GPS概述(定位原理、系统组成及工作频段)

目录

1、概述

2、GPS定位原理

3、GPS系统组成

4、四大主要定位系统

5、GPS频段


1、概述

GPS系统是由美国国防部的陆海空三军在70年代联合研制的新型卫星导航系统,它的英文名称是”Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Positioning System”,其意为“卫星测时测距导航全球定位系统”, 简称GPS 系统。

2、GPS定位原理

定位需要天上4颗卫星参与。四个卫星的坐标(X1~X4,Y1~Y4,Z1~Z4)和时间戳T1~T4都是已知的,因为卫星会时刻广播自己的位置信息并且会带上时间戳,接收机很容易得到这些位置信息,接收机得到卫星位置信息的时间戳就是t,那卫星到接收机的距离R=(T-t)*c(c是光速),所以利用如下的空间方程就可以算出被测点的坐标位置(x,y,z)

那又有人说了,三维空间只需要三个点就可以解出方程了,那是因为,光速是一个很大的值,很小的T-t误差就会放大卫星到被测点的距离误差,另外加上电离层影响,加上一组数据其实是校正误差的作用。


3、GPS系统组成

GPS系统由空间系统,地面支援系统和接收机三个方面组成,24颗卫星,其中21个工作卫星,3个备用卫星。

空间系统用于发送需要定位的卫星信号。

地面支援系统主要是监测和控制卫星运行,编算卫星星历(导航电文),保持系统时间。

主控站:从各个监控站收集卫星数据,计算出卫星的星历和时钟修正参数等,并通过注入站注入卫星;向卫星发布指令,控制卫星,当卫星出现故障时,调度备用卫星。

监控站:接收卫星信号,检测卫星运行状态,收集天气数据,并将这些信息传送给主控站。

注入站:将主控站计算的卫星星历及时钟修正参数等注入卫星。

GPS接收机主要是内置GPS功能的移动设备等。

4、四大主要定位系统

美国GPS,欧盟GALILEO,俄罗斯GLONASS和中国的北斗。

5、GPS频段

目前在用的是L1、L2和L5。L1工作频率:1575.42MHz ±1.023MHz,L2工作频率:1227.60MHz ±1.023MHz,L5工作频率:1176.45MHz ±1.023MHz。

其中单频接收机只能接收L1载波信号,定位精度5米左右,双频可用L1和L2,L2一般用在勘测和军事,民用的双频就是L1+L5,定位精度可达30厘米。

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