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GPS的原理及运用

作者:xzly    发表时间:2014-07-14 14:41    来源:本站

gps是global positioning system的缩写,意义为全球定位系统。该系统可向全球用户提供延续、实时、高精度的三维位置,三维速度和时间音讯。

gps的组成

gps系统由三局部形成,一是地面掌握部分,由主控站、地面天线、监测站及通讯辅佐系统组成。二是空间部分,由24颗卫星组成,散布在6个轨道平面,每个轨道面上有4颗。一切卫星的运转轨道均为近圆形轨道,轨道高度约为20200km,运行周期约为11小时58分。卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到4颗以上的卫星,这就提供了在时间上连续的全球导航才干。三是用户装置部分,由gps接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内。 

gps的定位原理

gps的定位是应用测距交会原理来肯定测点位置的。首先我们假定gps卫星的位置为已知,而我们又能准确测定所在地点a至卫星之间的距离,那么a点肯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至第二颗卫星的距离,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。若再测得第4颗卫星的位置,这样4个虚拟的圆形相交的点就是我们确定的精确位置了。

可见,要想gps定位需求具有两个主要条件: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。

我们怎样才能知道卫星的准确位置呢?首先要优化想象卫星运行轨道,而且要由监测站经过各种手腕,连续不时监测卫星的运行形状,适时发送控制指令,使卫星坚持在准确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历(相当于火车时辰表),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。

接下来就要处置准确测定地球上某用户到卫星的距离。这里用到一个简单的公式:距离=速度 时间。我们从物理学中知道,电磁波传达的速度是每秒钟30万公里,所以我们只需知道卫星信号传到地面用户的时间,就能算出距离。所以,问题就归结为测定信号传播的时间。时间的丈量需要两个不同的时表,一个时表装置于卫星上以记载无线电信号传送的时间,另一个时表则装置在接收器上,用以记录无线电信号接收的时间,固然卫星传送信号至接收器的时间极短,但时间上并不同步,假定卫星与接收器同时发出声响给我们,我们会听到两种不同的声音,这是由于卫星从约两万公里远的地方传来声音,会有延迟的时间。用此延迟的时间 速度,就是接收器到卫星的距离,此即为gps的基本定位原理。

当然,gps系统中还触及相当冗杂的知识,包括大气的搅扰、时间的校正、卫星的控制、容错功用、提高精度的差分技术等,这里我们只引见简单的任务原理。

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