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GPS全球定位系统原理及应用一、简介GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。
二、GPS发展历程1. GPS实施计划共分三个阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。
从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。
研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
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颗试验卫星，研制了各种用途接收机。
实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。
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，表明GPS系统进入工程建设阶段。
1993年底实用的GPS 网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。
2.卫星导航的发展历史1957年十月四日，第一课人造卫星Sputink I（苏联）发射。
1959年，从卫星上发回第一张地球照片。
1960年，从“泰罗斯”与“云雨”气象卫星上获得全球云图。
1971年，美国“阿波罗”对月球表面进行航天摄影测量，且“水手号”对水星进行测绘作业。
目前，空间在轨卫星约为3000颗。
三、定位原理1.GPS构成：①空间部分GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。
三维几何基础知识2023Introduction三维几何是研究空间中的图形、实体以及它们之间关系的一门学科。
掌握三维几何基础知识对于理解和应用数学、物理学等领域都具有重要意义。
本文将介绍三维几何的基本概念、性质以及在实际问题中的应用，以帮助读者深入了解和掌握该领域的知识。
一、点、线和面1. 点在三维空间中，点是最基本的几何元素，它没有长度、宽度和高度，仅有位置。
点可以用坐标表示，其中三维坐标通常由三个实数表示，分别代表点在x轴、y轴和z轴上的位置。
2. 线线由无数个相邻的点组成，具有长度但没有宽度和高度。
线可以用两个点的坐标表示，也可以通过两个点之间的距离和方向来确定。
3. 面面由多个相邻的线组成，具有长度和宽度但没有高度。
我们可以通过三个非共线的点或者一个平面方程来确定一个面。
二、多面体和立体图形1. 多面体多面体是由一些面围成的空间图形，其中每个面都是一个多边形。
常见的多面体包括正方体、长方体、四面体等。
多面体的表面积和体积是研究多面体性质的重要指标。
2. 立体图形立体图形是指具有三维形状和内部空间的图形。
除了多面体，球体、圆锥体、圆柱体等也属于立体图形。
对于不规则的立体图形，我们可以通过分解成多个多面体来计算其面积和体积。
三、平行和垂直1. 平行在三维空间中，当两个线或两个平面的方向相同或完全相反时，它们被称为平行的。
平行线之间的距离是恒定的，平行面之间的距离可以通过其中一面上的垂直距离来确定。
2. 垂直当两个线或两个面之间的夹角为90度时，它们被称为垂直的。
垂直关系在计算空间中的角度、距离以及解决几何推理问题中都具有重要作用。
四、欧氏空间与投影1. 欧氏空间欧氏空间是指以欧几里得几何为基础的三维空间，其中点、线和面满足欧氏公设。
欧氏空间中的直线是无限延伸的，任意两点之间只存在一条直线。
2. 投影在三维空间中，我们经常需要将三维图形投影到二维平面上，以方便观察和计算。
投影可以分为平行投影和透视投影两种类型，常见的应用包括地图投影、建筑设计和计算机图形学等领域。
GPS复习题gps系统的组成：空间部分(21颗工作卫星，3颗备用卫星)、地面控制部分（1个主控站，3个注入站，5个监测站）、用户装置部分（接收gps卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。
）gps系统的特点：1、全球，全天候工作2、定位精度高：3、定位时间短、操作便捷、可以实现实时定位。
4、抗干扰能力强。
5、功能多，应用广6、能为高动态平台提供服务。
7、可独立使用；8、卫星轨道高、周期长。
空间定位的基本原理：原产在地球飞过的多颗导航系统卫星，不停地升空无线电信号，空间定位系统接收机发送这些信号，导航仪根据星历表信息求出每颗卫星升空信号时在太空中的边线，排序卫星升空信号的准确时间，然后根据未知的空间定位卫星的瞬时座标和信号抵达该点时间，通过排序，求出卫星至空间定位系统接收机之间的几何距离，在此基础上排序出来用户接收机天线所对应的点位，即为观测站的边线。
为什么需要四课卫星？从理论上讲，知道三颗卫星至观测站之间的几何距离，并利用gps接收机收到的这三颗卫星的导航信号推算出的卫星瞬时坐标，就可以计算出观测站的位置。
方法是，分别以三颗卫星的瞬时坐标为球心，卫星至观测站之间的距离为半径，作出三个球面，三个球面的交点就是观测站在空间中的位置。
由于一般gps接收机安装的是非精密钟，接收到的时间存在误差，故计算出卫星与用户之间的距离有误差（称为伪距），因此需要利用第四颗卫星进行时间上的纠正，以保证时间上同步。
天球：以地心为球心，以任意长为半径的球面天轴：地球自转轴的延伸直线天极：天轴与天球面的交点pn和ps。
天球赤道面：过球心且与天轴垂直的平面。
黄道面：地球太阳轨道所在平面，与赤道面夹角为23.5°。
春分点：太阳从南半球向北半球运行时，黄道与赤道的交点。
岁差：假设月球轨道紧固，北天极沿圆形轨道拖北黄极的运动叫做岁差章动：由月球轨道变化引起的北天极沿椭圆形轨道运动叫章动平北天极：不考虑章动的北天极。
GPS定位原理和简单公式全球定位系统（Global Positioning System）是美国第二代卫星导航系统。
是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。
和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。
按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。
21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。
卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。
这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。
监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。
监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。
主控站设在范登堡空军基地。
它对地面监控部实行全面控制。
主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。
上行注入站也设在范登堡空军基地。
它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。
这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
上述四个方程式中待测点坐标x、y、z 和Vto为未知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。
di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。
△ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。
G P S导航定位原理以及定位解算算法TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的字头缩写词的简称。
它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。
它是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。
GPS用户部分的核心是GPS接收机。
其主要由基带信号处理和导航解算两部分组成。
其中基带信号处理部分主要包括对GPS卫星信号的二维搜索、捕获、跟踪、伪距计算、导航数据解码等工作。
导航解算部分主要包括根据导航数据中的星历参数实时进行各可视卫星位置计算；根据导航数据中各误差参数进行星钟误差、相对论效应误差、地球自转影响、信号传输误差(主要包括电离层实时传输误差及对流层实时传输误差)等各种实时误差的计算，并将其从伪距中消除；根据上述结果进行接收机PVT（位置、速度、时间）的解算；对各精度因子(DOP)进行实时计算和监测以确定定位解的精度。
本文中重点讨论GPS接收机的导航解算部分，基带信号处理部分可参看有关资料。
本文讨论的假设前提是GPS接收机已经对GPS卫星信号进行了有效捕获和跟踪，对伪距进行了计算，并对导航数据进行了解码工作。
1 地球坐标系简述要描述一个物体的位置必须要有相关联的坐标系，地球表面的GPS接收机的位置是相对于地球而言的。
因此，要描述GPS接收机的位置，需要采用固联于地球上随同地球转动的坐标系、即地球坐标系作为参照系。
地球坐标系有两种几何表达形式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。
地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林威治子午圈的交点(即0经度方向)，Y轴在赤道平面里与XOZ 构成右手坐标系(即指向东经90度方向)。
空间直角坐标系方向角在数学和物理学中，空间直角坐标系是一个极其基础且关键的几何构造，用于精确定位三维空间中的点。
它由三条互相垂直的数轴构成，分别称为x轴、y轴和z轴，形成了一个立体的空间框架。
每个点的位置通过其在这三条轴上的投影——即三个坐标值（x, y, z）来精确描述。
『在空间直角坐标系中，方向角的概念至关重要。
』方向角，顾名思义，是指从某一特定观察点出发，沿坐标轴正方向到目标点连线所形成的角度。
通常选取x轴作为基准，首先测量的是与x轴正方向之间的夹角，我们称之为水平面内的方位角α；然后，在垂直于x轴的平面上，继续测量与y轴正方向的夹角，此为竖直面内的仰角β或高角；对于三维空间，还需引入第三个角度γ，它是与z轴正方向的夹角，构成了第三个旋转维度。
『理解方向角的关键在于，这三个角度共同定义了一个向量的方向。
』以这种方式表达出的方向，既直观又便于计算，广泛应用于航天、航海、工程设计、物理学等诸多领域。
例如，当我们描述一颗卫星在其轨道上的指向，或者机器人臂的运动路径时，都会运用到空间直角坐标系下的方向角概念。
『值得注意的是，方向角的取值范围一般遵循以下规则：方位角α通常介于0至360之间，表示绕x轴的逆时针旋转角度；仰角β或高角则在-90至90内，负值代表向下，正值代表向上；至于与z轴相关的角度γ，也同样限于-180至180。
』『通过方向角，我们可以将空间中任意一点P的位置转化为一组具有明确物理含义的数值，不仅使得复杂的三维问题得以简化，而且有助于实现从抽象理论到具体应用的有效转换。
因此，掌握空间直角坐标系下方向角的计算方法和应用原理，对于理解和解决实际问题具有不可忽视的重要价值。
』总结来说，空间直角坐标系下的方向角，是解析三维空间中物体位置和方向的一种强大工具，借助它的表述，我们在研究、设计及实践操作中，能够更加精准地描绘和控制实体在三维空间中的运动状态和轨迹。
