手持GPS優(yōu)選金升科技--GPS知識原理
| 手持GPS優(yōu)選金升科技--GPS知識原理 |
 | GPS全球衛星定位導航系統(Global Positioning System-GPS)是美國從本世紀70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年**建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。經(jīng)近10年我國測繪等部門(mén)的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、**益等顯著(zhù)特點(diǎn)，贏(yíng)得廣大測繪工作者的信賴(lài)，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動(dòng)監測、工程變形監測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)**。
隨著(zhù)全球定位系統的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓，目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門(mén)，并開(kāi)始逐步深入人們的日常生活。
GPS系統的特點(diǎn):
1、全球，全天候工作：
能為用戶(hù)提供連續，實(shí)時(shí)的三維位置，三維速度和精密時(shí)間。不受天氣的影響。
2、定位精度高：
單機定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。
3、功能多，應用廣：
隨著(zhù)人們對GPS認識的加深，GPS不僅在測量，導航，測速，測時(shí)等方面得到更廣泛的應用，而且其應用領(lǐng)域不斷擴大。
GPS發(fā)展
在衛星定位系統出現之前，遠程導航與定位主要用無(wú)線(xiàn)導航系統。
1、無(wú)線(xiàn)電導航系統
·羅蘭--C：工作在100KHZ，由三個(gè)地面導航臺組成，導航工作區域2000KM，一般精度200-300M。
·Omega（奧米茄）：工作在十幾千赫。由八個(gè)地面導航臺組成，可覆蓋全球。精度幾英里。
·多卜勒系統：利用多卜勒頻移原理，通過(guò)測量其頻移得到運動(dòng)物參數（地速和偏流角），推算出飛行器位置，屬自備式航位推算系統。誤差隨航程增加而累加。
缺點(diǎn)：覆蓋的工作區域??；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。
2、衛星定位系統
*早的衛星定位系統是美國的子午儀系統（transit），1958年研制，64年正式投入使用。由于該系統衛星數目較?。?/span>5-6顆），運行高度較低（平均1000KM），從地面站觀(guān)測到衛星的時(shí)間隔較長(cháng)（平均1.5h），因而它無(wú)法提供連續的實(shí)時(shí)三維導航，而且精度較低。
為滿(mǎn)足**部門(mén)和民用部門(mén)對連續實(shí)時(shí)和三維導航的迫切要求。1973年美國國防部制定了GPS計劃。
3、GPS發(fā)展歷程
GPS實(shí)施計劃共分三個(gè)階段：
·**階段為方案論證和初步設計階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。
·**階段為**研制和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續發(fā)射了7顆試驗衛星，研制了各種用途接收機。實(shí)驗表明，GPS定位精度遠遠超過(guò)設計標準。
·第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日**顆GPS工作衛星發(fā)射成功，表明GPS系統進(jìn)入工程建設階段。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據計劃更換失效的衛星。
GPS原理
1、GPS系統的組成
GPS由三個(gè)獨立的部分組成：
● 空間部分：21顆工作衛星，3顆備用衛星。
● 地面支撐系統：1個(gè)主控站，3個(gè)注入站，5個(gè)監測站。
● 用戶(hù)設備部分：接收GPS衛星發(fā)射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經(jīng)數據處理，完成導航和定位工作。
GPS接收機硬件一般由主機、天線(xiàn)和電源組成。
2、GPS定位原理
GPS定位的基本原理是根據高速運動(dòng)的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交會(huì )的方法，確定待測點(diǎn)的位置。如圖所示，假設t時(shí)刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時(shí)間△t，再加上接收機所接收到的衛星星歷等其它數據可以確定以下四個(gè)方程式： | | 
| 上述四個(gè)方程式中待測點(diǎn)坐標x、 y、 z 和Vto為未知參數，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。
di (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4到接收機之間的距離。
△ti (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的信號到達接收機所經(jīng)歷的時(shí)間。
c為GPS信號的傳播速度（即光速）。
四個(gè)方程式中各個(gè)參數意義如下：
x、y、z 為待測點(diǎn)坐標的空間直角坐標。
xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4在t時(shí)刻的空間直角坐標，
可由衛星導航電文求得。
Vt i (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的衛星鐘的鐘差，由衛星星歷提供。
Vto為接收機的鐘差。
由以上四個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標x、y、z 和接收機的鐘差Vto 。
DGPS原理
目前GPS系統提供的定位精度是優(yōu)于10米，而為得到更高的定位精度，我們通常采用差分GPS技術(shù)：將一臺GPS接收機安置在基準站上進(jìn)行觀(guān)測。根據基準站已知精密坐標，計算出基準站到衛星的距離改正數，并由基準站實(shí)時(shí)將這一數據發(fā)送出去。用戶(hù)接收機在進(jìn)行GPS觀(guān)測的同時(shí)，也接收到基準站發(fā)出的改正數，并對其定位結果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。
差分GPS分為兩大類(lèi)：偽距差分和載波相位差分。
1． 偽距差分原理
這是應用*廣的一種差分。在基準站上，觀(guān)測所有衛星，根據基準站已知坐標和各衛星的坐標，求出每顆衛星每一時(shí)刻到基準站的真實(shí)距離。再與測得的偽距比較，得出偽距改正數，將其傳輸至用戶(hù)接收機，提高定位精度。
這種差分，能得到米級定位精度，如沿海廣泛使用的“信標差分”
2．載波相位差分原理
載波相位差分技術(shù)又稱(chēng)RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站載波相位觀(guān)測量的差分方法。即是將基準站采集的載波相位發(fā)給用戶(hù)接收機，進(jìn)行求差解算坐標。
載波相位差分可使定位精度達到厘米級。大量應用于動(dòng)態(tài)需要高精度位置的領(lǐng)域。 | | |
