GPS系统组成及信号解析

GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统（GPS）是一种基于卫星导航的定位技术。

其基本原理是通过接收来自卫星系统的信号，并利用这些信号的时间差来计算接收器与卫星之间的距离，进而确定接收器的位置。

GPS定位原理：1.卫星信号发射：GPS系统由一组运行在地球轨道上的卫星组成。

这些卫星通过周期性地广播信号来与地面上的GPS接收器进行通信。

2.接收器接收信号：GPS接收器接收来自卫星的信号，一般至少需要接收到4颗卫星的信号才能进行定位。

3.信号延迟计算：GPS接收器通过测量信号从卫星发射到接收器接收的时间来计算信号的传播延迟，然后将延迟转换为距离。

4.距离计算：GPS接收器通过比较接收的信号与预先知道的卫星发射信号之间的时间差，进而计算出接收器与卫星之间的距离。

5.定位解算：通过同时计算接收器与多颗卫星之间的距离，可以确定接收器所在的位置。

这一过程通常使用三角测量或者多路径等算法来完成。

GPS定位解算算法：1.平面三角测量：这是一种常用的定位解算算法。

通过测量接收器与至少三颗卫星之间的距离，可以得到三个方程，从而确定接收器的位置。

2.弧长法：这一算法通过测量接收器与至少四颗卫星之间的距离，将每个卫星看作是一个弧线，然后通过计算不同卫星间弧线的交点来确定接收器的位置。

3.最小二乘法：这种算法将测量误差最小化，通过最小二乘法来计算接收器与卫星之间的距离和接收器的位置。

4.系统解算：该算法利用多个时间点上的观测数据，通过组合计算来减小误差，精确确定接收器的位置。

GPS定位解算算法根据具体的应用场景和精度要求有所不同，不同的算法有着各自的优缺点。

在实际应用中，通常结合多种算法进行定位，以提高精度。

同时，还可以通过使用差分GPS（DGPS）来消除大气延迟和接收器误差，进一步提高定位精度。

总结：GPS导航定位原理基于卫星信号的接收和测量，通过计算信号传播的时间差来确定接收器与卫星之间的距离，并通过不同的算法进行定位解算。

全球四大卫星导航系统简介一、美国的GPS系统:美国的GPS系统,由24颗(3颗为备用卫星)在轨卫星组成。

GPS的信号有两种C/A码,P码。

民用:C/A码的误差是29.3m到2.93米。

一般的接收机利用C/A码计算定位。

美国在90代中期为了自身的安全考虑,在信号上加入了SA(Selective Availability),令接收机的误差增大,到100米左右。

在2000年5月2日,SA取消,所以,咱们现在的GPS精度应该能在20米以内。

军用:P码的误差为2.93米到0.293米是C/A码的十分之一。

但是P码只能美国军方使用,AS(Anti-Spoofing),是在P码上加上的干扰信号。

二、中国的“北斗”卫星导航定位系统:“北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星,足足要比GPS多出11颗。

按照规划,“北斗”卫星导航定位系统将有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,采用“东方红”-3号卫星平台。

30颗非静止轨道卫星又细分为27颗中轨道(MEO)卫星和3颗倾斜同步(IGSO)卫星组成,27颗MEO卫星平均分布在倾角55度的三个平面上,轨道高度21500公里。

“北斗”卫星导航定位系统将提供开放服务和授权服务。

开放服务在服务区免费提供定位,测速和授时服务,定位精度为10米,授时精度为50纳秒,测速精度为0.2米/秒。

授权服务则是军事用途的马甲,将向授权用户提供更安全与更高精度的定位,测速,授时服务,外加继承自北斗试验系统的通信服务功能,精度可以达到重点地区水平10米,高程10米,其他大部分地区水平20米,高程20米;测速精度优于0.2米/秒。

这和美国GPS的水平是差不多的。

另外,“北斗一号”还可以提供用户的双向通讯功能,用户与用户、用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信。

通过“北斗”系统,用户一次最多可以传输120个字符【汉字】。

在国产的GPS——“北斗二号”投入使用后,会不会取代GPS呢?曹冲研究员的答案是否定的。

《GPS 组成及其工作原理》讲义一、GPS 系统简介全球定位系统（Global Positioning System，简称 GPS）是一种基于卫星的导航系统，它能够为全球范围内的用户提供精确的位置、速度和时间信息。

GPS 系统最初是由美国国防部开发的，如今已经广泛应用于民用领域，如汽车导航、手机定位、航空航海等。

二、GPS 系统的组成GPS 系统主要由三大部分组成：空间部分、地面控制部分和用户设备部分。

1、空间部分GPS 卫星星座是空间部分的核心，由 24 颗卫星组成，其中 21 颗工作卫星，3 颗备用卫星。

这些卫星分布在 6 个轨道平面上，轨道倾角为55 度，平均高度约为 20200 千米，运行周期约为 11 小时 58 分钟。

每颗卫星都持续向地面发送包含其位置、时间和其他相关信息的无线电信号。

2、地面控制部分地面控制部分包括一个主控站、五个监测站和三个注入站。

主控站位于美国科罗拉多州的猎鹰空军基地，它负责收集、处理和分析来自监测站的数据，并计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将这些信息发送给注入站。

监测站分布在美国本土及海外的一些地区，它们负责监测卫星的运行状态，并将数据发送给主控站。

注入站则负责将主控站计算出的卫星导航信息注入到卫星中，以确保卫星能够准确地发送导航信号。

3、用户设备部分用户设备部分是指各种能够接收和处理 GPS 信号的设备，如车载导航仪、手持 GPS 接收机、手机内置的 GPS 模块等。

用户设备通过接收来自多颗卫星的信号，并根据这些信号计算出自己的位置、速度和时间等信息。

三、GPS 工作原理GPS 系统的工作原理基于三角测量原理。

用户设备通过接收来自至少四颗卫星的信号，测量这些信号的传播时间，从而计算出自己与每颗卫星之间的距离。

由于卫星的位置是已知的，通过测量与多颗卫星的距离，用户设备就可以利用三角测量的方法确定自己在地球上的位置。

具体来说，GPS 信号是一种包含卫星位置、时间和其他相关信息的无线电波。

GPS定位原理及介绍GPS（Global Positioning System，全球定位系统）是一种利用人造卫星进行导航和定位的技术。

它由多颗卫星和地面控制站组成，可以提供全球范围内的三维定位服务。

GPS的原理是基于三角定位原理。

GPS接收器接收到来自多颗卫星的信号，并测量信号的传播时间来计算距离。

通过同时接收多颗卫星的信号，接收器可以利用三角定位原理计算出自己的位置。

GPS系统主要由三部分组成：卫星系统、地面控制站和用户接收器。

卫星系统是GPS系统的核心部分，由24颗运行在中轨道上的卫星组成。

这些卫星以几乎相同的轨道和速度运行，并在全球范围内分布，以确保至少有四颗卫星同时可见。

地面控制站用于监控卫星的运行状态和轨道参数，并传输相关数据给卫星。

用户接收器是GPS系统的终端，用于接收卫星信号并进行定位计算。

GPS定位的过程包括信号传播延迟补偿、距离计算、定位计算和坐标转换。

首先，接收器需要对接收到的卫星信号进行补偿，以消除信号传播过程中的延迟，得到准确的传播时间。

接下来，通过测量接收到的卫星信号的传播时间，可以计算出接收器与卫星之间的距离。

通过同时测量多颗卫星的距离，可以利用三角定位原理计算出接收器的二维位置。

最后，通过测量接收到的卫星信号的相位差，可以计算出接收器与卫星之间的高度差，从而得到接收器的三维位置。

GPS定位具有精度高、全球覆盖、实时性好等特点，已广泛应用于航空航天、军事、交通、测绘、导航、地质勘探等领域。

在航空航天领域，GPS技术可以用于导航系统、卫星轨道确定、导弹制导、飞行控制等方面，为飞行员提供准确的定位和导航信息。

在军事领域，GPS技术可以用于士兵定位、导弹导航、军舰航行等方面，提升军队的作战能力。

在交通运输领域，GPS技术可以用于车辆导航、交通监控、路况预测等方面，提供准确的导航服务和交通管理信息。

在测绘领域，GPS技术可以用于地图制作、地质勘探、土地测量等方面，提高测绘精度和效率。

一.GPS—卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分系统包括三大部分：空间部分GPS——GPS信号接收机。

GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。

24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。

每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。

在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。

这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS 卫星。

位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。

在用GPS信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。

这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。

对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做间隙段。

但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续“”实时牡己蕉ㄎ徊饬俊?GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。

地面监控系统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对于导航定位来说，GPS—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。

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信号接收机GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。

gps原理
全球定位系统（GPS）是一种通过使用位于地球周围轨道上的卫星发射信号，来确定地球上一个特定位置的系统。

GPS系统的原理基于三个基本要素：空间部分，地面控制部分和用户部分。

空间部分由24颗GPS卫星组成，这些卫星布置在地球上不同的轨道上，并朝向地球发送无线电信号。

这些信号包含有关卫星和时间的数据。

地面控制部分由地面上的控制站和相关设备组成，负责监测卫星的状态和位置，以及提供必要的校正和更新。

用户部分则是我们通常使用的GPS接收器，它通过接收至少三颗卫星发射的信号，来确定接收器的位置。

GPS接收器测量信号从卫星发送到接收器的时间，并使用这些时间数据以及卫星的位置信息来计算用户位置。

具体而言，GPS接收器通过测量从卫星到达的信号的时间来计算信号的传播距离。

由于信号传播的速度已知（光速），接收器可以使用距离和已知的卫星位置来计算用户的位置。

通过收集更多的卫星信号，接收器可以提供更准确的位置信息。

总结一下，GPS系统利用卫星发射的无线电信号，以及测量信号传播时间的方式来确定用户的位置。

通过接收来自不同卫星的信号，并利用这些信号的时间数据和卫星位置信息，GPS 接收器能够计算出用户所在的地理位置。

gps信号原理
GPS（全球定位系统）信号原理是通过接收来自多颗卫星的无
线信号，并利用这些信号中的时间和距离信息来确定接收器的位置。

它基于三角测量原理，利用卫星的位置和接收器与卫星之间的距离来确定用户的地理位置。

GPS系统由24颗运行在地球轨道上的卫星组成，它们以不同
的轨迹和高度围绕地球运行。

这些卫星间隔地广播信号，其中包含了卫星的精确位置和发射信号的时刻。

接收器通过接收这些信号，并利用从不同卫星接收到的信号之间的时间延迟来测量接收器与卫星之间的距离。

GPS接收器需要至少接收到来自三颗卫星的信号才能确定其
位置。

通过测量三个卫星到接收器的距离，可以确定接收器位于一个以三个卫星为中心的球体上，也被称为“接收器的位置球”。

但是，由于误差的存在，这个球体与地球上的实际位置
不完全匹配。

因此，为了得到更准确的位置，GPS接收器需要同时接收来
自更多卫星的信号。

通过测量更多卫星到接收器的距离，并使用三角测量的原理，接收器可以计算出距离每个卫星的水平和垂直测量误差，并校正接收器的位置。

除了测量距离，GPS接收器还需要解决信号传播速度的问题。

由于电磁波在空气中传播的速度几乎是光速的，所以它的速度非常快。

因此，GPS接收器还需要校正由于信号传播速度引
起的误差，以确保测量的准确性。

总的来说，GPS信号原理是通过接收多颗卫星发送的信号，并测量信号的时间延迟和距离来确定接收器的位置。

通过同时接收更多卫星的信号，并进行误差校正，可以提高GPS接收器的定位准确性。

一、GPS的系统组成GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户设备部分等三部分组成,如下图所示:二、空间卫星部分1、 GPS卫星星座（1）设计星座：21+3- 21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星- 6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角55 ︒，周期11h 58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）-保证在24小时，在高度角15︒以上，能够同时观测到4至8颗卫星（2）当前星座：28颗2、 GPS卫星（1）作用：-发送用于导航定位的信号-其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。

-主要设备：原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、信号生成与发射装置（2）类型-试验卫星：Block Ⅰ-工作卫星：Block ⅡGPS卫星是由洛克韦尔国际公司空间部研制的。

卫星重774kg（包括310 kg 燃料），采用铝蜂巢结构，主体呈柱形，直径为1.5m。

星体两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板，全长5.33m，接受日光面积7.2m2。

对日定向系统控制两翼帆板旋转，使板面始终对准太阳，为卫星不断提供电力，并给三组15AH 的镉镍蓄电池充电，以保证卫星在地影区能正常工作。

在星体底部装有多波束定向天线，这是一种由12个单元构成的成形波束螺旋天线阵，能发射L1和L2波段的信号，其波束方向图能覆盖约半个地球。

在星体两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网通信。

此外，卫星上还装有姿态控制系统和轨道控制系统。

工作卫星的设计寿命为7年。

从试验卫星的工作情况看，一般都能超过或远远超过设计寿命。

（3）第一代卫星现已停止工作。

（4）第二代卫星用于组成GPS工作卫星星座，通常称为GPS工作卫星。

Block ⅡA的功能比Block Ⅱ大大增强，表现在军事功能和数据存储容量。

Block Ⅱ只能存储供45天用的导航电文，而Block ⅡA则能够存储供180天用的导航电文，以确保在特殊情况下使用GPS卫星。

（5）第三代卫星尚在设计中，以取代第二代卫星，改善全球定位系统。