GPS基础知识

[新手教程]: 基本的GPS知识摘要

[新手问题]: 了解GPS

[如何解决]: GPS原理，定位，系统，开发

【特别感谢】: 哎呀

[是否测试]: 已测试

GPS全球定位系统（GPS）由美国在1970年发. 它用了20年时间，耗资200亿美元. 它于1994年完全完成，并在海上，陆地和空中进行了全方位的行动. 具有方位角实时三维导航和定位功能的新一代卫星导航和定位系统. 近十年来中国测绘部门的使用表明，GPS以其全天候，高精度，自动化和高效能的特性赢得了大多数测绘工作者的信任. 它已成功地用于大地测量，工程测量，航空摄影测量，车辆导航和控制，地壳运动监测，工程变形监测，资源勘测和地球动力学等各个学科，为测绘领域带来了深刻的技术革命.

随着全球定位系统的不断完善，软硬件的不断完善，应用领域也在不断扩大. 目前，它已经扩散到国民经济的各个领域，并逐渐渗透到人们的日常生活中.

GPS系统的特征

1. 全球全天候工作: 可以为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精确的时间. 不受天气影响.

2. 定位精度高: 单机定位精度优于10米. 采用差分定位，精度可以达到厘米和毫米级别.

3. 功能众多，应用广泛: 随着人们对GPS的了解加深，GPS不仅在测量，导航，速度测量，时间测量等方面得到了越来越广泛的应用，而且其应用领域也在不断扩大.

GPS开发:

在卫星定位系统出现之前，无线导航系统主要用于远程导航和定位.

1. 导航系统•Roland-C: 工作在100KHZ，由三个地面导航站组成，导航工作区域为2000KM，一般精度为200-300M. •欧米茄（Omega）: 以十几kHz的频率工作. 它由八个地面导航站组成，可以覆盖整个世界. 精度只有几英里. •多普勒系统: 使用多普勒频移原理，可以通过测量移动物体的频移获得其移动物体参数（地面速度和漂移角），并可以计算飞机的位置. 它是一个独立的航位推测系统. 误差随着范围的增加而累积. 缺点: 工作区域小；波的传播受大气影响；定位精度不高.

2. 卫星定位系统，最早的卫星定位系统是美国子午线系统（美国子午线系统），开发于1958年，并在64年后正式投入使用. 由于系统的卫星数量少（5-6），运行高度低（平均1000KM），并且从地面站观察卫星的时间间隔较长（平均1.5h），因此它无法提供连续的实时信息3D导航. 而且精度低. 为了满足军事和民政部门的紧急需求，需要进行连续的实时和三维导航. 1973年，美国国防部制定了GPS计划.

3. GPS开发过程中，GPS实施计划分为三个阶段:

第一阶段是方案论证和初步设计阶段. 从1973年到1979年，发射了四颗测试卫星. 开发了地面并建立了地面跟踪网络.

第二阶段是全面的开发和测试阶段. 从1979年到1984年，相继发射了7颗测试卫星，并开发了用于各种目的的接收机. 实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准.

第三阶段是实际的联网阶段. 1989年2月4日成功发射了第一颗GPS工作卫星，这表明GPS系统已进入建造阶段. 到1993年底，实用的GPS网络（21 + 3）GPS星座已经完成，将来将根据计划更换故障卫星.

GPS原理

1. GPS系统的组成，GPS由三个独立的部分组成:

太空部分: 21颗工作卫星，3颗备用卫星.

地面支持系统: 1个主控制站，3个注入站和5个监视站.

用户设备部分: 接收GPS卫星传输信号以获得必要的导航和定位信息，并在数据处理后完成导航和定位. GPS硬件通常由主机，天线和电源组成.

2. GPS定位原理. GPS定位的基本原理是根据高速卫星的瞬时位置（作为已知的起始数据）和后方切除空间距离的方法来确定要测量的点的位置. 如图所示，假设将GPS放置在要在时间t进行测量的地面点上，则可以测量GPS信号到达的时间△t，再加上卫星星历表和接收到的其他数据接收者可以确定以下四个方程式:

上述四个方程中待测点的坐标x，y，z和Vto是未知参数，其中di = c△ti（i = 1、2、3、4）.

di（i = 1、2、3、4）是卫星1，卫星2，卫星3和卫星4到的距离.

△ti（i = 1、2、3、4）是卫星1，卫星2，卫星3和卫星4的信号到达所花费的时间.

c是GPS信号的传播速度（即光速）.

四个方程式中每个参数的含义如下:

x，y，z是要测量的点的坐标的空间直角坐标.

xi，yi，zi（i = 1、2、3、4）是卫星1，卫星2，卫星3和卫星4在时间t的空间直角坐标，

可以从卫星导航消息中获取.

Vt i（i = 1、2、3、4）是卫星星历表分别提供的卫星1，卫星2，卫星3和卫星4的卫星时钟的时钟差.

Vto是的时钟差.

要测量的点的坐标x，y，z和的时钟差Vto可以通过上述四个方程求解.

DGPS原理

目前，GPS系统提供的定位精度优于10米，为了获得更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术: 将GPS接收机放置在基站上进行观测. 根据基站的已知精确坐标，计算从基站到卫星的距离校正数，然后基站实时发送此数据. 用户在接收GPS观测数据的同时，还接收参考站发送的校正号并对其定位结果进行校正，从而提高了定位精度.

差分GPS分为伪距差分和载波相位差分两类.

1. 伪距差原理，这是使用最广泛的差. 在基站上，观察所有卫星，并根据基站的已知坐标和每个卫星的坐标，在每个时刻找到每个卫星到基站的真实距离. 然后将其与测得的伪距进行比较，获得伪距校正数，并将其发送给用户以提高定位精度. 这种差异可以获得仪表级的定位精度，例如沿海地区广泛使用的“信标差异”

2. 载波相位差分原理，即载波相位差分技术，也称为RTK（实时运动）技术，是一种用于实时处理两个站的载波相位观测值的差分方法. 即，参考站收集的载波相位被发送到用户接收机，并且通过计算差来计算坐标. 载波相位差可使定位精度达到厘米级. 它被广泛用于动态需要高精度位置的区域.

GPS术语解释:

终点: 用户自己的位置存储在GPS设备上

路线: 组合多个航路点以形成路线，并按照您想要旅行的顺序依次导航

轨迹: GPS每秒更新一次坐标信息，并可以通过GPS设备记录其自身的运动轨迹. 该功能在野外非常实用. 如果迷路了，可以回到原来的轨道

线性导航: 从一个航点到另一个航点的最直接，最自由的转弯.

海拔: 距平均海平面的距离

坐标显示格式: 用于在GPS屏幕上显示GPS位置的显示方法通常仅以度和分钟为单位显示. 还显示了度，分，秒，仅度或其他网格坐标的显示选项.

WGS-84: 1984年测量的大地坐标系，目前在大多数GPS中使用.

使用GPS的注意事项:

1，星级搜索:

1）所有GPS不能在室内接收卫星或信号很弱，只能在室外接收信号

2）GPS设备应在开放区域中搜索星星，周围不要有任何障碍物

3）在固定位置等待搜索信号，通常在导航之前可以搜索4颗卫星，不能导航不超过4颗卫星，或者是否有提示“离开路线: 提示. ”

4）通常在军事禁区有干扰信号，但找不到信号

5）汽车挡风玻璃上的隔热膜，隔热纸和金属部件屏蔽层会降低信号强度，但不会影响定位

2. 首先启动汽车，然后再插入点烟器电源. 导航结束时，请拔下点烟器的插头，然后在汽车启动后将其插入gps定位的基本原理，这将有助于保护机器的电池.

3. 车载GPS设备不防水，注意使用环境

影响GPS定位精度的主要因素是什么？

1. 大气（电离层和对流层延迟GPS信号）

2. 多径效应（GPS信号通过其他表面反射到天线中）.

3. 当前可见的GPS卫星数.

4. 当前可见的GPS卫星的几何分布.

5. GPS卫星时钟差.

6. GPS卫星轨道不佳.

7. 人为干扰，例如安全策略，微波发射器等.

GPS与GPRS的区别: GPS是卫星定位系统，它接收卫星信号以知道其位置信息. GPRS是中国移动访问互联网的一种方式，也是手机接收和发送数据的一种方式. 它接收中国移动的手机信号，用于上网或发送彩信.

什么是AGPS，它与GPS有何不同？

A-GPS技术是一种结合网络基站信息和GPS信息来定位移动台的技术，可以用于GSM / GPRS，WCDMA和CDMA2000网络. 这项技术需要在手机中添加GPS模块，并转换手机的天线. 同时，它需要在移动网络上添加位置服务器，差分GPS参考站和其他设备. 如果要提高该程序在室内GPS信号屏蔽等领域的定位效果，该程序还建议需要添加一个与EOTD程序类似的位测量单位（LMU）. AGPS的具体工作原理如下:

AGPS手机首先通过网络将其自己的基站地址发送到位置服务器；

位置服务器根据手机的大致位置向手机发送与位置有关的GPS辅助信息（包括GPS星历表和方位角等）；

手机的AGPS模块根据辅助信息接收原始GPS信号（以增强GPS信号的第一锁定时间TTFF能力）

手机接收到原始GPS信号后，对该信号进行解调，计算从手机到卫星的伪距离（伪距离是受各种GPS错误影响的距离），并将相关信息发送到该位置服务器通过网络；

位置服务器根据传输的GPS伪距信息和来自其他定位设备（例如差分GPS参考站等）的辅助信息完成GPS信息的处理，并估算手机的位置；

位置服务器通过网络将手机的位置传输到定位网关或应用平台.

AGPS解决方案的优势主要在于其定位精度. 在室外等空旷地区，其正常GPS工作环境下的精度可以达到10米左右，这被称为具有最高定位精度的定位技术. 该技术的另一个优点是，第一次获取GPS信号的时间通常只需要几秒钟，这与GPS第一次获取可能需要2到3分钟的时间不同.

什么是WAAS，EGNOS，MSAS:

WAAS的全名是广域增强系统gps定位的基本原理，即广域增强系统. WAAS由联邦航空局（FAA）和美国运输部开发，旨在提高飞行精度，因为仅GPS的当前使用不能满足FAA规定的精确飞行导航要求. WAAS包含约25个地面参考站，其位置分散在整个美国，并负责监视GPS卫星数据. 美国东海岸和西海岸的两个主要站点都从其他站点收集数据，并计算GPS卫星的轨道偏移，电子时钟误差以及由大气和电离层引起的消息延迟时间. 收敛后，它通过赤道上方的两个同步卫星之一传播. 该WAAS信号的发送频率与GPS信号的频率相同，因此任何具有WAAS功能的GPS机器都可以接收该信号，并使用它来校正定位信息. WAAS可以纠正由电离层干扰，不正确的定时控制和卫星轨道错误引起的GPS信号错误，还可以提供有关每颗卫星是否正常运行的信息. 尽管WAAS尚未正式通过NASA的飞行使用认证，但该系统已向公众开放，例如从事帆船或其他休闲活动的人们.

WAAS提供校正GPS信号的功能，使您可以获得更准确的定位. 它可以提高多少精度？官方数据是准确度平均可以提高五倍！目前，不具备WAAS功能的普通GPS接收机的正常精度为15米，而具有WAAS功能的GPS接收机在95％的情况下可以提供准确的定位，误差小于3米，并且您无需使用WAAS功能. 并支付任何使用费.

在美国，WAAS非常强大，欧洲人也不是闲着. 欧洲分步部署计划中的欧洲欧洲导航卫星系统（GNSS）. GNSS涉及两个方面: 一是美国的GPS系统；二是全球定位系统. 另一个是的GLONASS系统. 除了美国GPS卫星系统的对地静止卫星的服务该服务内的导航，即欧洲对地静止导航叠加服务（欧洲对地静止导航叠加服务），这就是我们上面提到的EGNOS. 然后进一步构建GNSS-2（也称为“伽利略”计划），并逐步从区域系统扩展到全球系统.

像WAAS一样，EGNOS通过使用对地静止卫星实现了很高的定位精度，并且由于它是一个开放系统，因此EGNOS功能不需要支付任何使用费用. 那么，可以在中国使用美国，欧洲这样的良好功能吗？当前，WAAS卫星信号仅适用于北美. 在其他地方没有地面参考站，因此即使这些区域的GPS用户可以接收WAAS信号，由于信号未正确校准，他们也将无法提高其机器的精度. 即使在美国，由于卫星位于赤道上方，因此如果该位置的南部地平线被树林或山脉遮挡，则接收WAAS信号将不容易. EGNOS的地面设施和对地静止卫星没有覆盖亚洲，非洲，南美和远东. 因此，在中国仍然无法提供WAAS / EGNOS的精确定位服务.

尽管中国的GPS用户目前无法享受WAAS的好处. 但是，许多国家目前正在开发类似的卫星校正系统，例如日本的卫星增强系统（MSAS）系统. 中国于2000年10月和2000年12月发射的两颗导航定位卫星“北斗一号”成功地将中国第三颗“北斗一号”导航定位卫星送入太空，标志着中国已经建立了完整的卫星定位导航系统. 中国已经开始表达对卫星增强系统的需求. 在不久的将来，也有可能使用北斗和GPS提供的高精度定位服务，或地面/卫星基站的增强服务. 目前，对于GPS的内置WAAS / EGNOS解调器，如果是普通人而无需经常去欧洲，美洲和其他地区，则WAAS / EGNOS解调器是可选的. >

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-283599-1.html