第四章 GPS卫星定位的基本原理

第4章GPS卫星的导航电文和卫星信号4.1 GPS卫星的导航电文GPS卫星的导航电文（简称卫星电文）是用户用来定位和导航的数据基础。

它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。

这些信息以二进制码的形式，按规定格式组成，按帧向外播送，卫星电文又叫数据码（D码）。

他的基本单位是长1500bit的一个主帧，传输速率是50bit/s，30s传送完毕一个主帧。

一个主帧包括5个子帧，第1、2、3子帧各有10个字码，每个字码有30bit；第4,5子帧各有25个页面，共37500bit。

第1、2、3子帧每30秒重复一次，内容每小时更新一次。

第4,5子帧的全部信息则需要750s才能够传送完毕。

即第4、5子帧是12.5min播完一次，然后再重复之，其内容仅在卫星注入新的导航数据后才得以更新。

4.1.1 遥测码遥测码位于各子帧的开头，它用来表明卫星注入数据状态。

遥测码的第1-8bit 是同步码，使用户便于解释导航电文；第9-23bit为遥测电文，其中包括地面监控系统注入数据时的状态信息、诊断信息和其他信息。

第23和第24bit是连接码；第25-30bit为奇偶检验码，它用于发现和纠正错误。

4.1.2 转换码转换码位于每个子帧的第二个字码。

其作用是提供帮助用户从所捕获的C/A码转换到捕获P码的Z计数。

Z计数实际上是一个时间计数，它以从每星期起始时刻开始播发的D码子帧数为单位，给出了一个子帧开始瞬间的GPS时间。

由于每一子帧持续时间为6s，所以下一个子帧开始的时间为6xZ s，用户可以据此将接收机时钟精确对准GPS时，并快速捕获P码。

4.1.3 第一数据块第1子帧第3-10字码，主要内容：①标识码，时延差改正②星期序号③卫星的健康情况④数据龄期⑤卫星时钟改正系数等。

4.1.4第二数据块包含第2和第3子帧，其内容表示GPS卫星的星历，这些数据为用户提供了有关计算卫星运动位置的信息。

GPS定位原理GPS（全球定位系统）是一种通过卫星定位和导航技术提供精确位置信息的系统。

它由一组位于地球轨道上的卫星、地面控制站和接收器组成。

通过接收卫星发射的信号，GPS接收器能够确定接收器的精确位置，并根据该位置提供导航和定位服务。

1. GPS系统组成GPS系统由三个主要组成部分构成：空间部分、控制部分和用户部分。

1.1 空间部分空间部分由一组位于轨道上的卫星组成，它们以近乎圆形的轨道绕地球运行。

目前，GPS系统通常由24颗卫星组成，它们均匀地分布在6个不同的轨道上。

这些卫星以精确的时间进行通信，向地面传输信号。

1.2 控制部分控制部分由一组地面控制站组成，用于监控卫星的运行状态并保证其正常工作。

这些控制站负责精确测量卫星位置和时钟误差，并向卫星发送修正信号来校正轨道和时钟偏差。

1.3 用户部分用户部分由GPS接收器组成，它们可以接收来自卫星的信号并计算出接收器的位置。

这些接收器通常是手持设备、车载设备或集成在其他导航工具中的模块。

用户部分根据接收到的信号计算出接收器与卫星之间的距离，并使用三角定位原理确定位置。

2. GPS定位的核心原理是三角定位。

三角定位基于测量从GPS接收器到至少三颗卫星的距离，并使用这些距离来计算出接收器的位置。

2.1 距离测量GPS接收器通过接收卫星发射的信号来测量到每颗卫星的距离。

这些信号是以电磁波的形式传输的，其中包括卫星的唯一标识符、发射时间和导航数据。

接收器接收到信号后，根据信号的传播时间和速度计算出距离。

2.2 定位计算通过测量到至少三颗卫星的距离，GPS接收器可以使用三角定位原理计算出其位置。

三角定位基于测量信号传播时间和速度之间的关系，使用来自多颗卫星的测量结果交叉计算出接收器的位置。

2.3 时间同步为了保证定位的准确性，GPS接收器需要与卫星保持时间同步。

卫星传输的信号中包含了卫星的发射时间，接收器接收到信号后，可以计算出信号传播的时间。

通过比较接收器计算的传播时间与卫星的发射时间之间的差异，接收器可以校正时间偏差，并提高定位的准确性。

gps卫星定位原理GPS卫星定位原理。

GPS（Global Positioning System）是一种利用卫星信号确定地面位置的技术。

它最初是为军事目的而开发的，但现在已经成为民用领域中不可或缺的定位工具。

GPS卫星定位原理是基于卫星信号的接收和处理，通过多颗卫星的信号交叉定位来确定接收设备的位置，下面将详细介绍GPS卫星定位的原理。

首先，GPS系统由24颗工作卫星和若干备用卫星组成，它们分布在地球轨道上，每颗卫星都固定在轨道上的位置，以确保全球范围内的信号覆盖。

这些卫星以不同的轨道高度和轨道倾角绕地球运行，每颗卫星每天都会绕地球运行两次。

其次，接收设备通过接收来自不同卫星的信号，并测量信号的传播时间来确定卫星与接收设备之间的距离。

当接收设备接收到来自至少三颗卫星的信号时，就可以通过三角定位法确定自己的位置。

当接收设备接收到来自更多卫星的信号时，可以通过多边定位法提高定位的精度。

然后，卫星发射的信号携带有卫星本身的位置和时间信息，接收设备接收到这些信号后，可以通过解算卫星的位置和时间信息来确定自己的位置。

这一过程需要接收设备精确测量信号的传播时间，并考虑到信号传播过程中可能受到大气层、电离层等影响，以及卫星钟的精度等因素。

最后，GPS定位的精度受到多种因素的影响，包括接收设备的性能、地面遮挡、大气层和电离层的影响、卫星几何分布等。

为了提高定位的精度，现代GPS接收设备通常会同时接收多频信号，并使用差分定位、RTK等技术来提高定位的精度和可靠性。

总的来说，GPS卫星定位原理是通过接收来自多颗卫星的信号，并测量信号的传播时间来确定接收设备的位置。

通过解算卫星的位置和时间信息，可以实现全球范围内的定位和导航。

随着技术的不断进步，GPS定位的精度和可靠性将会得到进一步提高，为人们的生活和工作带来更多便利。

gps定位原理
GPS（全球定位系统）是一种基于卫星和接收器之间的无线电
通信的定位技术。

GPS系统由一组位于太空中的卫星和地面
上的接收器组成。

其工作原理基于三角测量原理和卫星测量技术。

GPS系统中的卫星通过射频信号向地面上的接收器发射精确
的时间和位置信息。

接收器接收到来自至少四颗卫星的信号后，利用三角测量原理计算自身的位置。

三角测量原理基于三点定位，在GPS系统中，接收器利用测
量到的卫星信号的传播时间来确定卫星与接收器之间的距离。

由于卫星信号的传播速度已知，接收器可以通过测量时间差来计算距离差。

通过测量距离的差异，可以确定接收器与卫星的距离，并利用多个卫星的位置信息进行三角测量，从而计算出接收器的精确位置。

为了提高定位的准确性，GPS系统还采用了一些修正技术。

这些修正技术包括大气修正、钟差修正和卫星轨道修正等。

这些修正可以校正信号传播过程中的误差，提高定位的精度。

总之，GPS定位的原理是利用卫星发射的信号和接收器的测量，通过三角测量原理计算接收器的位置。

通过修正技术，可以提高定位的准确性。

GPS卫星定位基本原理本单元教学重点和难点1、伪距测量的原理及其相应的技术；2、载波相位测量的原理及其相应的技术；3、绝对定位和相对定位的方法。

教学目标对定位、RTK、网络RTK等基本原理。

对于教材中的公式推导过程不要求掌握，但对公式推导的结论应当理解并熟练掌握。

如观测方程和定位精度评价公式，应能结合误差传播定律从中看出影响定位精度的各种因素，并能通过以后章节学习，掌握相应的测量方法、减弱各种误差影响以提高测量精度的措施。

本章主要介绍GPS 卫星定位的基本原理与定位方法分类；GPS 定位所依据的伪距观测量；在测码伪距观测量和测相伪距观测量的基础上，讨论了静态和动态绝对定位原理以及相对定位和差分定位原理。

GPS 定位原理概述1． GPS 定位原理测量学中的交会法测量里有一种测距交会确定点位的方法。

与其相似，GPS 的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置。

简言之，GPS 定位原理是一种空间的距离交会原理。

()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+-+-+-=+-+-+-=+-+-+-=+-+-+-=tc Z Z Y Y X X tc Z Z Y Y X X tc Z Z Y Y X X tc Z Z Y Y X X δρδρδρδρ24242424232323232222222221212121（3-1）式中的c为光速，δt为接收机钟差。

由此可见，GPS定位中，要解决的问题就是两个：一是观测瞬间GPS卫星的位置。

上一章中，我们知道GPS卫星发射的导航电文中含有GPS卫星星历，可以实时的确定卫星的位置信息。

二是观测瞬间测站点至GPS卫星之间的距离。

站星之间的距离是通过测定GPS卫星信号在卫星和测站点之间的传播时间来确定的。

本章在讲述定位原理的同时，将解决距离测定的问题。

2．GPS定位方法分类利用GPS进行定位的方法有很多种。

若按照参考点的位置不同，则定位方法可分为（3）多普勒积分计数伪距差；（4）干涉法测量时间延迟；目前，在GPS定位测量中，广泛采用的观测量为前两种，即码相位观测量和载波相位观测量。

gps卫星定位基本原理
GPS卫星定位是一种基于卫星信号的定位技术，其基本原理是通过测量接收信号的时间差来确定接收器与卫星的距离，进而确定接收器的位置。

该技术的核心是GPS卫星系统，由一组卫星、地面控制站和用户接收器构成。

GPS卫星发射信号，接收器接收这些信号并计算出其位置。

为了精确测量信号的时间差，GPS接收器通常需要同时接收多个卫星信号。

通过使用三个或更多卫星信号，可以确定接收器的精确位置和海拔高度。

因此，GPS卫星定位技术在航空、航海、车辆定位、地图制作等领域得到了广泛应用。

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