四全球定位系統(tǒng)認識和設(shè)備使用課件

2022/12/28四全球定位系統(tǒng)認識和設(shè)備使用2022/12/28四全球定位系統(tǒng)認識和設(shè)備使用1任務(wù)一、認識GPS系統(tǒng)的組成一、任務(wù)內(nèi)容任務(wù)一、認識GPS系統(tǒng)的組成一、任務(wù)內(nèi)容21964年，美國海軍建成了第一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1967年，前蘇聯(lián)也發(fā)射了自己的導(dǎo)航衛(wèi)星——宇宙192。1973年，美國國防部批準其海陸空三軍聯(lián)合研制新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即授時和測距導(dǎo)航衛(wèi)星，或者稱全球定位系統(tǒng)（NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem，NAVSTAR/GPS），簡稱GPS系統(tǒng)。2000年10月，我國成功發(fā)射了第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，開始北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)建設(shè)工作。2012年12月27日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已正式提供區(qū)域服務(wù)，（一）全球定位系統(tǒng)簡介1964年，美國海軍建成了第一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——子午儀衛(wèi)星3（二） GPS系統(tǒng)的組成圖4-1-1GPS系統(tǒng)組成（二） GPS系統(tǒng)的組成圖4-1-1GPS系統(tǒng)組成4 1）GPS衛(wèi)星星座和GPS衛(wèi)星

圖4-1-2BlockI衛(wèi)星圖4-1-3BlockII衛(wèi)星1．GPS衛(wèi)星星座和GPS衛(wèi)星 1）GPS衛(wèi)星星座和GPS衛(wèi)星1．GPS衛(wèi)星5圖4-1-4BlockIIA衛(wèi)星圖4-1-5BlockIIR衛(wèi)星圖4-1-4BlockIIA衛(wèi)星圖4-1-5B6圖4-1-6GPS衛(wèi)星導(dǎo)航載荷結(jié)構(gòu)框圖圖4-1-6GPS衛(wèi)星導(dǎo)航載荷結(jié)構(gòu)框圖7GPS衛(wèi)星可分為試驗衛(wèi)星和工作衛(wèi)星兩大類。試驗衛(wèi)星BlockI也叫原型衛(wèi)星。其任務(wù)主要是滿足方案論證和整個系統(tǒng)試驗、改進的需要。最后一顆BlockI衛(wèi)星于1985年10月9日發(fā)射升空，1995年11月18日退役。工作衛(wèi)星BlockII：與試驗衛(wèi)星BlockI相比BlockII衛(wèi)星能夠存儲14天的導(dǎo)航電文并具有實施選擇可用性(SA)和反電子欺騙（AS）功能。最后一顆BlockII衛(wèi)星于2007年3月15日退役。GPS衛(wèi)星可分為試驗衛(wèi)星和工作衛(wèi)星兩大類。8BlockIIA中大寫字母A代表Advanced（更先進的）。該系列衛(wèi)星的質(zhì)量和設(shè)計壽命與BlockII系列衛(wèi)星基本相同。但是卻增加了相互通信的能力，并且存儲導(dǎo)航電文的能力也增至180天。BlockIIR系列，R代表replenishment（補充）。目前有12顆成功發(fā)射。BlockIIR-M系列衛(wèi)星是BlockIIR系列的升級版，M代表modernized（現(xiàn)代化的）。BlockIIF系列由波音公司研制開發(fā)，F(xiàn)代表follow-on（繼任者）。BlockIIA中大寫字母A代表Advanced（更9GPS衛(wèi)星的主要功能為：接收和儲存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令通過星載高精度原子鐘產(chǎn)生基準信號和提供精確的時間標(biāo)準向用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號。接收地面主控站通過注入站發(fā)送給衛(wèi)星的調(diào)度命令，如調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)、啟用備用時鐘或啟用備用衛(wèi)星等。GPS衛(wèi)星的主要功能為：10GPS衛(wèi)星的測距碼信號 GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種測距碼信號，即C/A碼和P碼，兩者都是偽隨機噪聲碼 C/A碼有如下2個特點：1)C/A碼的碼長很短，易于捕獲。2)C/A碼的碼元寬度較大。

GPS衛(wèi)星的測距碼信號 11GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文主要包括：衛(wèi)星星歷、時鐘改正、電離層時延改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)信息以及由C/A碼捕獲P碼的信息。導(dǎo)航電文同樣以二進制碼的形式播送給用戶，因此又叫數(shù)據(jù)碼，或稱D碼。GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文12GPS衛(wèi)星星歷 GPS系統(tǒng)通過兩種方式向用戶提供衛(wèi)星星歷，一種方式是通過導(dǎo)航電文中的數(shù)據(jù)塊Ⅱ直接發(fā)射給用戶接收機，通常稱為預(yù)報星歷；另一種方式是由GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控站，通過磁帶、網(wǎng)絡(luò)、電傳向用戶提供。稱為后處理星歷。GPS衛(wèi)星星歷13 2.地面監(jiān)控系統(tǒng)圖4-1-7地面監(jiān)控 2.地面監(jiān)控系統(tǒng)圖4-1-7地面監(jiān)控14 3.GPS用戶接收機圖4-1-8GPS接收機原理圖 3.GPS用戶接收機圖4-1-8GPS接收機原理154.GPS定位方法分類1)靜態(tài)定位和動態(tài)定位如果在定位過程中，用戶接收機天線處于靜止?fàn)顟B(tài)，或者更明確地說。待定點在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置，被認為是固定不動的，那么確定這些待定點位置的定位測量就稱為靜態(tài)定位。相反，如果在定位過程中，用戶接收機天線處在運動狀態(tài)，這時待定點位置將隨時間變化。確定這些運動著的待定點的位置，稱為動態(tài)定位。

4.GPS定位方法分類 162)絕對定位和相對定位根據(jù)參考點的不同位置，GPS定位測量又可分為絕對定位和相對定位。絕對定位是以地球質(zhì)心為參考點，測定接收機天線(即待定點)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的絕對位置。由于定位作業(yè)僅需使用一臺接收機，所以又稱為單點定位。如果選擇地面某個固定點為參考點，確定接收機天線相位中心相對參考點的位置，則稱為相對定位。2)絕對定位和相對定位175.GPS靜態(tài)定位原理

圖4-1-9GPS靜態(tài)定位原理5.GPS靜態(tài)定位原理 圖4-1-9GPS靜態(tài)定位原理18四全球定位系統(tǒng)認識和設(shè)備使用課件196.GPS動態(tài)定位原理 GPS動態(tài)測量是利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)實時測量物體的連續(xù)運動狀態(tài)參數(shù)。如果所求的狀態(tài)參數(shù)僅僅是三維坐標(biāo)參數(shù)，就稱為GPS動態(tài)定位。如果所求的狀態(tài)參數(shù)不僅包括三維坐標(biāo)參數(shù)，還包含物體運動的三維速度，以及時問和方位等參數(shù)，這樣動態(tài)測量就稱為導(dǎo)航。

6.GPS動態(tài)定位原理 207.GPS定位的誤差來源及對策1)與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差 衛(wèi)星星歷誤差 衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實際位置間的偏差，由于衛(wèi)星空間位置是由地面監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測軌結(jié)果計算求得的，所以又稱為衛(wèi)星的軌道誤差。 衛(wèi)星鐘差 所謂時鐘誤差是指衛(wèi)星鐘誤差，以及接收機鐘誤差。7.GPS定位的誤差來源及對策212)衛(wèi)星信號傳播誤差 衛(wèi)星信號傳播誤差包括：信號穿過地球上空電離層和對流層時所產(chǎn)生的誤差，以及信號到達地面時產(chǎn)生反射信號而引起的多路徑干擾誤差。 電離層傳播誤差電離層是指地球上空50～1000km之間的大氣層。 對流層傳播誤差從地面起向上到距地面40km的大氣層稱為對流層。 多路徑效應(yīng)影響所謂多路徑效應(yīng)，是指接收機天線除直接收到衛(wèi)星的信號外，尚可能收到經(jīng)天線周圍物體反射的衛(wèi)星信號，兩種信號疊加將會引起天線相位中心位置的變化。2)衛(wèi)星信號傳播誤差223)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 在GPS定位測量中，與用戶接收設(shè)備有關(guān)的誤差主要包括：觀測誤差、接收機鐘差、天線相位中心偏移誤差。3)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差234)其它誤差來源 在GPS定位中，除了上述各種誤差外，衛(wèi)星鐘和接收機鐘震蕩器的隨機誤差、大氣折射模型和衛(wèi)星軌道攝動模型誤差、地球潮汐以及信號傳播的相對論效應(yīng)等都會對觀測量產(chǎn)生影響。4)其它誤差來源241. GLONASS系統(tǒng)的組成GLONASS系統(tǒng)同樣由衛(wèi)星、地面測控站和用戶設(shè)備三部分組成，目前的系統(tǒng)由21顆工作星和3顆備份星組成，分布于3個軌道平面上，每個軌道面有8顆衛(wèi)星，軌道高度1萬9000公里，運行周期11小時15分。（三） GLONASS系統(tǒng)1. GLONASS系統(tǒng)的組成（三） GLONASS系統(tǒng)252. GLONASS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的差異

在技術(shù)方面，GLONASS與GPS有以下幾點不同之處：衛(wèi)星發(fā)射頻率不同。坐標(biāo)系不同。時間標(biāo)準不同。2. GLONASS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的差異26北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou(COMPASS)NavigationSatelliteSystem）包括北斗一號和北斗二號兩代系統(tǒng)，是中國研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗一號是一個已投入使用的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗二號則是一個正在建設(shè)中的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和美國GPS、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)、歐盟Galileo定位系統(tǒng)被聯(lián)合國一起確認為全球四個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心供應(yīng)商。（四） 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou(COMPASS)Navi271.北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用戶的申請服務(wù)內(nèi)容進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對定位申請，中心控制系統(tǒng)測出兩個時間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。

1.北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理28由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計算機內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶處于某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計算出用戶所在點的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個延292.北斗一號與GPS系統(tǒng)比較覆蓋范圍：衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性：定位原理：定位精度：用戶容量：生存能力：實時性:2.北斗一號與GPS系統(tǒng)比較30

3．北斗二號和未來發(fā)展2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。正在建設(shè)的北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。3．北斗二號和未來發(fā)展311. Galileo衛(wèi)星星座計劃中的Galileo衛(wèi)星星座由30顆工作衛(wèi)星組成，還有3顆衛(wèi)星為備用衛(wèi)星，軌道高度為23222km，軌道傾角為56°，衛(wèi)星運行周期為14h4min。系統(tǒng)提供全球連續(xù)覆蓋，地面最多可見衛(wèi)星數(shù)達13顆。每顆衛(wèi)星(包括衛(wèi)星平臺、導(dǎo)航載荷和搜救載荷等)的在軌重量約為650kg，設(shè)計壽命20年。（五） Galileo系統(tǒng)1. Galileo衛(wèi)星星座（五） Galileo系統(tǒng)322. Galileo系統(tǒng)服務(wù)方式

Galileo系統(tǒng)將提供5種基本的服務(wù)方式： 開放服務(wù)（OS）： 商業(yè)服務(wù)（CS）： 生命安全服務(wù)（SoL）： 公共管理服務(wù)（PRS）： 搜救服務(wù)（SAR）：2. Galileo系統(tǒng)服務(wù)方式33與現(xiàn)有市場上的GPS導(dǎo)航車載終端相比較，采用北斗/GPS導(dǎo)航的智能車載終端具有以下優(yōu)勢：1) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)同時具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持。而GPS只能定位。2) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋范圍大，沒有通訊盲區(qū)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋了中國及周邊國家和地區(qū)，不僅可為中國、也可為周邊國家服務(wù)。3) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)特別適合于集團用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。4) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)融合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強系統(tǒng)兩大資源，與GPS定位相結(jié)合后，應(yīng)用更加豐富。5) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強，適合國防、軍工等保密部門應(yīng)用，同時也適合在交通運輸、測繪等國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用。（六） 北斗系統(tǒng)在智能車載終端的應(yīng)用與現(xiàn)有市場上的GPS導(dǎo)航車載終端相比較，采用北斗/GPS導(dǎo)航34任務(wù)一、認識GPS系統(tǒng)的組成二、復(fù)習(xí)與思考任務(wù)一、認識GPS系統(tǒng)的組成二、復(fù)習(xí)與思考351、GPS有哪幾個組成部分？簡述每個部分的具體內(nèi)容及其功能。2、GPS定位的基本原理如何？3、試寫出測碼偽距觀測方程和測相偽距觀測方程并說明各符號的實際意義。4、GPS誤差影響的因素有哪些？5、簡述北斗一號導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理。1、GPS有哪幾個組成部分？簡述每個部分的具體內(nèi)容及其功能。36任務(wù)二、用GPS模塊進行定位一、任務(wù)內(nèi)容任務(wù)二、用GPS模塊進行定位一、任務(wù)內(nèi)容37 （一）硬件連接圖4-2-1RS232與GPS模塊連接 （一）硬件連接圖4-2-1RS232與GPS模塊連接38圖4-2-2天線位置圖4-2-2天線位置39圖4-2-3連接好的GPS模塊圖4-2-3連接好的GPS模塊401.打開u-center軟件 （二）軟件設(shè)置圖4-2-4打開u-center軟件位置1.打開u-center軟件 （二）軟件設(shè)置圖4-2-4打41圖4-2-5u-center軟件界面圖4-2-5u-center軟件界面422.參數(shù)設(shè)置

圖4-2-6串口號與波特率的設(shè)置2.參數(shù)設(shè)置433.接收定位信號

圖4-2-7定位信號接收中3.接收定位信號444.定位路徑的錄制與軌跡回放圖4-2-8按下錄制鍵4.定位路徑的錄制與軌跡回放圖4-2-8按下錄制鍵45圖4-2-11保存過程圖4-2-11保存過程46圖4-2-12按下停止鍵圖4-2-12按下停止鍵47圖4-2-13按下播放鍵圖4-2-13按下播放鍵48圖4-2-15播放錄制好的軌跡圖4-2-15播放錄制好的軌跡49定位成功，則可在u-center軟件界面上看見接收到的衛(wèi)星的顆數(shù)，位置的經(jīng)緯度、高度及速度。如果定位不成功，最大可能接收衛(wèi)星的信號不好。可按照以下步驟逐一檢查排除故障：硬件接線檢查：首先檢查天線的信號是否良好，可把天線伸出窗外，其次檢查模塊設(shè)備串口端口是否連接正確。軟件設(shè)置檢查：模塊端口參數(shù)波特率是否設(shè)置正確，特別是使用哪個串口要設(shè)置好。以上均檢查無異，則可見實訓(xùn)結(jié)果。 （三）實訓(xùn)結(jié)果定位成功，則可在u-center軟件界面上看見接收到的衛(wèi)星的50任務(wù)二、用GPS模塊進行定位二、相關(guān)知識任務(wù)二、用GPS模塊進行定位二、相關(guān)知識51圖4-2-16u-center軟件界面圖4-2-16u-center軟件界面52

圖4-2-21具體意義解釋

53

圖4-2-22不同工作界面選擇按鈕

54任務(wù)二、用GPS模塊進行定位三、復(fù)習(xí)與思考任務(wù)二、用GPS模塊進行定位三、復(fù)習(xí)與思考55如果定位信號很不好，如何查詢故障原因？如果定位信號很不好，如何查詢故障原因？56任務(wù)三、在地圖上添加GPS模塊定位數(shù)據(jù)一、任務(wù)內(nèi)容任務(wù)三、在地圖上添加GPS模塊定位數(shù)據(jù)一、任務(wù)內(nèi)容57用RS232串口將GPS終端模塊與計算機連接。將模塊上的天線與電源連接好。注意天線位置調(diào)整到信號接收比較強的位置（一般要靠近窗口位置，不要有高大建筑物遮擋）。通電，打開計算機。 （一）硬件連接用RS232串口將GPS終端模塊與計算機連接。 （一）硬件連58 （二）軟件設(shè)置圖4-3-4打開地圖 （二）軟件設(shè)置圖4-3-4打開地圖59圖4-3-6地圖導(dǎo)入圖4-3-6地圖導(dǎo)入60圖4-3-8選擇MCF文件圖4-3-8選擇MCF文件61圖4-3-9文件修改圖4-3-9文件修改62圖4-3-10顯示添加數(shù)據(jù)的位置圖4-3-10顯示添加數(shù)據(jù)的位置634.誤差分析圖4-3-11誤差點顯示4.誤差分析圖4-3-11誤差點顯示64圖4-3-12誤差分析圖4-3-12誤差分析65數(shù)據(jù)添加成功，則可在相應(yīng)地圖上看見添加的點。如果添加不成功，則重新檢查程序是否正確?？砂凑找韵虏襟E逐一檢查排除故障：修改的程序是否與顯示地圖的文件擴展名前名稱一致。程序修改是否在英文狀態(tài)下進行，特別是標(biāo)點符號注意要在英文狀態(tài)下。程序語法是否正確。以上均檢查無異，則可見實訓(xùn)結(jié)果。 （三）實訓(xùn)結(jié)果數(shù)據(jù)添加成功，則可在相應(yīng)地圖上看見添加的點。 （三）實訓(xùn)結(jié)果66任務(wù)三、GPS模塊定位數(shù)據(jù)使用二、相關(guān)知識任務(wù)三、GPS模塊定位數(shù)據(jù)使用二、相關(guān)知識671．GPS接收機的基本結(jié)構(gòu)GPS接收機主要由GPS接收機天線單元、GPS接收機主機單元和電源三部組成。天線單元的主要功能是將GPS衛(wèi)星信號非常微弱的電磁波轉(zhuǎn)化為電流，并對這種信號電流進行放大和變頻處理。而接收機單元的主要功能是對經(jīng)過放大和變頻處理的信號電源進行跟蹤、處理和測量。 （一）GPS接收機的結(jié)構(gòu)原理1．GPS接收機的基本結(jié)構(gòu) （一）GPS接收機的結(jié)構(gòu)原理68四全球定位系統(tǒng)認識和設(shè)備使用課件69 2．天線單元天線單元由接收天線和前置放大器兩個部件組成。其基本功能，是接收GPS衛(wèi)星信號，并把衛(wèi)星信號的能量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流量，經(jīng)過前置放大器，將微弱的GPS信號電流予以放大，送入頻率變換器進行頻率變換，以便接收機對信號進行跟蹤和量測。 2．天線單元70金屬反射器濾波放大器金屬底板介質(zhì)接口連接器金屬反射器濾波放大器金屬底板介質(zhì)接口連接器71單極天線單極天線72帶扼流圈天線錐形天線帶扼流圈天線錐形天線73 3．接收單元

GPS信號接收機的接收單元主要由信號通道單元、存儲單元、計算和顯示控制單元、電源等四個部分組成。 3．接收單元74根據(jù)不同的觀測點，GPS接收機有多種不同的分類。1、按接收機的用途分類根據(jù)接收機的用途，可分為導(dǎo)航型、測量型和授時型接收機。2、按接收機接收的衛(wèi)星信號分類接收機所接收的衛(wèi)星信號的頻率，可分為碼相位接收機、單頻接收機(L1)、雙頻接收機(L1,L2)和信標(biāo)接收機。 （二）GPS接收機分類根據(jù)不同的觀測點，GPS接收機有多種不同的分類。 （二）GP753、按接收機的通道數(shù)分類根據(jù)接收機信號通道的類型，可分為多通道接收機、序貫通道接收機和多路復(fù)用通道接收機。4、按接收衛(wèi)星系統(tǒng)分類（1）單星系統(tǒng)（2）雙星系統(tǒng)（3）多星系統(tǒng)3、按接收機的通道數(shù)分類765、按接收機的作業(yè)模式分類（1）靜態(tài)接收機（2）動態(tài)接收機6、按接收機的結(jié)構(gòu)分類（1）分體式接收機（2）整體式接收機（3）手持式接收機7、按接收機的工作原理分類根據(jù)接收機的工作原理可分為碼相關(guān)型接收機、平方型接收機和混合型接收機。5、按接收機的作業(yè)模式分類77任務(wù)三、GPS模塊定位數(shù)據(jù)使用三、復(fù)習(xí)與思考任務(wù)三、GPS模塊定位數(shù)據(jù)使用三、復(fù)習(xí)與思考782022/12/28四全球定位系統(tǒng)認識和設(shè)備使用2022/12/28四全球定位系統(tǒng)認識和設(shè)備使用79任務(wù)一、認識GPS系統(tǒng)的組成一、任務(wù)內(nèi)容任務(wù)一、認識GPS系統(tǒng)的組成一、任務(wù)內(nèi)容801964年，美國海軍建成了第一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1967年，前蘇聯(lián)也發(fā)射了自己的導(dǎo)航衛(wèi)星——宇宙192。1973年，美國國防部批準其海陸空三軍聯(lián)合研制新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即授時和測距導(dǎo)航衛(wèi)星，或者稱全球定位系統(tǒng)（NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem，NAVSTAR/GPS），簡稱GPS系統(tǒng)。2000年10月，我國成功發(fā)射了第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，開始北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)建設(shè)工作。2012年12月27日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已正式提供區(qū)域服務(wù)，（一）全球定位系統(tǒng)簡介1964年，美國海軍建成了第一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——子午儀衛(wèi)星81（二） GPS系統(tǒng)的組成圖4-1-1GPS系統(tǒng)組成（二） GPS系統(tǒng)的組成圖4-1-1GPS系統(tǒng)組成82 1）GPS衛(wèi)星星座和GPS衛(wèi)星

圖4-1-2BlockI衛(wèi)星圖4-1-3BlockII衛(wèi)星1．GPS衛(wèi)星星座和GPS衛(wèi)星 1）GPS衛(wèi)星星座和GPS衛(wèi)星1．GPS衛(wèi)星83圖4-1-4BlockIIA衛(wèi)星圖4-1-5BlockIIR衛(wèi)星圖4-1-4BlockIIA衛(wèi)星圖4-1-5B84圖4-1-6GPS衛(wèi)星導(dǎo)航載荷結(jié)構(gòu)框圖圖4-1-6GPS衛(wèi)星導(dǎo)航載荷結(jié)構(gòu)框圖85GPS衛(wèi)星可分為試驗衛(wèi)星和工作衛(wèi)星兩大類。試驗衛(wèi)星BlockI也叫原型衛(wèi)星。其任務(wù)主要是滿足方案論證和整個系統(tǒng)試驗、改進的需要。最后一顆BlockI衛(wèi)星于1985年10月9日發(fā)射升空，1995年11月18日退役。工作衛(wèi)星BlockII：與試驗衛(wèi)星BlockI相比BlockII衛(wèi)星能夠存儲14天的導(dǎo)航電文并具有實施選擇可用性(SA)和反電子欺騙（AS）功能。最后一顆BlockII衛(wèi)星于2007年3月15日退役。GPS衛(wèi)星可分為試驗衛(wèi)星和工作衛(wèi)星兩大類。86BlockIIA中大寫字母A代表Advanced（更先進的）。該系列衛(wèi)星的質(zhì)量和設(shè)計壽命與BlockII系列衛(wèi)星基本相同。但是卻增加了相互通信的能力，并且存儲導(dǎo)航電文的能力也增至180天。BlockIIR系列，R代表replenishment（補充）。目前有12顆成功發(fā)射。BlockIIR-M系列衛(wèi)星是BlockIIR系列的升級版，M代表modernized（現(xiàn)代化的）。BlockIIF系列由波音公司研制開發(fā)，F(xiàn)代表follow-on（繼任者）。BlockIIA中大寫字母A代表Advanced（更87GPS衛(wèi)星的主要功能為：接收和儲存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令通過星載高精度原子鐘產(chǎn)生基準信號和提供精確的時間標(biāo)準向用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號。接收地面主控站通過注入站發(fā)送給衛(wèi)星的調(diào)度命令，如調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)、啟用備用時鐘或啟用備用衛(wèi)星等。GPS衛(wèi)星的主要功能為：88GPS衛(wèi)星的測距碼信號 GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種測距碼信號，即C/A碼和P碼，兩者都是偽隨機噪聲碼 C/A碼有如下2個特點：1)C/A碼的碼長很短，易于捕獲。2)C/A碼的碼元寬度較大。

GPS衛(wèi)星的測距碼信號 89GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文主要包括：衛(wèi)星星歷、時鐘改正、電離層時延改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)信息以及由C/A碼捕獲P碼的信息。導(dǎo)航電文同樣以二進制碼的形式播送給用戶，因此又叫數(shù)據(jù)碼，或稱D碼。GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文90GPS衛(wèi)星星歷 GPS系統(tǒng)通過兩種方式向用戶提供衛(wèi)星星歷，一種方式是通過導(dǎo)航電文中的數(shù)據(jù)塊Ⅱ直接發(fā)射給用戶接收機，通常稱為預(yù)報星歷；另一種方式是由GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控站，通過磁帶、網(wǎng)絡(luò)、電傳向用戶提供。稱為后處理星歷。GPS衛(wèi)星星歷91 2.地面監(jiān)控系統(tǒng)圖4-1-7地面監(jiān)控 2.地面監(jiān)控系統(tǒng)圖4-1-7地面監(jiān)控92 3.GPS用戶接收機圖4-1-8GPS接收機原理圖 3.GPS用戶接收機圖4-1-8GPS接收機原理934.GPS定位方法分類1)靜態(tài)定位和動態(tài)定位如果在定位過程中，用戶接收機天線處于靜止?fàn)顟B(tài)，或者更明確地說。待定點在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置，被認為是固定不動的，那么確定這些待定點位置的定位測量就稱為靜態(tài)定位。相反，如果在定位過程中，用戶接收機天線處在運動狀態(tài)，這時待定點位置將隨時間變化。確定這些運動著的待定點的位置，稱為動態(tài)定位。

4.GPS定位方法分類 942)絕對定位和相對定位根據(jù)參考點的不同位置，GPS定位測量又可分為絕對定位和相對定位。絕對定位是以地球質(zhì)心為參考點，測定接收機天線(即待定點)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的絕對位置。由于定位作業(yè)僅需使用一臺接收機，所以又稱為單點定位。如果選擇地面某個固定點為參考點，確定接收機天線相位中心相對參考點的位置，則稱為相對定位。2)絕對定位和相對定位955.GPS靜態(tài)定位原理

圖4-1-9GPS靜態(tài)定位原理5.GPS靜態(tài)定位原理 圖4-1-9GPS靜態(tài)定位原理96四全球定位系統(tǒng)認識和設(shè)備使用課件976.GPS動態(tài)定位原理 GPS動態(tài)測量是利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)實時測量物體的連續(xù)運動狀態(tài)參數(shù)。如果所求的狀態(tài)參數(shù)僅僅是三維坐標(biāo)參數(shù)，就稱為GPS動態(tài)定位。如果所求的狀態(tài)參數(shù)不僅包括三維坐標(biāo)參數(shù)，還包含物體運動的三維速度，以及時問和方位等參數(shù)，這樣動態(tài)測量就稱為導(dǎo)航。

6.GPS動態(tài)定位原理 987.GPS定位的誤差來源及對策1)與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差 衛(wèi)星星歷誤差 衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實際位置間的偏差，由于衛(wèi)星空間位置是由地面監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測軌結(jié)果計算求得的，所以又稱為衛(wèi)星的軌道誤差。 衛(wèi)星鐘差 所謂時鐘誤差是指衛(wèi)星鐘誤差，以及接收機鐘誤差。7.GPS定位的誤差來源及對策992)衛(wèi)星信號傳播誤差 衛(wèi)星信號傳播誤差包括：信號穿過地球上空電離層和對流層時所產(chǎn)生的誤差，以及信號到達地面時產(chǎn)生反射信號而引起的多路徑干擾誤差。 電離層傳播誤差電離層是指地球上空50～1000km之間的大氣層。 對流層傳播誤差從地面起向上到距地面40km的大氣層稱為對流層。 多路徑效應(yīng)影響所謂多路徑效應(yīng)，是指接收機天線除直接收到衛(wèi)星的信號外，尚可能收到經(jīng)天線周圍物體反射的衛(wèi)星信號，兩種信號疊加將會引起天線相位中心位置的變化。2)衛(wèi)星信號傳播誤差1003)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 在GPS定位測量中，與用戶接收設(shè)備有關(guān)的誤差主要包括：觀測誤差、接收機鐘差、天線相位中心偏移誤差。3)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差1014)其它誤差來源 在GPS定位中，除了上述各種誤差外，衛(wèi)星鐘和接收機鐘震蕩器的隨機誤差、大氣折射模型和衛(wèi)星軌道攝動模型誤差、地球潮汐以及信號傳播的相對論效應(yīng)等都會對觀測量產(chǎn)生影響。4)其它誤差來源1021. GLONASS系統(tǒng)的組成GLONASS系統(tǒng)同樣由衛(wèi)星、地面測控站和用戶設(shè)備三部分組成，目前的系統(tǒng)由21顆工作星和3顆備份星組成，分布于3個軌道平面上，每個軌道面有8顆衛(wèi)星，軌道高度1萬9000公里，運行周期11小時15分。（三） GLONASS系統(tǒng)1. GLONASS系統(tǒng)的組成（三） GLONASS系統(tǒng)1032. GLONASS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的差異

在技術(shù)方面，GLONASS與GPS有以下幾點不同之處：衛(wèi)星發(fā)射頻率不同。坐標(biāo)系不同。時間標(biāo)準不同。2. GLONASS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的差異104北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou(COMPASS)NavigationSatelliteSystem）包括北斗一號和北斗二號兩代系統(tǒng)，是中國研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗一號是一個已投入使用的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗二號則是一個正在建設(shè)中的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和美國GPS、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)、歐盟Galileo定位系統(tǒng)被聯(lián)合國一起確認為全球四個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心供應(yīng)商。（四） 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou(COMPASS)Navi1051.北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用戶的申請服務(wù)內(nèi)容進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對定位申請，中心控制系統(tǒng)測出兩個時間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。

1.北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理106由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計算機內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶處于某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計算出用戶所在點的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個延1072.北斗一號與GPS系統(tǒng)比較覆蓋范圍：衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性：定位原理：定位精度：用戶容量：生存能力：實時性:2.北斗一號與GPS系統(tǒng)比較108

3．北斗二號和未來發(fā)展2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。正在建設(shè)的北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。3．北斗二號和未來發(fā)展1091. Galileo衛(wèi)星星座計劃中的Galileo衛(wèi)星星座由30顆工作衛(wèi)星組成，還有3顆衛(wèi)星為備用衛(wèi)星，軌道高度為23222km，軌道傾角為56°，衛(wèi)星運行周期為14h4min。系統(tǒng)提供全球連續(xù)覆蓋，地面最多可見衛(wèi)星數(shù)達13顆。每顆衛(wèi)星(包括衛(wèi)星平臺、導(dǎo)航載荷和搜救載荷等)的在軌重量約為650kg，設(shè)計壽命20年。（五） Galileo系統(tǒng)1. Galileo衛(wèi)星星座（五） Galileo系統(tǒng)1102. Galileo系統(tǒng)服務(wù)方式

Galileo系統(tǒng)將提供5種基本的服務(wù)方式： 開放服務(wù)（OS）： 商業(yè)服務(wù)（CS）： 生命安全服務(wù)（SoL）： 公共管理服務(wù)（PRS）： 搜救服務(wù)（SAR）：2. Galileo系統(tǒng)服務(wù)方式111與現(xiàn)有市場上的GPS導(dǎo)航車載終端相比較，采用北斗/GPS導(dǎo)航的智能車載終端具有以下優(yōu)勢：1) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)同時具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持。而GPS只能定位。2) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋范圍大，沒有通訊盲區(qū)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋了中國及周邊國家和地區(qū)，不僅可為中國、也可為周邊國家服務(wù)。3) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)特別適合于集團用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。4) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)融合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強系統(tǒng)兩大資源，與GPS定位相結(jié)合后，應(yīng)用更加豐富。5) 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強，適合國防、軍工等保密部門應(yīng)用，同時也適合在交通運輸、測繪等國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用。（六） 北斗系統(tǒng)在智能車載終端的應(yīng)用與現(xiàn)有市場上的GPS導(dǎo)航車載終端相比較，采用北斗/GPS導(dǎo)航112任務(wù)一、認識GPS系統(tǒng)的組成二、復(fù)習(xí)與思考任務(wù)一、認識GPS系統(tǒng)的組成二、復(fù)習(xí)與思考1131、GPS有哪幾個組成部分？簡述每個部分的具體內(nèi)容及其功能。2、GPS定位的基本原理如何？3、試寫出測碼偽距觀測方程和測相偽距觀測方程并說明各符號的實際意義。4、GPS誤差影響的因素有哪些？5、簡述北斗一號導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理。1、GPS有哪幾個組成部分？簡述每個部分的具體內(nèi)容及其功能。114任務(wù)二、用GPS模塊進行定位一、任務(wù)內(nèi)容任務(wù)二、用GPS模塊進行定位一、任務(wù)內(nèi)容115 （一）硬件連接圖4-2-1RS232與GPS模塊連接 （一）硬件連接圖4-2-1RS232與GPS模塊連接116圖4-2-2天線位置圖4-2-2天線位置117圖4-2-3連接好的GPS模塊圖4-2-3連接好的GPS模塊1181.打開u-center軟件 （二）軟件設(shè)置圖4-2-4打開u-center軟件位置1.打開u-center軟件 （二）軟件設(shè)置圖4-2-4打119圖4-2-5u-center軟件界面圖4-2-5u-center軟件界面1202.參數(shù)設(shè)置

圖4-2-6串口號與波特率的設(shè)置2.參數(shù)設(shè)置1213.接收定位信號

圖4-2-7定位信號接收中3.接收定位信號1224.定位路徑的錄制與軌跡回放圖4-2-8按下錄制鍵4.定位路徑的錄制與軌跡回放圖4-2-8按下錄制鍵123圖4-2-11保存過程圖4-2-11保存過程124圖4-2-12按下停止鍵圖4-2-12按下停止鍵125圖4-2-13按下播放鍵圖4-2-13按下播放鍵126圖4-2-15播放錄制好的軌跡圖4-2-15播放錄制好的軌跡127定位成功，則可在u-center軟件界面上看見接收到的衛(wèi)星的顆數(shù)，位置的經(jīng)緯度、高度及速度。如果定位不成功，最大可能接收衛(wèi)星的信號不好?？砂凑找韵虏襟E逐一檢查排除故障：硬件接線檢查：首先檢查天線的信號是否良好，可把天線伸出窗外，其次檢查模塊設(shè)備串口端口是否連接正確。軟件設(shè)置檢查：模塊端口參數(shù)波特率是否設(shè)置正確，特別是使用哪個串口要設(shè)置好。以上均檢查無異，則可見實訓(xùn)結(jié)果。 （三）實訓(xùn)結(jié)果定位成功，則可在u-center軟件界面上看見接收到的衛(wèi)星的128任務(wù)二、用GPS模塊進行定位二、相關(guān)知識任務(wù)二、用GPS模塊進行定位二、相關(guān)知識129圖4-2-16u-center軟件界面圖4-2-16u-center軟件界面130

圖4-2-21具體意義解釋

131

圖4-2-22不同工作界面選擇按鈕

132任務(wù)二、用GPS模塊進行定位三、復(fù)習(xí)與思考任務(wù)二、用GPS模塊進行定位三、復(fù)習(xí)與思考133如果定位信號很不好，如何查詢故障原因？如果定位信號很不好，如何查詢故障原因？134任務(wù)三、在地圖上添加GPS模塊定位數(shù)據(jù)一、任務(wù)內(nèi)容任務(wù)三、在地圖上添加GPS模塊定位數(shù)據(jù)一、任務(wù)內(nèi)容135用RS232串口將GPS終端模塊