已解决提问者:polarfog_132 - 大副 十二级

什么是GPS  GPS定位有地区的差异而分时间长短吗?

悬赏分:50 解决时间:2009-01-08 15:00

越详细越好 谢谢

最佳答案

huiyi1314_680 - 大副 十二级

GPS概述及其定位原理

1.概述
  五十年代未,原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星,美国科学家在对其的跟踪研究中,发现了多普勒频移现象,并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANsIT的建成,在军事和民用方面取得了极大的成功,是导航定位史上的一次飞跃,我国也曾引进了多台多普勒接收机,应用于海岛联测、地球勘探等领域。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低,轨道精度难以提高,使得定位精度较低,以满足大地测量或工程测量的要求,更不可能用于天文地球动力学研究。为了提高卫星定位的精度,美国从1973 年开始筹建全球定位系统GPS (Global Positioning System)。在进过了方案论证、系统试验阶段后,于1989年开始发射正式工作卫星,并于1994年全部建成,投入使用。GPS系统的空间部分由21颗卫星组成,均匀分布在6个轨道面上,地面高度为20000余公里,轨道倾角为55度,扁心率约为0,周期约为12小时,卫星向地面发射两个波段的载波信号,载波信号频率分别为1575.442兆 赫兹(L1波段)和1227.6兆赫兹(L2波段),卫星上安装了精度很高的原子钟,以确保频率的稳定性,在载波上调制有表示卫星位置 的广播星历,用于测距的C/A码和P码,以及其它系统信息,能在全球范围内,向任意多用 户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。
  GPS系统的控制部分由设在美国本土的5个监控站组成,这些站不间断地对GPS卫星进行观测,并将计算和预报的信息由注入站对卫星信息更新。
   GPS系统的用户是非常隐蔽的,它是一种单程系统,用户只接收而不必发射信号,因此用户的数量也是不受限制的。虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的,但很快在民用方面得到了极大的发展,各类GPS接收机和处理软件纷纷涌现出来。目前在中国市场上出现的接收机主要有NovAtel、ASHTECH、GARMIN、CMC等。能对两个频率进行观测的接收机称为双频接收机,只能对一个频率进行观测的接收机成为单频接收机,他们在精度和价格上均有较大区别。
  对于测绘界的用户而言, GPS已在测绘领域引起了革命性的变化,目前,范围上数公里至几千公里的控制网或形变监测网,精度上从百米至毫米级的定位,一般都将GPS作为首选手段,随着RTK技术的日趋成熟,GPS已开始向分米乃至厘米级的放样、高精度动态定位等领域渗透。
  国际GPS大地测量和地球动力学服务IGS自1992年起,已在全球建立了多个数据存储及处理中心和百余个常年观测的台站,我国也设立了上海余山、武汉、西安、拉萨、台湾等多个常年观测台站,这些台站的观测数据每天通过INTERNET网传向美国的数据存储中心,IGS还几乎实时地综合各数据处理中心的结果,并参与国际地球自转服务IERS的全球坐标参考系维护及地球自转参数的发布。使用者也可免费从INTERNET网上取得观测数据及精密星历等产品。
  GPS系统的实时导航定位精度很高,美国在1992年起实行了所谓的SA政策,即降低广播星历中卫星位置的精度,降低星钟改正数的精度,对卫星基准频率加上高频的抖动(使伪距和相位的量测精度降低),后又实行了A-S政策,即将P码改变为Y码,即对精密伪距测量进一步限制,而美国军方和特许用户不受这些政策的影响,但美国为了获得更大的商业利益,这些政策终将被取消。

2.GPS定位原理
  GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息;用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历;用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历,精度为几米至几十米(各个卫星不同,随时变化);以及GPS系统信息,如卫星状况等。
  GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离,由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差,故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距,精度约为20米左右,对P码测得的伪距称为P码伪距,精度约为2米左右。
  GPS接收机对收到的卫星信号,进行解码或采用其它技术,将调制在载波上的信息去掉后,就可以恢复载波。严格而言,载波相位应被称为载波拍频相位,它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测,保持对卫星信号的跟踪,就可记录下相位的变化值,但开始观测时的

回答采纳率达:23%(551个被采纳)

评价已经被关闭 目前有 0 个人评论

不好

0% (0)0% (0)

其它回答 (共4条)

enhance_279 - 大副 十二级

bzd

01-08 15:00 回答采纳率达:24%(542个被采纳)

wanttofaint_212 - 二副 十一级

GPS的工作原理,简单地说来,是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。首先我们假定卫星的位置为已知,而我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离,那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步,我们又测得点A至另一卫星的距离,则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离,就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识,可以很容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量A点至另一个卫星的距离,也能精确进行定位。 以上所说,要实现精确定位,要解决两个问题: 
其一是要确知卫星的准确位置; 
其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。下面我们看看怎样来做到这点。 

GPS导航示意图 
怎样确知卫星的准确位置 

要确知卫星所处的准确位置。首先,要通过深思熟虑,优化设计卫星运行轨道,而且,要由监测站通过各种手段,连续不断监测卫星的运行状态,适时发送控制指令,使卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历,注入卫星,且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历,就可确知卫星的准确位置。 

这个问题解决了,接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。卫星是远在地球上层空间,又是处在运动之中,我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量,那么又是如何来做的呢? 

如何测定卫星至用户的距离 

我们过去都学过这样的公式:时间X速度=距离。我们也从物理学中知道,电波传播的速度是每秒钟三十万公里,所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间,就能利用速度乘时间等于距离这个公式,来求得距离。所以,问题就归结为测定信号传播的时间。 

要准确测定信号传播时间,要解决两方面的问题。一个是时间基准问题。就是说要有一个精确的时钟。就好比我们日常量一张桌子的长度,要用一把尺子。假如尺子本身就不标准,那量出来的长度就不准。另一个就是要解决测量的方法问题。 

时间基准问题 

GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟,并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息,同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息,使与自身的时钟同步,就可获得准确的时间。所以,GPS接收机除了能准确定位之外,还可产生精确的时间信息。 

测定卫星信号传输时间的方法 

为了避免采用过多的技术术语,我们先作一个不太恰当的比喻。我们在所处的地点和卫星上同时启动录音机来播放“东方红”乐曲,那么,我们应该能听到一先一后两支“东方红”的曲子(实际上,卫星上播放的曲子,我们不可能听见,只是假想能够听到),但一定是不合拍的。为了使两者合拍,我们延迟启动地上录音机的时间。当我们听到两支曲子合拍时,启动录音机所延迟的时间就等于曲子从卫星传送到地上的时间。当然,电波比声波速度高得多,电波也不能用耳朵来接收。所以,实际上我们播送的不是“东方红”乐曲,而是一段叫做伪随机码的二进制电码。延迟GPS接收机产生的伪随机码,使与接收到卫星传来的码字同步,测得的延迟时间就是卫星信号传到GPS接收机的时间。至此,我们也就解决了测定卫星至用户的距离。当然,上面说的都还是十分理想的情况。实际情况比上面说的要复杂得多,所以我们还要采取一些对策。例如:电波传播的速度,并不总是一个常数。在通过电离层中电离子和对流层中水气的时候,会产生一定的延迟。一般我们这可以根据监测站收集的气象数据,再利用典型的电离层和对流层模型来进行修正。还有,在电波传送到接收机天线之前,还会产生由于各种障碍物与地面折射和反射产生的多径效应。这在设计GPS接收机时,要采取相应措施。当然,这要以提高GPS接收机的成本为代价。 原子钟虽然十分精确,但也不是一点误差也没有。GPS接收机中的时钟,不可能象在卫星上那样,设置昂贵的原子钟,所以就利用测定第四颗卫星,来校准GPS接收机的时钟。我们前面提到,每测量三颗卫星可以定位一个点。利用第四颗卫星和前面三颗卫星的组合,可以测得另一些点。理想情况下,所有测得的点,都应该重合。但实际上,并不完全重合。利用这一点,反过来可以校准GPS接收机的时钟。测定距离时选用卫星的相互几何位置,对测定的误差也不同。为了精确的定位,可以多测一些卫星,选取几何位置相距较远的卫星组合,测得误差要小。在我们提到测量误差时,还有一点要提到,就是美

01-08 15:00 回答采纳率达:22%(508个被采纳)

GANNOX20_085 - 大副 十二级

trsil

01-08 15:00 回答采纳率达:22%(507个被采纳)

weishaojun123_013 - 大副 十二级

他是全球定位系统  不分地区的差异性  安装后是要交使用费的  由于每天都会有新的大厦或地点在出现所以说他的系统是在不断的更新

01-08 15:00 回答采纳率达:23%(540个被采纳)