广域差分GPS

一、 填空题1.GPS系统由GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）和GPS信号接收机（用户设备部分）等三部分组成。

2.GPS工作卫星的地面系统，目前主要由分布在全球的5个地面站组成，其中包括一个主控站、三个信息注入站和五个卫星监测站。

3.主控站一个，设在美国本土科罗拉多.斯平士(Colorado Springs)的联合空间执行中心。

注入站现有3个，分别设在印度洋的狄哥•伽西亚(Diego Garcia)、南大西洋的阿松森岛(Ascension)和南太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)。

五个监测站除主控站和注入站外，还在夏威夷设立了一个监测站。

4.在GPS信号接收机的分类中，按接收机的载波频率分类：单频接收机(SingleFrequency Receiver) 、双频接收机(Double Frequency Receiver)、双系统接收机 (GPS+GLONASS)；按接收机的用途分类：导航(Navigation)型接收机、测地(Survey)型接收机、授时(Time)型接收机；按接收机的通道数分类：多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用通道接收机；按接收机的工作原理分类：码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机。

5.坐标系统与时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和表达观测站位置的数学与物理基础。

6.坐标系统是由原点(origin)位置、坐标轴(Coordinate Axis)的指向和尺度(Scale)所定义的。

在GPS测量中,坐标系的原点一般取地球的质心（the mass center of the earth)，而坐标轴的指向具有一定的选择性。

为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系，通常称为协议坐标系(Conventional Coordinate System)。

7.测量时间，同样必须建立一个测量的基准，即时间的单位(尺度)和原点(起始历元)。

第一部分：名词解释春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点真近点角：在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距.升交点赤经：在地球平面上，升交点与春分点之间的地心夹角. 近地点角距：在轨道平面上近地点与升交点之间的地心角距.天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体。

为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。

岁差：指由于日月行星引力共同作用的结果，使地球自转轴在空间的方向发生周期性变化。

章动：北天极除了均匀地每年西行以外，还要绕着平北天极做周期性的运动。

轨迹为一椭圆。

极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移历元：在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。

轨道：卫星在空间运行的轨迹轨道参数：描述卫星轨道位置和状态的参数卫星星历：描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率预报星历：是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户，经解码获得所需的卫星星历，也称广播星历后处理星历：是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法，计算的卫星星历。

GPS卫星所发射的信号包括载波信号、P码（或丫码）、C/A码和数据码（或D 码）等多种信号分量，其中P码和C/A码统称为测距码。

（1）码的概念：表达不同信息的二进制数及其组合，称为码（2）随机噪声码：对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，这种码元幅度的取值完全无规律的码序列。

导航电文：导航电文是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码）。

绝对定位：也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。

相对定位：用至少两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。

图23 广域增强系统WAAS的二维平面定位性能054Satellite classroom 卫星课堂GPS系统的关键性能分析―――下之二第十七讲7 广域增强系统（WAAS）性能简介广域增强系统完好性风险定义为系统估算的载体的位置值超过水平告警门限HAL（Horizontal Alert Limits）或者垂直告警门限VAL（Vertical Alert Limits）时，卫星导航系统在规定的告警时间（time-to-alarm）内没有告警的概率。

另一方面，连续性风险定义为在系统工作过程中，系统告警能够省略的概率。

广域增强系统W A A S 的最低运行控制性能标准MOPS（Minimum OperationalPerformance Standards）定义为，差分修正的导航解在垂直保护门限VPL（Vertical Protection Level）以及水平保护门+ 刘天雄图24 广域增强系统WAAS的垂直定位性能限HPL（Horizontal Protection Level）范围内概率的必须满足99.99999%。

因此，误差的真值（true error）在107 秒内超过保护限的次数不能多于一次。

如果计算的保护限超过了相应的告警门限，那么系统将告警，测量的数据不能用于定位。

如果系统在运行过程中发出了告警信息，必须推导告警信息处理算法，否则系统在整个周期内将被宣布不可用。

美国斯坦福大学（Stanford University）在位于美国加利福尼亚州斯坦福的国家卫星测试床NSTB（National Satellite Test Bed），开展了对静态用户开展了广域增强系统W A A S的二维平面定位性能评估测试，测试结果如图23所示，直方图中横坐标为广域增强系统W A A S给出的位置已被标定的天线的位置测量值和实际位置之间的误差，纵坐标为不同导航解下计算得到的保护门限。

图22中HMI表示“危险的错误引导信息（Hazardously Misleading Information）”，MI表示“错误引导信息（Misleading Information）”。

1、卫星星历:是描述卫星运行轨道的信息。

2、天线高:指天线的相位中心至观测点标志中心顶面的垂直距离。

3、春分点:当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与地球赤道的交点。

4、开普勒第一定律:卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的月心相重合。

这一定律表明，在中心引力场中，卫星绕地球运行的轨道面，是一个通过划球质心的静止平面。

5、同步环:由多台接收机同步观测的结果所构成的闭合环称为同步环。

6、多路径效应:在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收衫天线，这就将和直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉，从而使观测值偏离真值产且所谓的多路径误差。

这种山于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。

7、周跳:在接收机跟踪GPS卫星进行观测的过程中，常常山于多种原因(例如接收机天线被阻挡、外界噪声信号的干扰等)，可能使载波相位观测值中的9周数不正确但其不足1整周的小数部分仍然是正确的，这种现象成为整周变跳，简称周跳。

8、绝对定位:利用GPS卫星和用户接收机间的距离观测值直接确定用户接收机天线在在WGS-84坐标系中相对地球质心的绝对位置。

9、恒星时:以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间，称为恒星时。

恒星时是地方时。

10、卫星的无摄运动:卫星在轨运动受到中心力和摄动力的影响。

假设地球为匀质球体，其对卫星的引力称为中心力(质量集中于球体的中心)。

中心力决定着卫星运动的 4本规律和特征，此时卫星的运动称为无摄运动，山此所决定的卫星轨道可视为理想的轨道，又称卫星的无摄运动轨道。

11、精密星历:是一些国家的某些部门，根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法，而计算的卫星星历。

它可以向用户提供在用户观测时间的卫星星历，避免了预报星历外推的误差。

12、相对定位:用两台或多台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS 卫星，以确定4线端点在协议地球坐标系中的相对位置或4线向量的定位方法。

GPS测量原理及应用各章知识点总结桂林理工大学测绘08-1 JL（纯手打）第一章绪论1、GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。

能为各个用户提供三维坐标和时间。

2、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系3、GPS经历了方案论证、系统论证、生产试验三个阶段。

整个系统包括卫星星座、地面监控部分、用户接收机部分。

4、GPS基本参数为：卫星颗数为21+3，卫星轨道面个数为6，卫星高度为20200km，轨道倾角为55度，卫星运行周期为11小时58分，在地球表面任何时刻，在高度较为15度以上，平均可同时观测到6颗有效卫星，最多可以达到9颗。

5、应用双定位系统的优越性：能同时接收到GPS和GLONASS卫星信号的接收机，简称为双系统卫星接收机。

（1）增加接收卫星数。

这样有利于在山区和城市有障碍物遮挡的地区作业（2）提高效率。

观测卫星数增加，所以求解整周模糊度的时间缩短，从而减少野外作业时间，提高了生产效率。

（3）提高定位的可靠性和精度。

因观测的卫星数增加，用于定位计算的卫星数增加，卫星几何分布也更好，所以提高了定位的可靠性和精度。

6、在GPS信号导航的定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗（以上）卫星，称为定位星座。

7、PRN----------卫星所采用的伪随机噪声码8、在导航定位测量中，一般采用PRN编号。

9、用于捕获信号和粗略定位的为随机码叫做C/A码（又叫S码），用于精密定位的精密测距码叫P码10、GPS系统中各组成部分的作用：卫星星座1、向广大用户发送导航定位信息。

2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通过GPS信号电路，适时的发送给广大用户。

3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时的改正运行偏差和启用备用时钟等。

地面监控系统地面监控系统包括1个主控站，3个注入站和5个监测站。

1、监测和控制卫星上的设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行。

SBAS 即Space Based Augmentation System,是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统。

目前全球发展的SBAS系统有：欧空局接收卫星导航系统(EGNOS)，欧洲大陆美国雷声公司的广域增强系统(W AAS)，美洲大陆日本的多功能卫星增强系统（MSAS），亚洲大陆三者具有完全兼容的互操作性。

其特点是：1、通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改的信息；2、通过GEO卫星发播GPS和GEO卫星完整的数据；3、GEO卫星的导航载荷发射GPS L1测距信号。

SBAS覆盖图WAAS 这个名词、全名为Wide Area Augmentation System，即广域增强系统。

WAAS是美国联邦航空局（FAA）及美国交通部为提升飞行精确度而发展出来的，因为目前单独使用GPS 并无法达到联邦航空局针对精确飞行导航所设定的要求。

WAAS 包含了约25个地面参考站台，位置散布于美国境内，负责监控GPS 卫星的资料。

其中两个分别位于美国东西岸的主站台搜集其它站台传来的资料，并据此计算出GPS 卫星的轨道偏移量、电子钟误差，以及由大气层及电离层所造成的讯息延迟时间，汇整后经由两颗位在赤道上空之同步卫星的其中之一传播出去。

此W AAS 讯号的发送频率与GPS 讯号的频率相同，因此任何具备WAAS 功能的GPS 机台都可接收此讯号，并藉此修正定位信息。

WAAS 可以校正由电离层干扰、时序控制不正确以及卫星轨道错误等因素所造成的GPS 讯号误差，也能提供各卫星是否正常运转之信息。

虽然W AAS 目前尚未正式通过美国航空局的飞行使用认证，但此系统已开放给一般民众使用，例如从事航海或其它休闲活动的人们。

W AAS提供校正GPS讯号的功能，让您得到更精确的定位。

到底能提升多少精确度呢？官方给出的数据是，可以平均提升最多五倍的精确度！目前无W AAS功能的普通GPS接收机的正常精确度是15米，而一台具备W AAS功能的GPS接收机能在95%的情况下提供您误差小于三公尺的精准定位，而且您不必为了使用WAAS功能而支付任何使用费。