以拒绝尴尬情况的发生： 手工关闭系统开、关机声音 windows xp系统的那段开、关机音乐很长，手工关闭方法很简单：单击开始/控制面板，选择声音、语音和音频设备项，选择声音选项卡，直接在程序事件列表中找到启动windows及退出windows这两项，直接将声音设置为无，保存设置即可。

1、L1波段－1.57542GHz。

2、L2波段－1.22760GHz。

3、L3波段－1.38105GHz。

4、L4波段－1.84140GHz（预计将在2017年开始使用）。

一般民用GPS使用的是GPS系统的L1载波，频率为1575.42MHz。在这个载波频率上面以调相方式加载了两种不同的伪随机噪声码：C/A码和P码。C/A码是用于民用的测距码，码长为1023个码元，即1023次从数字零到数字1的跳动，这1023个码元每秒重复1000次gps接收机基本工作原理，即1.023MHz,或每一百万分之一秒跳动一次。P码是军用码，码长非常长，码速为10.23MHz，即每千万分之一秒跳动一次。

如图gps接收机接收gps卫星a、b、c传来的信号，计算出接收机与它们之间的距离，然后分别以3颗卫星为球心，以该卫星到接收机之间的距离为半径，“绘制”3个巨大的球体。38、一钢尺名义长度为30米，与标准长度比较得实际长度30.015米，则用其量得两点间的距离为64.780米，该距离的实际长度是（b）。gps系统是飞机接受卫星的单向信号，利用接收gps卫星的信号的时间差，算出飞机接收机距离该卫星的距离，然后利用几个不同卫星之间的距离，用空间几何的办法计算出飞机的位置的。

sitv平台卫星参数 卫星名称:中星6b号 轨道位置：115.5°e。[0002]geo(geostat1nary earth orbit,地球静止轨道)通信卫星在轨工作期间，由于受到多种摄动力的作用，轨道参数随时间发生变化，卫星操作者会定期调整geo通信卫星的轨道参数，使卫星处于固定的控制盒内，以保障卫星通信地面站天线的指向控制要求。该 导航信息包括关于卫星完整性("健康，，)、轨道参数、gps时间信 息等的信息。

大家比较一下GARMIN和MAGELLAN的各个型号GPS接收机的技术参数，就会发现：所有型号的的GPS接收机的冷启动时间（即GPS对卫星及自己所在地一无所知）都是45秒左右，不是厂商懒不想改进GPS性能，而是已经快到技术极限啦：45秒里面的30秒是用来接收导航电文的，剩下15秒钟是计算接收机位置的。

GPS接收机在计算前进速度的时候，用的是多普勒效应：在扣除卫星相对于接收机移动的多普勒效应以后，多出来的部分就是接收机移动的部分了，把这部分进行计算，就可以算出接收机的前进速度了。这种计算方法要比直接计算每秒钟的前进速度准，准确程度是每小时0.5公里。你自己可以作个试验：在走路或开车的时候走一些迷惑GPS的蛇行路线或8字形路线，看看GPS的速度显示是否连续并准确，一般这种情况下GPS的方向显示会略有延迟，因为它每一秒钟才算一次，而且方向的计算是要和前几秒钟的方向进行加权平均。

有很多种因素会影响到GPS的准确率：

以下是一个GPS误差引入简表：

卫星时钟误差：0-1.5米

卫星轨道误差：1-5米

电离层引入的误差：0-30米

大气层引入的误差：0-30米

接收机本身的噪音：0-10米

多路反射：0-1米

总定位误差：大约28米

可以看出，主要GPS定位误差来自于电离层和大气层，是因为电离层中的气体分子和大气层中的水蒸汽分子会折射GPS的微波信号，使其在从卫星到接收机的路线中会稍微弯曲一下，导致接收机把弯曲的路径来当作直线路径，从而引入误差。这种现象在微波信号斜斜地穿越电离层和大气层时更明显，因为微波信号在其中穿越的时间和距离更长。

GPS系统特点

（1）全天候；

（2）全球覆盖；

（3）三维定速定时高精度；

（4）快速省时高效率；

（5）应用广泛。

GLONASS（全球轨道导航卫星系统，格洛纳）

—由24颗卫星组成，精度在10米左右，军民两用，设计2009年底服务范围拓展到全球。

Galileo-ENSS（欧洲导航卫星系统，欧洲伽利略计划）

全国直播卫星开通用户超过7000万户，中国还把卫星通信业务拓展至30多个国家和地区，比如基于东方红四号平台，分别为尼日利亚、委内瑞拉和巴基斯坦研制大容量通信卫星并成功发射。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的sa保护政策，使得民用gps的定位精度只有100米。toa测量要求ms的发射与所有bts的接收精确同步(1μs的定位误差将导致300m的定位误差)，并且在其发射信号中要包含发射时间标记以便接收基站信号到达时间确定信号所传播的距离。

COMPASS（北斗导航系统，中国）

—由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球，现已成功发射十六颗北斗导航卫星。

李鹏

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