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全球地理定位系统
——(GPS—Global Positioning System)
一、GPS 基础知识
1、什么是 GPS 系统?
现全球定位系统有四种,分别是美国的“GPS”、俄罗斯的“格鲁纳斯(Glonass)”与欧洲的"伽利略",还有中国的“北斗”。
GPS 现主要指的是美国发射运行的卫星系统,包含了 27 颗能持续发送地理位置海拔高度和时间信号的卫星,其中24 个正常使用,3 个备用,这些卫星平均分布运行在六个轨道上。一般来说,在地面上的 GPS 接收器能接收 5~12 个卫星信号,而为了获得地面上的定位坐标,GPS 导航至少需要 4 个卫星信号,三个用来确定 GPS 接收器的纬度、经度和海拔高度,第四个则提供同步校正时间。
全球定位系统由三部分构成:
太空卫星部份:由 24 颗绕极使用卫星所组成,分成六个轨道,运行于约 20200 公里的高空,绕行地球一周约 12 小时。每个卫星均持续着发射载有卫星轨道数据及时间的无线电波,提供地球上的各种接收机来应用。
地面管制部份:这是为了追踪及控制上述卫星运转,所设置的地面管制站,主要工作为负责修正与维护每个卫星能保持正常运转的各项参数数据,以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者接收机来接收。
使用者接收机:追踪所有的 GPS 卫星,并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间,各种蓝牙GPS 即属于此部份。这也就是我们通常所说的“GPS”。
我们只需要有一个 GPS 卫星信号接收器,就可以免费的接收卫星信号,再配合装有导航软件的手机,掌上电脑等就可以实现定位导航功能了。
2、GPS的基本原理
GPS 定位计算的数学模型主要分为:最小二乘法(LS)、 TDOA 双曲线模型、Fang 算法、Chan 算法、Friedlander 算法、SX 和 SI 算法。其中,Chan 算法较为准确。当然,GPS 定位只能得到位置、方向和速度等信息。如果能够和地面资源卫星绘制的 IGS 地图配合使用,就可以形象的知道其"位置"。
3、GPS的卫星信号
GPS卫星所发送的导航电文是一种不归零的二进制数据码,D(t)码率fd=50HZ。为了节省卫星的电能、增强GPS信号的抗干扰、保密性,实现遥远的卫星通讯。GPS卫星采用伪噪声码对D码作二级调制,即先将D码调制成伪噪声码(P码和C/A码),再将伪噪声码调制在L1、L2两种载波上,形成向用户发射的GPS射电信号。因此GPS信号包括两种载波(L1、L2)和两种伪噪声码(P码C/A码)。(星载原子钟的基频)的基准频率。基准频率与各信号频率之间存在一定的比例。其中P码为精确码,美国为了自身的利益只供美国军方、政府机关以及得