GPS的基本原理和应用

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1.1 GPS系统e5a48de588b67a686964616f31333238656133（美国全球卫星定位系统）

1. GPS系统的组成

①空间部分——GPS卫星星座

GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗备用卫星在轨道上组成，运行时间为11小时58分钟（对于地面观测者来说，每天要提前4分钟看到同一颗GPS卫星），轨道平面的数量为6，地平线上方的卫星数量随时间和位置的不同而变化，至少可以看到4颗，最多可以看到11颗（接收机看到的11颗以上的卫星可能是日本SBAS卫星）

②地面控制部分地面监控系统

GPS工作卫星地面监测系统包括一个主控制站，三个注入站和五个监测站. 主控制站位于美国科罗拉多州. 三个注入站分别位于的提升岛gps定位原理及应用，印度洋的迭戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰. 除主要控制站外还设有五个监测站，除个人注意站的四个站外，还设有三个监测站，还在建立了一个监测站. （两者都由美国政府和军方控制，主要是控制卫星并向卫星提供广播星历等. ）

③用户设备部分-GPS信号

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信号的组成（码分多址技术）

GPS卫星发送的导航和定位信号通常包括三种信号: 载波gps定位原理及应用，测距码和数据码（或D码）. GPS卫星广播L1和L2频率信号，其中L1信号载波频率为1575.42MHz，并调制P / Y码，C / A码和数据码（或D码）； L2信号载波频率为1227.60 MHz，测距码仅调制P / Y码，其中P / Y码是军用代码，C / A码是民用代码.

GPS导航消息（D代码）是导航数据代码，包括卫星星历，卫星工作状态，时间系统，卫星时钟工作状态，轨道扰动校正，大气折射校正和由C / A代码捕获的P代码. 导航消息是使用GPS进行定位的基础.

GPS信号现代化: 系统计划添加4个新信号，L2和L5添加2个民用信号（即在某些上标记为L2C和L5），并在L1和L2上添加2个军事信号.

3. 坐标系统和时间系统

时间系统使用UTC时间. 整个地球分为24个时区，每个时区都有自己的本地时间. 在国际通信的情况下，为了统一起见，使用统一时间，称为统一协调时间（UTC，Universal Time Coordinated）. UTC与格林威治标准时间（GMT，格林威治标准时间）相同，并且与英国伦敦的当地时间相同. 北京时区是东八区，比世界标准时间早八小时.

坐标系使用WGS84:

WGS-84坐标系是国际上采用的地心坐标系. 坐标的原点是地球的质心. 地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）的方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午线与CTP赤道. Y轴垂直于Z轴和X轴形成右手坐标系，在1984年被称为世界大地坐标系. 这是国际协议的地球参考系（ITRS），是大地坐标系. 在国际上统一采用. 在中国，我们经常使用国家坐标（北京54，西安80，新北京54等）或局部坐标，因此需要进行坐标转换以获得局部转换参数.

1.2 GLONASS系统（的全球卫星定位系统）

1，系统组成

①空间部分——GLONASS卫星星座

GLONASS星座由21个工作星和3个备用星组成，因此GLONASS星座由24颗卫星组成. 24颗恒星均匀分布在三个近似圆形的轨道平面上. 三个轨道平面彼此相距120度，每个轨道平面上有8个卫星.

②地面支援系统

地面支持系统由系统控制中心，中央同步器，遥测遥控站（包括激光跟踪站）和野外导航控制设备组成. 地面支持系统的功能由前苏联的许多站点执行. 随着苏联解体，GLONASS系统由航天局管理. 地面支援部分只限于领土. 系统控制中心和中央同步处理器位于莫斯科，遥测和远程控制站位于圣彼得堡，捷尔诺波尔，恩尼塞克和科莫莫斯克.

③用户设备部分-GLONASS信号

接收GLONASS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. GLONASS硬件通常由主机，天线和电源组成.

2. 频分多址技术组成的GLONASS信号

与美国的GPS系统不同，GLONASS系统使用频分多址（FDMA）来根据载波频率区分不同的卫星（GPS是码分多址（CDMA）并根据调制码来区分卫星）. 每个GLONASS卫星广播的两个载波频率分别为L1 = 1,602 + 0.5625K（MHZ）和L2 = 1,246 + 0.4375K（MHZ），其中K = 1〜24是每个卫星的频率编号. 所有GPS卫星的载波频率都相同，分别为L1 = 1575.42MHZ和L2 = 1227.6MHZ.

还在GLONASS卫星的载波上调制了两个伪随机噪声码: S码和P码. 已对GLONASS系统采取了不加密的军民开放政策.

3. 坐标系统和时间系统

时间系统使用UTC时间. 整个地球分为24个时区，每个时区都有自己的本地时间. 在国际通信的情况下，为了统一起见，使用统一时间，称为统一协调时间（UTC，Universal Time Coordinated）. UTC与格林威治标准时间（GMT，格林威治标准时间）相同，并且与英国伦敦的当地时间相同. 北京时区是东八区，比世界标准时间早八小时.

坐标系使用pz-90坐标

1.3伽利略定位系统（EU）

“伽利略”系统是世界上第一个基于民用的全球卫星导航和定位系统. 自2008年投入运营以来，全球用户将使用多标准从导航和定位卫星中获取更多信号. 这将大大提高导航和定位的准确性，这是“伽利略”计划对用户的直接好处. 另内将有多套全球导航和定位系统，从市场发展的角度来看，将存在GPS系统与“伽利略”系统竞争的情况. 竞争将使用户获得更稳定的信号和更好的服务. 世界上存在着许多套全球导航和定位系统，相互制约和互补将是各国大力发展全球导航和定位产业的根本保证.

“伽利略”项目是欧洲一个独立的，独立的全球多模卫星定位和导航系统，提供高精度和高可靠性的定位服务，实现完整的非军事控制和管理，并实现全球导航和导航定位功能. “伽利略”系统还可以与美国的GPS和的GLONASS系统配合使用，以在多个系统中实现相互合作. 任何用户都可以使用多系统来收集来自各种系统的数据或来自各种系统的数据组合以实现定位和导航. 索赔.

“伽利略”系统可以发送实时高精度定位信息，这在现有的卫星导航系统中是不可用的. 同时，“伽利略”系统可以保证在许多特殊情况下提供服务. 如果失败，则可能需要几秒钟. 全天候通知客户. 与美国GPS相比，“伽利略”系统更为先进和可靠. 美国GPS向其他国家/地区提供的卫星信号只能在地面上找到约10米长的物体，而“伽利略”卫星则可以找到1米长的目标. 一位军事专家形象地表示，GPS系统只能找到街道，而“伽利略”可以找到房屋.

1.4北斗定位系统

北斗卫星定位系统是中国建立的区域导航定位系统. 该系统包括三颗（两颗工作卫星，一颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号），地面部分，主要由地面控制中心和北斗用户终端组成. 北斗定位系统可以为用户提供24/7的实时定位服务. 定时精度可以达到数十纳秒（ns）的同步精度，其定位精度与GPS相当. 北斗一号导航定位卫星是由中国航天技术研究院研发制造的. 这三颗导航和定位卫星的发射时间是: 2000年10月31日；发射时间. 2000年12月21日；和2003年5月25日. 第三个是备用卫星. 在2008年北京奥运会期间，它将与现有的GPS卫星定位系统在交通和场地安全定位监控中扮演“双重保险”角色.

北斗一号卫星定位系统英文缩写为BD. 在ITU（国际电信联盟）中注册的频段为L频段（发送）和S频段（接收）. 北斗II号卫星定位系统的英文版本为Compass（罗盘），而在ITU中注册的频段为L频段.

北斗一号系统的基本功能包括: 定位，通信（短消息）和定时.

北斗II系统具有与GPS相同的功能，即定位和计时.

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