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GPS 原理
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1楼

GPS 原理

 GPS(Globle Positioning System)全球定位系统,可以在全球范围内实现全天候、实时的确定用户的精确位置和精确时间。
它是由美国提出并实施的一项庞大的宇宙及航天工程,1973年12月,美国国防部批准其陆海空三军联合研制新的军用卫星导航系统—NAVSTAR GPS系统,既GPS系统;1978年2月22日第一颗GPS实 验卫星的发射成功,标志着工程研制阶段的开始;1989年2月14日,第一颗GPS工作卫星的发射成功,宣告GPS进入生产作业阶段,GPS系统于1993年6月26日部署完毕,由21颗卫星和3颗备用卫星组成。
GPS主要包括三大部分:
(1) GPS卫星(空间部分)
(2) 地面支撑系统(地面监控部分)
(3) GPS接收机(用户部分)

GPS卫星

  最终的GPS方案是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成,现在由于工作寿命的延长,实际在轨卫星要多余24颗。卫星分布在互成60°的6个轨道平面上,轨道倾角为 55°,每颗卫星大约每隔12小时围绕地球旋转一周。这样的卫星配置基本上保证了在地球任何位置均能同时观测到4颗卫星。卫星的运行轨道呈圆形,长半轴为 26560KM,倾角为64°,轨道高度约20000KM。卫星重774Kg,主体呈柱形,直径为1.5M,星体两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板,全长5.33M,接受日光面积7.2平方米,以保证卫星正常工作的供电。

地面支撑系统

  在导航定位中,首先必须知道卫星的位置。而位置是由卫星星历计算出来的,地面支撑系统测量和计算每颗卫星的星历,编辑成电文发送给卫星,再由卫星实时地播发给用户。这就是卫星提供的广播星历。工作卫星的地面支撑系统包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测,并向主控站提供观测数据。每个监测站配有GPS接收机,对每颗观测数据送往主控站。主控站拥有大型电子计算机,用作主体数据采集、计算、传输、诊断和编辑等。主要完成:
(1) 采集数据
(2) 编辑导航电文
(3) 诊断
(4) 调整卫星
主控站将编辑的卫星电文传送到三个注入站,定时将这些信息注入各个卫星。
用户接收机
上述的两大部分是由专门机构投资建立,维护和运行的,一旦工作,就昼夜不停地发送导航定位信息,可供无数用户免费共享。用户接收机就是用来接收GPS卫星广播信息的设备,它根据收到的卫星信息计算出本身的位置和时间,提供给用户使用。

以下是接收机计算本身位置的需要的参量和基本算法的描述:

卫星发送什么信息?

  卫星信息包括三种信号分量:载波、测距码和数据码,其中载波采用两个频率发送:fL1=1575.42MHz,fL2=1227.6MHz;测距码分为粗码C/A码和精码P码,分别提供给民间用户和军方用户,都采用伪随机码;数据码的内容包括遥测码、转换码和三个数据块,数据块中含标志码、卫星时钟改正系数、卫星星历以及其他卫星的概略情况等。

GPS接收机如何解算自身位置?

  我们知道,在空间中任意三个点就可以确定一个平面,而假如在这个平面上有一个点,它在什么位置是未知的,但是知道它与另外两个点的位置关系,就可以求出这个未知点的平面坐标;若在空间直角坐标系中,则需知道它与三个点的位置关系才可确定,GPS定位系统就是依照这个数学原理。

  导航卫星以光速发出编码信息,用户接收机解码后,测出发送时刻与接收时刻的时间差,再乘以光速即得到卫星至接收机的距离。若接收机时钟与导航卫星时钟同步,确定接收机的三维位置,只需收到三颗导航卫星的信息就可以了,也就是接收机处于以三颗导航卫星为中心的三个球面的交点上,数学上解释为以三个方程式解三个未知数。如图所示,A为未知点,B、C坐标已知,知道A到B和C的距离,可以确定A的坐标,D为镜像。导航卫星上的时钟多为铷或铯原子钟,稳定度在 1E-13,时间精度为0.5ns;而接收机的时钟多为石英钟,所以二者有同步之差,这就引入第四个未知数,所以还要测第四颗导航卫星得到第四个方程,因此四个方程式就确定了三维位置和时间的偏差。此外,四颗导航卫星处于不同轨道平面上,相位差四十度,根据卫星导航信号载频多普勒偏移用同样方法可以确定接收机的三维速度矢量(向量) 。

  GPS最初的目的是为美国军方提供服务,但随着它的发展,人们越来越意识到GPS的作用的重大及应用领域的广阔,除军事应用外,它已被应用于航天、航空、航海、授时、测量、勘探等诸多领域,其应用形式亦多种多样。GPS发展到今天已成为一个产业。GPS的优异性能引起各行各业的兴趣,也正如专家所预言的那样,GPS将改变许多行业的经营方式,它是继计算机革命之后的又一场革命。 



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2楼

Re:GPS 原理

媒体称日首相今天将就钓鱼岛问题阐明日立场
昨天是“九一八”事变81周年纪念日,注册香港公司由于最近近一段时间,日本在钓鱼岛问题频频上演“香港公司注册购岛闹剧”,因此,这个纪念日就显得格外特别,也格外敏感。 然而,就在我国各地群众以各种形式缅怀历史,警示人们“勿忘国耻”的时候,日本的“香港注册公司购岛闹剧”却还在滑稽上演。就在昨天,又有两名日本人非法登上我国钓鱼岛。日本媒体援引海上保安厅官员的话报道说,当地时间18日9点30分左右,注册离岸公司两名日本人从停泊在钓鱼岛海域的小船下海乘橡皮艇登岛,注册海外公司 另有3人留在船上,登岛的两人是鹿儿岛县一家企业经营者,属当地右翼分子。日本的右翼势力选择在“九一八”纪念日当天擅自登上钓鱼岛,完全不顾中国人民的感受,对中国发起公然挑衅,再次激起了中国政府和人民的强烈不满和坚决反对。
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3楼

Re:GPS 原理

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4楼

Re:GPS 原理

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