大学实验室开放项目成果（论文）题目：基于单片机的GPS定位系统
摘要
全球定位系统（GPS）是美国研发的第二代卫星无线电导航系统。其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定位和监测。它能为用户提供全球性、全天候、连续、实时、高精度的三维坐标、三向速度和时间信息。随着GPS的民用化与成本的降低，已经走入了人们的日常生活中，很多手机、PDA 等手持设备都配备了GPS功能。本文主要研究GPS 的定位原理与技术，单片机的编程及其应用，液晶屏的功能及其实现方法本控制系统主要完成接受数据、时间显示、经度显示、纬度显示等常规功能。此方案基于单片机、GPS模块和12864液晶显示屏等硬件, 并应用C语言实现了GPS信号的提取、显示及基本的键盘控制操作等。经过实践测试 ,这种接收机可以达到基本GPS信息的接收以及显示，可以做到体积小、精度高、连续导航，本设计在测控领域的应用开发中具有一定的实用价值和借鉴价值。
关键词：GPS定位，液晶显示，单片机
Abstract
Global Positioning System (GPS) is a U.S. research and development of the second generation satellite radio navigation system. Its purpose is worldwide on the ground and air targets for accurate positioning and monitoring. It provides users with a global, all-weather, continuous, real-time, high-precision three-dimensional coordinates, three velocity and time information. With the GPS civilian and cost reduction, has been into people's daily life, many cell phone, PDA and other handheld devices are equipped with GPS. This paper studies the principles and techniques of GPS positioning, microcontroller programming and its application, the function of the LCD screen and its implementation method of the control system is mainly complete to accept data, time display, display longitude, latitude, display and other regular features. This scheme is based on single-chip, GPS module and 12,864 LCD screen and other hardware, and apply the C language implementation of the GPS signal extraction, display and keyboard control basic operations. After practice tests, this receiver can meet the basic GPS receivers and display, you can do small size, high accuracy, continuous navigation, monitoring and control of the design in the field of application development has certain practical value and reference value.
Keywords: GPS positioning, LCD, microcontroller
目录
引言 (4)
第一章、GPS系统简介 (5)
1.1 GPS系统的定位精度 (5)
1.2 GPS系统定位原理 (7)
第二章、方案硬件设计 (9)
2.1 GPS技术参数 (9)
2.2 单片机最小系统 (10)
2.3 电源模块 (11)
2.4 液晶显示部分 (12)
第3章系统软件设计 (14)
3.1 程序初始化模块 (14)
3.2 软件系统调试 (15)
参考文献 (16)
附录 (17)
引言
GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。
GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
为此，美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局(JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。
最初的GPS计划在美国联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上，然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。这也是GPS卫星所使用的工作方式。
第一章、GPS系统简介
1.1GPS系统的定位精度
GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。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导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。
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，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。
1.2GPS系统定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定四个数学方程式。
按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。
28颗卫星(其中4颗备用)早已升空，分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约20000千米。已经实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米。
GPS接收模块主要技术参数
GPS-NEO-6M-001 奋斗嵌入式开发工作室出品的一款高性能GPS 定位模块。该模块采用
U-BLOX NEO-6M-001模组，模块自带25mmX25mm无源陶瓷天线，板载可充电后备电池（用
于支持温启动或热启动，后备电池在主电源断电后，可以维持半小时左右的GPS 星历保存）。
默示条件，GPS模块SiRFStarIII接受每二输出位置的数据，通常$GPRMC精简数据格式的数据，包括纬度，经度的目的，速度（结），运动方向角，年，月，时，分，秒，毫秒，定位数据是有效的或无效的，和其他重要信息。语句格式如下：
只需要知道位置信息，所以在阅读唯一的，可以实际应用。
<1>：当地时间代表UTC。格式“当每分钟，小时，分钟和秒2。
<2>：工作代表国家。”“显示可用的数据，“V”表示接受警报，没有可用的数据。
<3>：代表纬度数据。“子级的格式。分分分。”
<4>：纬度半球为代表的“N”或“S”。
<5>：代表经度数据。格式和LD
现状；度分钟。sub-sub-sub-sub.”
<6>：代表经度半球，为“E”或“
软件读取经纬度数据，目前的位置停止分析，确定用户的当前位置在该地区建立和平。的方法是基于用户的设置确定中心的纬度和经度和纬度和经度计算出活动维持当前的对象可以超过和平活动预定半径。结果的基础上的歧视，设置相应的标志。
第二章、方案硬件设计
2.1GPS技术参数
GPS接收机要具有接收、处理、显示信息的功能。硬件上必须有相应的接收处理部分、显示部分和配置输入部分，同时需要处理器实现各部分功能的联合。
模块自带了一个状态指示灯V1。该指示灯连接在UBLOX NEO-6M模组的TIMEPULSE端口，
该端口的输出特性可以通过程序设置。V1 LED灯，在默认条件下，有2个状态：
GPS模块外观如下图
图2-1
通过V1 LED灯，我们就可以很方便的判断模块的当前状态。若led灯常亮，工作正常，未定位。，若led灯闪烁，表示模块已经定位成功。
2.2 单片机最小系统
单片机的复位有上电复位和按钮手动复位两种。如图2-12（a）所示为上电复位电路，图（b）所示为上电按键复位电路。上电复位是利用电容充电来实现的，即上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。图2-12 (a)中的R是施密特触发器输入端的一个10K?下拉电阻，时间常数为10×10-6×10×103=100ms。
只要VCC的上升时间不超过1ms，振荡器建立时间不超过10ms，这个时间常数足以保证完成复位操作。
图2-2
C51系列单片机的具体参数如下几点
(1) 与MCS-51兼容。
(2) 4K字节可编程闪烁存储器。
(3) 寿命：1000写/擦循环。
(4) 数据保留时间：10年。
(5) 全静态工作：0Hz-24MHz。
(6) 三级程序存储器锁定。
(7) 128×8位内部RAM。
(8) 32可编程I/O线。
(9) 两个16位定时器/计数器。
(10) 5个中断源。
(11) 可编程串行通道。
(12) 低功耗的闲置和掉电模式。
(13) 片内振荡器和时钟电路。
单片机最下系统如下图
图2-3
2.3 电源模块
GPS模块的工作电压为3.3V，如果加上5V电压可能会造成该模块损坏，造
成模块无法工作。因此该模块应运而生。由一对稳压器和一对电容组成的电源模块使得GPS 可以安全正常运行。同时为GPS 的移动性提供了很大的方便。
图2-4
2.1 液晶显示部分
LCD12864与单片机的接线原理图如图2-5所示：
R110K
C110u
Y1
EA/VP 31X119X218RE SET 9RD 17WR 16
INT012INT113T014
T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P27
28
PSEN
29
AL E/P 30TXD 11RXD 10U189C51
VCC
RE ST
RE ST
VCC
C2
30P
C3
30P
P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P2.6
P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.51
234567891011121314151617
181920
LCD 12864 LCD GND VCC V0D/I R/W EN DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7CS1CS2/RST VE E LE D+LE D-R1
10K
P2.0P2.1P2.2P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.3P2.4P2.5VCC
VCC Q1
9012
R21K
P2.6
图2-5
带中文字库的LCD12864是一种具有4位、8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其显示分辨率为128×64,内置8192个16×16点汉字，和128个16×8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行、16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁的多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
液晶模块接口参数如下
管脚号管脚名称电平管脚功能描述
1 VSS 0V 电源地
2 VCC
3.
0+5V
电源正
3 V0 - 对比度（亮度）调整
4 RS(CS）H/L
RS=“H”,表示DB7——DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7——DB0为显示指令数据
5 R/W(SID) H/L
R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0的数据被写到
IR或DR
6 E(SCLK) H/L 使能信号
7 DB0 H/L 三态数据线
8 DB1 H/L 三态数据线
9 DB2 H/L 三态数据线
10 DB3 H/L 三态数据线
11 DB4 H/L 三态数据线
12 DB5 H/L 三态数据线
13 DB6 H/L 三态数据线
14 DB7 H/L 三态数据线
15 PSB H/L H：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）
16 NC - 空脚
17 /RESET H/L 复位端，低电平有效（见注释2）
18 VOUT - LCD驱动电压输出端
19 A VDD 背光源正端（+5V）（见注释3）
20 K VSS 背光源负端（见注释3）
*注释1：如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。
第3章系统软件设计
3.1程序初始化模块
初始化模块完成开机上电后对单片机、液晶显示器和GPS 模块的初始化工作。对单片机设置串口工作模式、设置波特率和中断工作模式；对液晶显示器设置开机画面和显示模式；完成对GPS 模块串口的成功通信。
数据接收处理模块负责处理从GPS接收到的数据。在单片机串口收到信息后，先判别是否为语句引导头“$”，再接收信息内容，然后根据语句标识区分出信息类别以对收到ASCII码进行处理显示。若整个数据接收正确，便对数据进行处理；若接收不正确，则重新进行接收。
全球定位系统的主程序流程如下图：
图3-1
3.2软件系统调试
在对GPS接收到的卫星信息进行处理时，碰到较为麻烦的问题是在对接收到的时间信息进行转换上。直接从卫星接收到的时间是UTC 时间，北京时间应在UTC时间上加上8小时才是准确的北京时，在超出24小时时应作减24小时处理。
刚开始将对时间转换的算法放在主函数中处理，程序如下：
if(g_Ptr == 2) //接收到正确的数据帧
{
i = g_DisTime[0]-'0' ;//提取时间的小时位高位并转换码型
j = g_DisTime[1]-'0';//提取时间的小时位低位并转换码型
j = i*10 + j+ 8; //在UTC时间上加上8个小时
if (j >= 24) //判断得到的时间是否超过24小时，超出变作减24处理
{
j - = 24;
}
g_DisTime[0] = j/10+'0'; //将北京时间高一位作码型变换并赋予高一位显示
g_DisTime[1] = j%10 +'0';//将北京时间高二位作码型变换并赋予高二位显示
}
在调试中出现一个问题，在做了以上的处理后，时间的小时位数据并不完全正确，高位显示的与北京时间相同，但低位却与UTC时间相同。在做了各种尝试（如在UTC时间上做加9处理、直接给六位时间g_DisTime[5]赋值等）后总结出这样一个问题，以上的算法处理只对六位数据位的高一位处理有效，低五位的显示始终都是正确UTC 时间。经过分析，初步认定上面的程序并没有被完全的执行。因GPS 接收模块源源不断的传送数据给单片机处理，在运行过程中定位信息大约每秒钟更新一次，在主函数中对收到的时间进行处理时有可能会出现还没来得及处理完毕时便接收到下一帧数据，故时间的处理就可能会有只对高一位处理完成而没完成处理好低五位时又进入了串行口中断，那么液晶显示的结果就是经过处理的高一位(北京时间)和未经处理的低五位(UTC时间)。考虑到以上原因，将原放在主函数的时间转换处理程序放置在到中断时一收到UTC时间就对其进行转换处理。经过了调试，终于在液晶上显示出来正确的北京时间，证明了以上的分析、推断的正确性。
参考文献
[1]杨刚，电子系统设计与实践，电子工业出版社，2009.3
[2]何希才，新型实用电子电路400例,电子工业出版社,2000.8
[3]杨刚，电子系统设计与实践，电子工业出版社，2009.3
[2]高锋，单片微型计算机原理与接口技术，科学出版社, 2003
[1]洪大永，GPS全球定位系统技术及应用，厦门大学出版社, 1998
附录
软件程序uchar GPS_time[9]; //UTC时间
uchar xdata GPS_wd[12]; //纬度uchar xdata GPS_jd[13]; //经度uchar GPS_warn; //定位警告uchar GPS_quality; //定位质量
uchar GPS_status; //定位状态
uchar GPS_alt[8]; //海拔
uchar GPS_sv[3]; //使用卫星
uchar GPS_speed[10]; //速度
uchar GPS_date[9]; //UTC日期
uchar Segment; //逗号计数
uchar Bytes_counter;
uchar Command;
void GPRMC(uchar);
void GPGGA(uchar);
void GPVTG(uchar);
void GPGSA(uchar);
void gps(uchar);
void gps(uchar tmp)
{
//com_send_byte(tmp);
if(tmp == '$')//起始标志
{
Command = 0;
ReceivingF = 1;
Bytes_counter = 0;
Segment = 0; //清空语句段计数器 return;
}
if(ReceivingF)
{
if(tmp == ',')
{
++Segment;
Bytes_counter = 0; //清空段字节计数器
return;
}
if(tmp == '*')//收到结束标志
{
ReceivingF = 0;
EndF = 1;
return;
}
if(Segment == 0)
{
if(Bytes_counter == 3) //段0，语句类型判断 switch(tmp)
{
case 'G':Command = 1;//语句类型 $GPGGA GGAF = 1;
break;
case 'M':Command = 2;//语句类型 $GPRMC
RMCF = 1;
break;
case 'T':Command = 3;//语句类型 $GPVTG
VTGF = 1;
break;
case 'S':break;
default:Command = 0; //非有效数据类型，终止当前数据接收
ReceivingF = 0;
break;
}
if(Bytes_counter == 4)
if(Command==0 && tmp=='A')
{
Command = 4;//语句类型 $GPGSA
GSAF = 1;
}
}
else
{
switch(Command)
{
case 1:GPGGA(tmp);
break;
case 2:GPRMC(tmp);
break;
case 3:GPVTG(tmp);
break;
case 4:GPGSA(tmp);
网址：https://www.doczj.com/doc/3615170739.html, 北斗gps卫星定位系统定位原理 北斗卫星定位系统哪家好？北斗卫星定位系统的原理是什么？八杰科技为您解答。 定位原理 35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成
网址：https://www.doczj.com/doc/3615170739.html, 若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。 卫星定位实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。 卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供接收机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离。 每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪。 卫星导航原理 踪卫星的轨道位置和系统时间。位于地面的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗卫星注入校正数据。注入数据包括：星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效。 卫星导航系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由美国海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10^-13秒。卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作。 卫星导航原理：卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。
第二章 GPS卫星定位系统 第一节GPS系统的组成 GPS系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备三大部分组成，(图2—1)。 图2—1 GPS系统的组成 1 空间星座部分 GPS空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成，21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星共同组成了GPS卫星星座。如图2-2所示，这24颗卫星分布在6个倾角为55?的轨道上绕地球运行，各个轨道平面之间相距60?，轨道平均高度20200km 。卫星的运行周期，即绕地球一周的时间约为12恒星时(11小时58分)。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可以见到11颗。满足了在用GPS信号导航定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星的基本要求。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行导航定位工作的。 GPS卫星的编号是：按发射先后次序编号（01-24）；按PRN(卫星信号所采用的伪随机噪声码)的不同编号；国际编号(第一部分为该星发射年代，第二部分表示该年中发射卫星的序号，字母A表示发射的有效负荷)；接轨道位置顺序编号等。在导航定位测量中，一般采用PRN编号。 图2—2 GPS卫星空间星座 GPS卫星空间星座的分布保障了在地球上任何地点、任何时刻至少有4颗卫星被同时观测，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此，GPS是一种全球性、全天候的连续实时定位系统。
在GPS 系统中，CPS 卫星星座的功能如下： （1）．用L 波段的两个无线载波(19cm 和24cm 波)向广大用户连续不断地发送导航定位信号。包括提供精密时间标准、粗略导航定位伪距C ／A 码、精密测距P 码和反映卫星当前空间位置和卫星工作状态的导航电文。 （2）．在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S 波段(10cm 波段)发送到卫星的导航电文和其它有关信息，并适时发送给广大用户。 （3）．接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地调整卫星的姿态，改正卫星运行轨道偏差，启用备用卫星。 GPS 卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m ，重约774kg ，两侧设有两块双叶太阳能板，能自动对日定向，以保证卫星正常供电(图2—3)。 图2—3 GPS 卫星体系图 每颗卫星配置有4台高精度原子钟(2台铷钟和2台铯钟)，这是卫星的核心设备。它将发射标准频率信号，为GPS 定位提供高精度的时间标准。 2 卫星监控部分 GPS 的控制部分由分布在全球的若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站，其分布如图2—4所示。 图2—4 GPS 地面监控站分布 2.1 主控站 主控站有一个，设在美国本土科罗拉多（Colorado ）· 斯平士(Colorado Springs)的联合空间执行中心CSOC 。它的作用是： 老师指导
GPS卫星定位系统发展现状及构成部分介绍 GLOBAL PosiTIoning System，简称GPS，即全球卫星定位系统，近年来得到了越来越广泛的应用，已经产生了可观的GPS产品需求。并且随着科技水平的提高、应用方向的不断开拓，GPS将会不容置疑的迅速渗透到人们的日常生活中来。 我们经常提到的GPS定位系统由美国军方所设计、控制。除此之外，我国的北斗双星定位系统正在默默地为我国的现代化建设做贡献；俄罗斯的GLONASS系统也曾有过辉煌的历史；欧盟组织设计的伽利略卫星定位系统兼容目前广泛应用的GPS系统，在几年后将会给全球定位系统增添更加光彩的一页。 GPS系统由三大部分组成：空间部分、控制部分和用户部分。 空间部分是GPS人造卫星的总称。人造卫星的平均高度约20200Km，运行轨道是一个椭圆，地球位于该椭圆的一个焦点上；运行周期约12小时。在6个倾角约55的轨道面上不平均地分布着近30颗导航卫星，部分为备用卫星，美国军方可通过地面控制部分调整工作卫星的数目。在GPS系统中，GPS卫星是动态的已知点，用户端所有的导航定位信息都是依据这个动态已知点发送的星历计算得到的。GPS星历，实际上是一系列描述GPS 卫星运动及轨道的实时状态参数。民用GPS模块所接收到的广播星历是由GPS卫星以扩频通信方式通过导航电文直接向用户播发的用于实时数据处理的预报星历，在不同的载波上以不同的速率广播民用的伪随机码C/A码星历和军用的P码星历。 对于整个GPS系统来说，实际上地面控制部分是整个系统的核心。所有的GPS卫星所播发的用于导航定位的星历，都是由分布在地面的5个监控站提供的。地面系统负责监测GPS信号、收集数据、计算并注入导航电文，状态诊断、轨道修正等。正是有了地面监控系统的海量数据处理，才使得GPS系统精确运转。 我们常说的GPS定位模块称为用户部分，它像收音机一样接收、解调卫星的广播C/A码信号，中以频率为1575.42MHz。GPS模块并不播发信号，属于被动定位。通过运算与每个卫星的伪距离，采用距离交会法求出接收机的得出经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数，特点是点位速度快，但误差大。初次定位的模块至少需要4颗卫星参与计算，称
全球四大卫星定位系统 一．GPS系统（美国） 二．北斗系统（中国） 三．GLONASS系统（俄罗斯） 四．伽利略卫星导航系统（欧盟） GPS系统（美国） GPS系统是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资近200亿美元，于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统。GPS利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。如今，GPS已经成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。 GPS系统概述GPS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三部分组成。 （1）空间部分GPS系统的空间部分由空间GPS卫星星座组成。 （2）控制部分控制部分包括地球上所有监测与控制卫星的设施。 （3）用户部分GPS用户部分包括GPS接收机和用户团体。 主要功能： 导航 测量 授时
标准：全球定位系统(GPS)测量规范GB/T 18314-2001 Specifications for global positioning system (GPS) surveys 种类： GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。 北斗卫星导航系统 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System， 统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。 段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户 度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 系统构成 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨 道卫星组成，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，
xxxx导航系统定位原理及其应用 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日， 2007年4月14日，第三、四颗是备用卫星。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥?双保险?作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。北斗一号系统的基本功能包括： 定位、通信（短消息）和授时。北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。 其工作原理如下： ?北斗一号?卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标
简单对比全球四大卫星导航系统 2011年12月27日，对于中国的高精度测绘定位领域来说是一个不平凡的日子，中国北斗卫星导航系统(CNSS)正式向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务，这是世界上第三个投入运行的卫星导航系统。 在此之前，美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)早在上世纪90年代就已经建成并投入运行。与此同时，欧盟也在打造自己的卫星导航系统——“伽利略”计划。 那么，这四大卫星导航系统之间到底有着怎么样的区别和联系呢？下面，就让我们来逐个分析一下，通过四大卫星导航系统的优劣分析，给大家一个较为明显的概念。 四大卫星导航系统各有优势，详情如下： GPS：成熟 GPS，作为大家最为熟悉的定位导航系统，她最大的特点就是技术方面最为成熟。 美国“全球定位系统”（GPS），是目前世界上应用最广泛、也是技术最成熟的导航定位系统。GPS空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星。1994年3月，由24颗卫
星组成的导航“星座”部署完毕，标志着GPS正式建成。 中国北斗：互动开放 北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。目前市面上定位导航仪器公司如国外的天宝、拓普康，国内的华测导航等都已支持北斗卫星导航定位系统。 欧盟伽利略：精准 伽利略定位系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称。伽利略定位系统总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。 俄罗斯格洛纳斯：抗干扰能力强 早在美苏冷战时期，美国和苏联就各项技术特别是空间技术方面争锋相对，在美国GPS技术遍布全国的同时，苏联也没闲着，一直忙于研发自己的全球导航定位系统。俄罗斯的这套格洛纳斯系统便是其不断努力的结果。格洛纳斯由24颗卫星组成，也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定
全球四大卫星导航系统 美国GPS系统 目前世界使用最多的全球卫星导航定位系统是美国的GPS系统。它是世界上第一个成熟、可供全民使用的全球卫星定位导航系统。该系统由28颗中高轨道卫星组成，其中4颗为备用星，均匀分布在距离地面约20000千米的6个倾斜轨道上。 俄罗斯格洛纳斯系统 格洛纳斯是前苏联国防部于20世纪80年代初开始建设的全球卫星导航系统，从某种意义上来说是冷战的产物。该系统耗资30多亿美元，于1995年投入使用，现在由俄罗斯联邦航天局管理。格洛纳斯是继GPS之后第2个军民两用的全球卫星导航系统。 欧洲伽利略系统 伽利略系统是欧空局与欧盟在1999年合作启动的，该系统民用信号精度最高可达1米。 计划中的伽利略系统由30颗卫星组成。2005年12月28日，首颗实验卫星Glove-A发射成功，第2颗实验卫星Glove-B在2007年4月27日由俄罗斯联盟号运载火箭于哈萨克斯坦的拜科努尔基地发射升空。 中国北斗系统 北斗全球卫星定位导航系统由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供开放服务和授权服务两种模式。根据系统建设总体规划，2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 2011年4月10日，我国成功发射第八颗北斗导航卫星，标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建设完成，我国自主卫星导航系统建设进入新的发展阶段。从当初的“最高机密”，到今日向民用市场推广，北斗计划已经走过了20多年。曾经的主力科学家已经成了白发苍苍的院士，北斗系统的理论创始人也已经故去。4月10日4时47分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第八颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。这是一颗倾斜地球同步轨道卫星。这颗卫星将与2010年发射的5颗导航卫星共同组成“3+3”基本系统(即3颗GEO卫星加上3颗IGSO卫星)，经一段时间在轨验证和系统联调后，将具备向我国大部分地区提供初始服务条件。今明两年，我国还将陆续发射多颗组网导航卫星，完成北斗区域卫星导航系统建设，满足测绘、渔业、交通运输、气象、电信、水利等行业，以及大众用户的应用需求。 中国卫星导航系统管理办公室负责人冉承其介绍，目前，北斗卫星导航系统正按照“三步走”发展战略稳步推进第一步，2003年建成北斗导航试验系统。系统由三颗地球同步静止轨道卫星和地面系统组成，可为我国及周边地区的中、低动态用户提供定位、短报文通信和授时服务，已应用于水利、渔业、交通、救援等国民经济领域，经济和社会效益显著。第二步，2012年左右，将建成由10余颗卫星组成的北斗区域卫星导航系统，具备覆盖亚太地区的服务能力，采用无源定位体制，具有定位、导航、授时以及短报文通信功能。第三步，2020年左右，建成由30余颗卫星组成，覆盖全球的北斗全球卫星导航系统，系统性能达到同期国际先进水平。 北斗卫星导航系统除了能够提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还保留了北斗卫星导航试验系统的短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是我国经济社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。
GPS车辆定位管理系统 设计方案 淮北睿讯科技有限公司2014年6月1日
一 CDMA 1X 3G无线车载监控系统应用的意义： 在经济高速发展的今天，生活水平的不断提高，安全的重要性已经成为生活中不可或缺的一部分。随着我国公路运输事业的蓬勃发展，车辆在运营过程中的安全性和高效管理已经也越来越被重视。在网络技术快速发展的今天，随着 3G网络的出现，3G无线车载视频系统为车辆打造一个具有安全的、远程的、即时的、科学的管理体系奠定了坚实基础；打破了传统摄像机不能网络传输的弊端。3G无线车载视频产品主要应用包括长途客运车、城际巴士、旅游大巴车、海上风景游艇等。在中、长途大巴上安装3G无线车载监控系统具有以下重要作用： ?实时查看车辆内状况及行驶路况 对长途客运公司存在的部分司乘人员在旅途中私自搭客，收钱不给票，或给假票等情况，一部车每天只要一两例，公司就要损失几百元，一个月就损失几千元；有了3G远程网络视频系统监督，可以提高收入，严防作弊。 ?有效提升服务，提高安全预防 长途旅行中旅客之间、旅客与司乘人员之间不时会产生一些矛盾和争议，导致公司时常遭到投诉，特别是有的旅客下车时顺手拿走别人的行李和物品等，因为没有有力的证据，解决起来无从下手，公司形象受到很大影响。安装录像系统后，可以随时仪对司乘人员过站载客，私收钱物等贪污公款行为形成有效控制，同时提高服务质量。3G无线视频系统还能同时为乘客提供笔记本电脑接入互联网服务。 ?提高安全，事故取证 长途客车行驶时间长，路况和人员复杂，车匪路霸较多，容易出现安全问题。特别是春运高峰期间偷、抢、拐、骗的案件恶性交通事故很多，司机违规操作、严重超载等情况时有发生。通过网络远程视频监控和录像系统，客运公司和管理部门随时可以通过3G网络远程视频即时的检查司机是否违章和超载，同时录像资料可以犯罪分子的作案证据。 ?GPS卫星定位，全程跟踪 对于长途客车在路上行驶状况，需要即时全面的远程视频查看的同时，GPS即可对车辆实时的卫星定位，进行全程跟踪，控制车辆油路等，有效的管理车队车辆外出行驶，提高公司的管理，而且节约成本，方便快捷。
全球四大卫星定位系统 目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在建的"伽利略"系统、和中国的北斗卫星导航系统。 一、美国GPS长期垄断 美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。GPS全球定位系统计划自1973年至今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。GPS原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。以1986年为例，当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS"收获颇丰"。以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，2005年全球GPS市场已达到310亿美元。长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号--也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个"大概"。在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。 2003年3月20日，伊拉克战争爆发。大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号："斩首行动"；4月，一架B-1B"枪骑兵"轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。他们的目标都是一个人：萨达姆侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS。 由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。 二、俄罗斯GLONASS（格洛纳斯）系统 "格洛纳斯GLONASS"是俄语中"全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE"的缩写。作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。1995年俄罗斯耗资30多亿美元，完成了GLONASS导航卫星星座的组网工作。它也由24颗卫星组成，原理和方案都与GPS类似，不过，其24颗卫星分布在3个轨道平面上，这3个轨道平面两两相隔120°，同平面内的卫星之间相隔45°。每颗卫星都在19100千米高、64.8°倾角的轨道上运行，轨道周期为11小时15分钟。地面控制部分全部都在俄罗斯领土境内。俄罗斯自称，多功能的GLONASS系统定位精度可达1米，速度误差仅为15厘米/秒。如果必要，该
卫星导航定位系统的原理及其应用 摘要 本文主要介绍了卫星导航定位技术的基本概念与原理。并介绍人类利用卫星导航定位原理所发明的两种导航定位系统美国GPS系统与中国的北斗系统。 卫星与接收机距离的测量分为伪距测量原理和相位测量原理，相位测量的精度较高。卫星的定位原理分为绝对定位原理和相对定位原理，相对定位原理完全消除了卫星星历的影响精度更高一些。 美国的GPS系统主要由三部分组成分别为：空间部分、地面监控部分、用户部分。该系统的特点在于其与传统测量收与导航手段相比，器观测站之间无需通视只需要卫星通视，而且其定位精度较高、观测时间短、操作简便等 中国的北斗系统是中国为了克服GPS系统所带来的限制中国人自主研发的空间卫星系统。其特点突出，北斗系统不但可以进行导航也可以进行定位，同时还能进行授时和短信服务美国的GPS系统与中国的北斗系统的导航功能在旅游与汽车导航方面的应用极大地改善了人们的生活 关键词：卫星定位原理；北斗系统； GPS系统；导航 序言 随着科学技术的发展，尤其是空间科学技术的发展无论是在导航还是定位、授时方面，卫星定位于导航与人们的生活越来越密切。卫星的定位在大地测量方面、灾害监测中、土地资源调查中，地震测量中等方面都有着不可替代的作用。卫星的导航技术更是渗透于人们的生活当中旅游、汽车导航等等无一不说明卫星定位导航系统的重要性。所以本文通过对卫星导航系统定位原理的介绍以及在其技术基础上锁发展的定位导航系统，即中国的北斗系统与美国的GPS系统。让大家更能深刻了解定位导航技术的原理及其工作方式。 1 卫星导航定位原理
1.1 定位原理的基本概念 卫星定位的基本概念是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置，此处至少需要4颗卫星才能完场卫星定位。如图所示，假设t 时刻在地面待测点上安置GPS 接收机，可以测定GPS 信号到达接收机的时间△t ，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式： 图 1.1 4 颗卫星定位的原理图 上述四个方程式中待测点坐标x 、 y 、 z 和Vto 为未知参数，其中di=c △ti (i=1、2、3、4)。 di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。 △ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。 c 为GPS 信号的传播速度(即光速)。 四个方程式中各个参数意义如下： x 、y 、z 为待测点坐标的空间直角坐标。 xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t 时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。 Vti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。 Vto 为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x 、y 、z 和接收机的钟差Vto 。 1.2 伪距测量原理 1. 伪距测量的基本原理 每一个卫星播发一个伪随机测距信号，该信号大约每毫秒播发一次，接收机同时复制出一个相同结构的信号，并与接受到的卫星信号进行比较，它与卫星信号有一个延时差从而获得信号的延时时间(dt),如下图1.2所示。从而推算出卫星至接收机的距离
全球四大卫星导航系统简介 一、美国的GPS 系统： 美国的GPS系统，由24 颗(3 颗为备用卫星) 在轨卫星组成。 的信号有两种GPS码。码，P C/A 米。一般的接收机利用29.3m 到2.93 民用：
C/A 码的误差是码计算 C/A 代中期为了自身的安全考虑，在信号上加入了90 定位。美国在 米左右。在 SA(SelectiveAvailability)，令接收机的误差增大，到100 精度应该能在GPS年2000 5 月2 日，SA取
消，所以，咱们现在的米以内。20 码P C/A 0.293 米是码的十分之一。但是2.93 军用：P 码的误差为米到 AS(Anti-Spoofing) 只能美国军方使用，码上加上的干扰信号。P，是在 二、中国的“北斗”卫星导航定位系统：“北斗”卫
星导航定位系统需要发射35 颗卫星，足足要比GPS多出11 颗。按照规划，“北斗”卫星导航定位系统将有 5 颗静止轨道 卫星和30 颗非静止轨道卫星组成，采用“东方红”-3 号卫星平台。30 颗非静止轨道卫 星又细分为27 颗中轨道(MEO)卫星和3 颗倾斜同步(IGSO) 卫星组成，27 颗MEO卫星平均分布在倾
角55 度的三个平面上， 轨道高度21500 公里。“北斗” 卫星导航定位系统将提供开放服务和授权服务。开放服务在服务区免费提供 纳秒，测速精度50 定位，测速和授时服务，定位精度为10 米，授时精度为 为0.2 米/ 秒。授权服务则是军事用途的马甲，将向授权用户提供更安全与更
高精度的定位，测速，授时服务，外加继承自北斗试验系统的通信服务功 能，精度可以达到重点地区水平10 米，高程10 米，其他大部分地区水平20 的水平是差不多的。秒。这和美国GPS 0.2 米/ 米，高程20 米；测速精度优于 另外，“北斗一号”还可以提供用户的双向通讯功能，
GPS卫星定位系统 在交通安全管理中的应用
卫星定位系统的起源 ?卫星定位系统出现之前卫星定位系统出现之前，，远程导航与定位主要用无线导航系统无线导航系统；；但因覆盖的工作区域小但因覆盖的工作区域小，，电波传播受大气影响受大气影响，，因而定位精度不高因而定位精度不高。。 ?最早的卫星定位系统是美国子午仪最早的卫星定位系统是美国子午仪（（Transit Transit））系统系统，，于19581958年开发年开发年开发，，6464年正式投入使用年正式投入使用年正式投入使用。。该系统卫星数目较小卫星数目较小（（5-6颗），），无法提供连续的实时三无法提供连续的实时三维导航维导航，，精度较低精度较低。。
?美国的美国的GPS GPS GPS系统系统系统（（2121颗卫星颗卫星颗卫星+3+3+3颗备用颗备用颗备用））?俄罗斯的俄罗斯的GLONASS GLONASS 系统系统（（目前目前171717颗卫星颗卫星颗卫星））?中国的“北斗一号”区域系统区域系统（（2颗卫星颗卫星+1+1+1颗备用颗备用颗备用））?正在建设的欧洲“伽利略”系统（2727颗卫星颗卫星颗卫星+3+3+3颗备用颗备用颗备用）） 全球使用的卫星定位系统
卫星定位示意图
卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息信息，，接收终端接收到这些信息后接收终端接收到这些信息后，，经过计算求出接收机的三维位置求出接收机的三维位置、、方向以及运动速度和时间信息时间信息。。 GPS 卫星定位的原理
GPS 在全球的应用 ?美国是最早应用GPS 的国家的国家，，除军事用途外除军事用途外，，民用产品早已进入千家万户用产品早已进入千家万户。。GPS 产品安装形成市场化，用户可以按照自身的功能需求安装适合自己的定位定位、、导航产品导航产品。。 ?日本在应用GPS 系统中注重导航和物流系统中注重导航和物流，，如矢崎总业总业、、富士通等公司获得很大成功富士通等公司获得很大成功。。同时日本还建立了产业联盟立了产业联盟，，对GPS 相关产品进行合力开发相关产品进行合力开发，，形成一个成熟的市场成一个成熟的市场。。
全球四大卫星定位系统 说起卫星定位导航系统，人们就会想到GPS，但是现在，伴随着众多卫星定位导航系统的兴起，全球卫星定位导航系统有了一个全新的称呼：GNSS(Global Navigation Satellite System)。当前，在这一领域最吸引人眼球的要数美国的GPS卫星导航系统；此外，还有俄罗斯的“格洛纳斯”导航卫星系统，欧盟的“伽利略”导航卫星系统，以及我国自主开发的“北斗”导航卫星系统。 一、美国GPS系统 GPS（Global Position System）全球定位系统是目前最成熟的卫星定位导航系统。它是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资近200亿美元，于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统。GPS利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。如今，GPS已经成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。 GPS全球定位系统由空间系统、地面控制系统和用户系统三大部分组成。其空间系统由21颗工作卫星和3颗备份卫星组成，分布在20200千米高的6个轨道平面上，运行周期12小时。地球上任何地
方任一时刻都能同时观测到4颗以上的卫星。地面控制系统负责卫星的测轨和运行控制。用户系统为各种用途的GPS 接收机，通过接收卫星广播信号来获取位置信息，该系统用户数量可以是无限的。 GPS全球定位系统是美国为军事目的而建立的。1983年一架民用飞机在空中因被误以为是敌军飞机而遭击落后，美国承诺GPS免费开放供民间使用。美国为军用和民用安排了不同的频段，并分别广播了P码和C/A码两种不同精度的位置信息。目前美国军用GPS精度可达1米，而民用GPS理论精度只有10米左右。特别地，美国在90代中期为了自身的安全考虑，在民用卫星信号上加入了SA (Selective Availability)，进行人为扰码，这使得一般民用GPS接收机的精度只有100米左右。2000年5月2日，SA干扰被取消，全球的民用GPS 接收机的定位精度在一夜之间提高了许多，大部分的情况下可以获得10米左右的定位精度。美国之所以停止执行SA政策，是由于美国军方现已开发出新技术，可以随时降低对美国存在威胁地区的民用GPS 精度，所以现在这种高精度的GPS技术才得以向全球免费开放使用。 受应用需求的刺激，民用GPS技术蓬勃发展，出现了DGPS（差分GPS）、WAAS（地面广播站型态的修正技术）等技术，进一步提高民用GPS的应用精度。2005年，美国开始发射新一代GPS卫星，开始提供第二个民用波段。未来还将提供第三，第四民用波段。随着可用波段的增加，新卫星陆续使用，GPS定位系统的精度和稳定性都比
全球四大卫星导航系统概述与比较 【摘要】美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧盟伽利略定位系统和中国北斗卫星导航系统为联合国卫星导航委员会认定的全球卫星导航系统四大核心供应商。本文主要介绍了全球四大卫星导航系统的概况以及与目前应用最广泛的GPS系统的比较。 【关键词】卫星导航系统；功能；区别 0.前言 卫星导航系统是覆盖全球的自主地利空间定位的卫星系统，允许小巧的电子接收器确定它的所在位置（经度、纬度和高度），并且经由卫星广播沿着视线方向传送的时间信号精确到10米的范围内。卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会和经济效益，对民生和国防产生深远的影响。 1.全球卫星导航系统概述 （1）全球定位系统（英语：Global Positioning System，通常简称GPS），又称全球卫星定位系统，是美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。全球定位系统可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。 该系统由美国政府于1970年代开始进行研制并于1994年全面建成。使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务，无需另外付费。GPS信号分为民用的标准定位服务和军规的精确定位服务两类。由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入选择性误差（即SA政策）以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右；军规的精度在十米以下。2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。 GPS系统拥有如下多种优点：使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性；全球覆盖（高达98%）；三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位；不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。 （2）GLONASS系统由苏联在1976年组建，现在由俄罗斯政府负责运营。该系统由卫星、地面测控站和用户设备三部分组成，目前的系统由21颗工作星和3颗备份星组成，分布于3个轨道平面上，每个轨道面有8颗卫星，轨道高度
浅析全球四大定位系统 说起卫星定位导航系统，人们就会想到GPS，但是现在众多卫星定位导航系统也逐渐兴起。当前，在这一领域最吸引人眼球的要数美国的GPS卫星导航系统；此外，还有俄罗斯的“格洛纳斯” 导航卫星系统，欧盟的“伽利略”导航卫星系统，以及我国自主开发的“北斗”导航卫星系统，它们并称“全球四大定位系统”。 美国GPS系统 GPS（Global Position System）全球定位系统是目前最成熟的卫星定位导航系统。它是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资近200亿美元，于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统。GPS利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。如今，GPS已经成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。 GPS全球定位系统由空间系统、地面控制系统和用户系统三大部分组成。其空间系统由21颗工作卫星和3颗备份卫星组成，分布在20200千米高的6个轨道平面上，运行周期12小时。地球上任何地方任一时刻都能同时观测到4颗以上的卫星。地面控制系统负责卫星的测轨和运行控制。用户系统为各种用途的GPS 接收机，通过接收卫星广播信号来获取位置信息，该系统用户数量可以是无限的。 GPS全球定位系统是美国为军事目的而建立的。1983年一架民用飞机在空中因被误以为是敌军飞机而遭击落后，美国承诺GPS免费开放供民间使用。美国为军用和民用安排了不同的频段，并分别广播了P码和C/A码两种不同精度的位置信息。目前美国军用GPS精度可达1米，而民用GPS理论精度只有10米左右。特别地，美国在90代中期为了自身的安全考虑，在民用卫星信号上加入了SA (Selective Availability)，进行人为扰码，这使得一般民用GPS接收机的精度只有100米左右。2000年5月2日，SA干扰被取消，全球的民用GPS接收机的定位精度在一夜之间提高了许多，大部分的情况下可以获得10米左右的定位精度。美国之所以停止执行SA政策，是由于美国军方现已开发出新技术，可以随时降低对美国存在威胁地区的民用GPS精度，所以现在这种高精度的GPS技术才得以向全球免费开放使用。 受应用需求的刺激，民用GPS技术蓬勃发展，出现了DGPS（差分GPS）、WAAS （地面广播站型态的修正技术）等技术，进一步提高民用GPS的应用精度。2005年，美国开始发射新一代GPS卫星，开始提供第二个民用波段。未来还将提供第三，第四
美国ＧＰＳ：由美国国防部于20世纪70年代初开始设计、研制，于1993年全部建成。1994年，美国宣布在10年内向全世界免费提供ＧＰＳ使用权，但美国只向外国提供低精度的卫星信号。据信该系统有美国设置的“后门”，一旦发生战争，美国可以关闭对某地区的信息服务。 欧盟“伽利略”：1999年，欧洲提出计划，准备发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。今年该计划正式启动。 俄罗斯“格洛纳斯”：尚未部署完毕。始于上世纪70年代，需要至少18颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境；如要提供全球定位服务，则需要24颗卫星。 中国“北斗”：2003年我国北斗一号建成并开通运行，不同于GPS，“北斗”的指挥机和终端之间可以双向交流。去年5月12日四川大地震发生后，北京武警指挥中心和四川武警部队运用“北斗”进行了上百次交流。北斗二号系列卫星今年起将进入组网高峰期，预计在2015年形成由三十几颗卫星组成的覆盖全球的系统。 最成熟的是美国的GPS卫星导航系统，下面我来介绍一下这种导航系统。 全球卫星定位系统(Globle Positioning System) 是一种结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距。全球卫星定位系统(简称GPS) 是美国从本世纪70 年代开始研制, 经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过近十年我国测绘等部门的使用表明,全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科,取得了好的经济效益和社会效益。 GPS的组成 GPS全球卫星定位系统由三部分组成:空间部分—GPS星座(GPS星座是由24颗卫星组成的星座，其中21颗是工作卫星，3颗是备份卫星);地面控制部分—地面监控系统; 用户设备部分—GPS 信号接收机。 1.空间部分 GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空, 均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码, 一组称为C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一组称为P 码(Procise Code 10123MHz) ,P 码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。
简单对比全球四大卫星导航系统2011年12月27日，对于中国的高精度测绘定位领域来说是一个不平凡的日子，中国北斗卫星导航系统(CNSS)正式向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务，这是世界上第三个投入运行的卫星导航系统。 在此之前，美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)早在上世纪90年代就已经建成并投入运行。与此同时，欧盟也在打造自己的卫星导航系统——“伽利略”计划。 那么，这四大卫星导航系统之间到底有着怎么样的区别和联系呢？下面，就让我们来逐个分析一下，通过四大卫星导航系统的优劣分析，给大家一个较为明显的概念。 四大卫星导航系统各有优势，详情如下： GPS： 成熟 GPS，作为大家最为熟悉的定位导航系统，她最大的特点就是技术方面最为成熟。 美国“全球定位系统”（GPS），是目前世界上应用最广泛、也是技术最成熟的导航定位系统。GPS空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星。 1994年3月，由24颗卫星组成的导航“星座”部署完毕，标志着GPS正式建成。 中国北斗： 互动开放 北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是： 建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。目前市面
上定位导航仪器公司如国外的天宝、拓普康，国内的华测导航等都已支持北斗卫星导航定位系统。 欧盟伽利略： 精准 伽利略定位系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称。伽利略定位系统总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。 俄罗斯格洛纳斯： 抗干扰能力强 早在美苏冷战时期，美国和苏联就各项技术特别是空间技术方面争锋相对，在美国GPS技术遍布全国的同时，苏联也没闲着，一直忙于研发自己的全球导航定位系统。俄罗斯的这套格洛纳斯系统便是其不断努力的结果。格洛纳斯由24颗卫星组成，也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统。尽管其定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗干扰能力却是最强的。值得一提的是，格洛纳斯项目是苏联在1976年启动的项目，迄今为止，也有了三十年左右的技术经验积累，相较于中国的北斗和欧盟的伽利略系统而言，也算是一款非常成熟的卫星导航定位系统。