第四章 GPS定位基本原理

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定位系统的原理与使用方法GPS（全球定位系统）是一种基于卫星导航的定位技术，通过接收来自卫星的信号来确定地理位置。

本文将介绍GPS定位系统的原理和使用方法，帮助读者更好地理解和利用这一技术。

一、GPS定位系统的原理GPS定位系统是由一系列卫星、地面控制站和接收器组成的。

其原理基于三角测量法，通过测量接收器与多颗卫星之间的距离来确定接收器的位置。

1.卫星：GPS系统中有24颗工作卫星和几颗备用卫星，它们以近地轨道运行。

这些卫星通过广播无线电信号，携带有关其自身位置和时间的信息。

2.接收器：接收器是用户使用GPS定位系统的设备，它可以接收卫星发出的信号。

接收器通过计算信号的传播时间和接收到信号的卫星位置，来确定接收器的位置。

3.地面控制站：地面控制站负责监控卫星的运行状态和时钟精度，并向卫星发送校准信息。

GPS定位系统的原理可以简要概括为以下几个步骤：1.接收器接收卫星信号，并记录下接收时间。

2.接收器计算信号传播时间，即信号从卫星发射到接收器接收到的时间。

3.接收器通过多个卫星的信号传播时间，计算出接收器与每颗卫星之间的距离。

4.通过三角测量法，接收器确定自身位置。

二、GPS定位系统的使用方法使用GPS定位系统需要以下几个步骤：1.选购GPS设备：根据自身需求选择合适的GPS设备，如汽车导航仪、手机应用程序或户外定位器等。

2.激活GPS设备：根据设备说明书，激活GPS设备并确保其能够接收卫星信号。

3.等待信号：GPS设备需要一定时间来接收卫星信号并计算位置。

在设备首次使用或长时间未使用后，可能需要更长的时间来获取信号。

4.确定位置：一旦GPS设备接收到足够的卫星信号，它将计算位置并显示在屏幕上。

通常，设备会提供地图和导航功能，以帮助用户找到目的地。

5.使用导航功能：如果GPS设备具备导航功能，用户可以输入目的地，并按照设备的指示进行导航。

设备会提供转向指示、预计到达时间等信息，帮助用户准确到达目的地。

gps定位的基本原理GPS定位的基本原理。

GPS（Global Positioning System）是一种全球定位系统，它利用卫星信号来确定地球上任何一个点的精确位置。

GPS定位的基本原理涉及到卫星、接收器和地面控制站三个主要部分，下面我们来详细介绍一下GPS定位的基本原理。

首先，GPS系统是由24颗卫星组成的，它们分布在地球的中轨道上，每颗卫星都绕地球轨道运行。

这些卫星以恒定的速度绕地球运行，它们每天都会绕地球转两次，确保全天候都能覆盖地球上的任何区域。

这些卫星发射出的信号包含了卫星的位置和时间信息。

其次，GPS接收器是用来接收卫星发射出的信号，并计算出接收器所在位置的设备。

GPS接收器接收到至少三颗卫星的信号后，就能够计算出接收器所在位置的经度、纬度和海拔高度。

接收器通过测量信号的传播时间来确定卫星和接收器之间的距离，然后利用三角定位原理来计算出接收器的位置。

最后，地面控制站是用来监控和管理GPS系统的设备。

地面控制站负责监测卫星的运行状态、卫星发射信号的精确性和时钟校准等工作。

地面控制站还会不断地更新卫星的轨道信息和时钟校准参数，确保GPS系统的精准性和稳定性。

总的来说，GPS定位的基本原理就是通过卫星发射信号，接收器接收信号并计算出位置，地面控制站监控和管理整个系统。

通过这种方式，我们可以在任何时间、任何地点准确地确定自己的位置，实现导航、定位和测量等功能。

除了以上介绍的基本原理，GPS定位还涉及到信号传播延迟、多路径效应、大气层延迟等影响因素，这些因素都会对GPS定位的精度产生影响。

为了提高GPS定位的精度，科学家们不断地研究和改进GPS技术，提出了差分GPS、增强GPS等技术手段，以应对不同环境下的定位需求。

总之，GPS定位是一种基于卫星信号的全球定位技术，它的基本原理涉及到卫星、接收器和地面控制站三个主要部分。

通过这种技术，我们可以实现准确的导航、定位和测量功能，为人们的生活和工作带来了极大的便利。

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。

GPS定位基本原理GPS系统由全球定位系统卫星、地面控制站和用户终端（接收器）三部分组成。

全球定位系统卫星方阵覆盖了地球上的整个领土，通过控制站向卫星发送精确的时间和位置信息，卫星则将这些信息以无线电波的形式发送到地球上的接收器。

接收器接收到至少四个卫星的信号后，它会解析每个卫星发送信号的时间和位置信息。

由于每个卫星都知道自己的位置和发送信号的时间，接收器可以通过测量每个信号发送和接收的时间差，计算出每个卫星距离接收器的距离。

通过至少三个卫星的距离测量，可以确定接收器的地理位置。

为了提高精确性，GPS系统还会对信号进行校正。

由于信号在传输过程中会受到大气层、地球引力以及卫星和接收器之间的相对运动的影响，因此需要对这些影响进行修正。

这些校正数据通常由地面控制站通过无线电波发送到接收器上。

另外，GPS系统还可以利用多路径效应和时间延迟来提供高精度的定位。

多路径效应是指信号在传输过程中会经历多次反射和散射，从而到达接收器的时间和位置会发生变化。

通过分析和处理这些变化，接收器可以纠正误差，提高定位的准确性。

GPS定位的精确性受到多种因素的影响，包括天气、地形、建筑物和电磁干扰等。

天气条件不好时，如大雨、大雾或雷暴天气，信号会受到干扰，可能会导致定位误差增大。

地形和建筑物也会对信号的传输造成阻碍，从而降低定位的准确性。

此外，与其他电子设备的电磁干扰也可能对GPS信号产生干扰，影响定位的精度。

总之，GPS定位是通过接收卫星发送的时间和位置信息，计算出接收器相对于卫星的距离，然后通过多个卫星的距离测量来确定接收器的地理位置的技术。

通过对信号的校正和处理，可以提供高精度的定位服务。

然而，定位的精确性仍受到多种因素的影响。

gps定位基本原理GPS定位基本原理。

GPS（Global Positioning System）是一种通过卫星定位技术来确定地理位置的系统。

它是由美国国防部研发的，现已成为全球范围内最常用的定位系统之一。

GPS定位基本原理主要包括卫星发射信号、接收信号和计算位置三个关键步骤。

首先，GPS系统由一组24颗绕地球轨道运行的卫星组成。

这些卫星每天都会围绕地球运行两次，它们的轨道设计得非常精确，以便能够在任何时候都能够覆盖地球上的任何一个位置。

这些卫星会不断地向地面发射无线电信号，这些信号包含有关卫星本身的信息以及发射信号的时间戳。

其次，GPS接收器是用来接收卫星发射的信号并计算出接收器所在位置的设备。

当接收器接收到至少三颗卫星的信号时，它就能够计算出自己的位置。

这是因为每颗卫星的信号都包含了卫星的精确位置和发射信号的时间戳，接收器可以利用这些信息来计算出自己与每颗卫星之间的距离。

最后，接收器利用三颗或更多卫星的信号来计算出自己的精确位置。

这是通过三角定位法来实现的，接收器利用自己与每颗卫星之间的距离来确定自己在地球上的位置。

当接收器能够接收到更多的卫星信号时，它的定位精度就会更高。

除了卫星信号之外，GPS定位还受到一些因素的影响，比如大气层的影响、地形的影响以及接收器本身的精度等。

因此，在实际使用中，为了提高定位的准确性，通常会采用差分GPS技术或者增强型GPS技术来进行定位。

总的来说，GPS定位基本原理是通过卫星发射信号、接收信号和计算位置三个关键步骤来实现的。

通过这些步骤，GPS系统能够为人们提供精确的地理位置信息，广泛应用于导航、地图绘制、航空航海、军事作战等领域。

随着技术的不断发展，GPS定位系统的精度和可靠性将会不断提升，为人们的生活和工作带来更多便利。

gps定位系统原理
GPS定位系统是基于卫星定位技术的一种定位系统，它通过接收来自多颗卫星的信号来确定地球上任何一个具体的位置。

其基本原理包括以下几个方面：
1. 卫星发射信号：GPS系统由一组24颗运行在轨道上的卫星组成。

这些卫星随时向地面发射精确的微波信号，其中包含了卫星轨道信息以及当前时间。

2. 接收器接收信号：GPS接收器是用来接收卫星发出的信号并进行处理计算的设备。

它通过天线接收到卫星发射的信号，并将信号传递到接收器中。

3. 信号计算：接收器接收到多个卫星发出的信号后，会计算信号的传播时间，进而计算出每颗卫星和接收器之间的距离。

这是通过测量信号在空气中传播的时间来实现的。

4. 定位计算：一旦接收器计算出距离信息，它会将这些信息发送到一个称为“位置计算器”的软件中。

该软件会通过接收的多个卫星信号，使用三角定位的原理来计算接收器的精确位置。

5. 定位结果：最终，GPS定位系统将通过计算器得到的位置信息以经度和纬度的形式显示出来，可以在相关的设备上实时查看。

需要注意的是，GPS定位系统需要至少同时接收到4颗卫星的信号，才能进行准确的定位。

此外，由于信号在传播过程中可
能会受到大气层、建筑物、树木等物体的干扰，因此在某些条件下，定位的准确性可能会有所降低。

gps定位的基本原理
GPS（全球定位系统）是一种利用人造卫星信号进行定位的技术。

其基本原理是通过接收来自卫星的信号，计算信号的传播时间和距离，从而确定接收器的位置。

GPS系统由24颗绕地球轨道运行的卫星组成，其中包括21颗可工作和3颗备用。

这些卫星按照特定的轨道高度和角度排列，以保证能够覆盖到全球任何一个地区。

当一个GPS接收器启动时，它会搜索并捕捉到至少4颗卫星
的信号。

由于每颗卫星上都携带有高稳定性的原子钟，接收器可以通过测量信号的到达时间差来计算接收器与卫星之间的距离。

这个过程称为多普勒测距。

接着，接收器会将接收到的信号传送给内部的计算机，计算机会根据接收到的距离数据、卫星的位置和时间信息来确定接收器的位置。

为了提高定位的准确性，GPS接收器通常会连接
至至少4颗卫星，计算得出多个位置数据，通过数学算法进行平均处理。

除了获取位置信息外，GPS系统还可以提供海拔高度和速度
等额外的数据。

这些数据的计算方法与位置相似，通过测量卫星信号的变化来得出相应的结果。

最终，GPS接收器会将定
位结果以地理坐标的形式显示在显示屏上。

总之，GPS定位的基本原理是通过接收卫星信号并计算信号
的传播时间和距离，从而确定接收器的位置。

这一过程依赖于
卫星的高精度时钟和接收器内部的计算机进行数据处理和计算。

通过多颗卫星的信号叠加处理，可以提高定位的准确性和稳定性。

GPS导航工作原理GPS（全球定位系统）是一种通过卫星技术确定地理位置的系统。

它由一组卫星、地面控制站和接收设备组成。

GPS导航工作原理是基于卫星信号的接收和处理来确定位置坐标，下面将详细介绍GPS导航的工作原理。

一、GPS导航的基本原理GPS导航系统由24颗工作卫星组成，它们以不同的轨道高度绕地球自行旋转。

这些卫星通过广播无线电信号，将自己的位置和时间信息发送给地球上的接收器。

接收器接收到来自多颗卫星的信号后，利用三点定位的方法计算出自身的位置。

二、GPS定位的三个基本组成要素GPS定位的三个基本组成要素包括：卫星、接收器和控制站。

1. 卫星：GPS系统中的卫星通过周期性广播无线电信号来提供定位和导航服务。

卫星上搭载了高精度的原子钟，以确保传输的时间信息准确无误。

2. 接收器：接收器是用来接收和处理卫星发出的信号，并计算出位置坐标的设备。

这些接收器可以是手持设备、车辆导航系统或其他导航设备。

3. 控制站：地面控制站通过监测和控制卫星的运行状态，保证卫星系统的正常运行。

控制站负责控制卫星轨道、更新和校验卫星的时间信息，确保系统的准确性和稳定性。

三、GPS导航的工作过程GPS导航的工作过程包括卫星定位和导航计算两个主要步骤。

1. 卫星定位：接收器接收到来自多颗卫星的信号后，利用这些信号的时间信息和卫星位置数据，计算出自身到每颗卫星的距离。

根据测距原理，接收器与卫星之间的距离可以通过信号传播的时间和光速之间的关系进行计算。

2. 导航计算：接收器通过收集足够的卫星信号并计算距离，可以得出自身的位置坐标。

常见的导航算法包括三角测量法、加权平均法等，通过多次测量和计算，可以得到更准确的定位结果。

四、GPS导航的精度和误差尽管GPS导航是一种高精度的定位系统，但在实际使用中，仍然存在一些误差和影响系统精度的因素。

1. 卫星几何因素：当接收器接收到的卫星信号来自同一方向时，定位精度会受到影响。

这种情况下，接收器无法获得足够的信息来计算准确的位置坐标。