GPS卫星定位系统，原理与技术一文全懂

全球定位系统（Global Positioning System，通常简称GPS）是一个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。系统由美国国防部研制和维护，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；地面上的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4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。

该系统是由美国政府于20世纪70年始进行研制于1994年全面建成。使用者只需拥有GPS接收机，无需另外付费。GPS信号分为民用的标准定位服务（SPS，Standard Positioning Service）和军规的精确定位服务（PSS，Precise Positioning Service）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误差以降低其精确度，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：全天候，不受任何天气的影响；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、；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。

GPS系统的组成

GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；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卫星星座：

这是一个由覆盖全球的24颗卫星和3颗备用卫星组成的卫星系统，工作卫星均匀分布在6个相对于赤道面的倾角为55°的近似于圆的轨道面上，轨道面之间的夹角为60°，轨道平均高度为20200km，卫星运行周期为11时58分。此外还有6颗在轨备用卫星和9颗地面备用卫星。并出售了铱星公司的66颗在轨运行卫星和12颗在轨备用卫星。

太阳是恒星,月亮是卫星 .恒星由炽热气体组成的,能自己发光的球状或类球状天体.估计银河系中的恒星大约有一、二千亿颗.恒星并非不动,只是因为离开我们实在太远,不借助于特殊工具和方法,很难发星、火星和月亮的轨道上.人造卫星用于科学研究,而且在近代通讯、天气预报、地球资源探测和军事侦察等方面已成为一种不可或缺的工具.。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预警器是通过gps卫星在gps预警器中设定坐标来完成的，比如遇到一个电子眼，然后通过相关设备在电子眼的正下方设立一个坐标，这样，使得装上这个坐标点数据的预警器到达这个点时，在达到坐标点的前300米左右就会开始预警，告诉车主前面有电子眼测速，不能超速驾驶，这样就起到一个预警作用。

地面监控系统：

对于导航定位来说GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。gps定位系统的基本原理卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给卫星卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。gps定位系统的基本原理

GPS信号接收机：

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。自动跟踪是指根据地面站接收机所接收的卫星信标信号，检测出俯仰和方位误差信号，根据误差信号大小驱动天线转台系统，使天线自动对准卫星。当gps信号条件显著改善到允许跟踪时，ins系统向gps接收机提供有关的初始位置、速度等信息，以供在迅速重新获取gps码和载波时使用。

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。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。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。

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。当gps信号条件显著改善到允许跟踪时，ins系统向gps接收机提供有关的初始位置、速度等信息，以供在迅速重新获取gps码和载波时使用。所谓gps定位是指运动载体实时测出接受天线所在的位置，而导航则是指gps接收机在测得运动载体实时位置的同时，还测得运动载体的速度，时间和方位等状态参数， 进而可“引导”运动载体驶向预定的目标位置。

接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说两个单元一般分成两个独立的部件观测时将天线单元安置在测站上接收单元置于测站附近的适当地方用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体观测时将其安置在测站点上。

由于采用 usb 充电电缆，您永远不用为了要更换电池或充电而中断游戏。ups中的蓄电池大多采用铅酸蓄电池，蓄电池是一种将化学能和电能相互转化的装置，蓄电池需先用直流电源对其充电，将电能转化为。在用机外电源时机内电池自动充电。

近几年国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型接收机用于精密相对定位时其双频接收机精度可达5MM+1PPM.D单频接收机在一定距离内精度可达10MM+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。

目前各种类型的接受机体积越来越小,重量越来越轻,便于野又被称做哈伯体积，哈伯体积直接取决于宇宙的年龄（因为若宇宙诞生于n年前，则能到达地球的光线最远只能在n光年处，再更远的光线则尚在路途上，故未能被地球上的观测者所观测），哈伯体积的膨胀是因为有越来越远处的光线到达地球。

GPS系统发展历程

自1978年以来已经有超过50颗GPS和NAVSTAR卫星进入轨道。

前身

GPS（又称全球卫星导航系统或全球卫星定位系统）系统的前身为美军研制的一午仪卫星定位系统（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道 该计划以伪随机码（PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的１％时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用，而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。

计划

最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。 由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备份星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。

计划实施

GPS计划的实施共分三个阶段：

第一阶段为方案论证和初步设计阶段。

从1978年到1979年，由位于加利福尼亚的范登堡空军基地采用双子座火箭发射4颗试验卫星，卫星运行轨道长半轴为26560km,倾角64度。1986年6月6日 苏联用一枚火箭一次成功发射八颗卫星，所有卫星均沿轨道正常运行。南海最低维度处延伸至北纬4度，又位于主航道附近，适合作为航天发射场，南海卫星基地建设成功之后，完全可以通过海运将火箭和卫星运至南海省发射，或者通过海洋运输火箭卫星零件，直接在南海省组装发射。

第二阶段为全面研制和试验阶段。

从1979年到1984年，又陆续发射了7颗称为BLOCK I的试验卫星，研制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准，利用粗码定位，其精度就可达14米。

第三阶段为实用组网阶段。

1989年2月4日第一颗gps工作卫星发射成功，这一阶段的卫星称为block ii 和 block iia。6、鑫诺4号卫星（*后续卫星资源） 鑫诺4号卫星计划于2008年底发射，与中星9号直播卫星一起在东经92.2度轨道位置共轨工作。gps定位系统的空间部分是由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。

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