GPS工作原理与卫星定位技术概述

" GNSS-第一章笔记.pdf 是个人学习笔记，涵盖了GPS（全球定位系统）的工作原理、卫星定位原理、伪距、轨道、卫星星座以及GPS信号的相关信息。" GPS，全称为全球定位系统（Global Navigation Satellite System），是通过一组卫星网络来实现全球范围内的定位服务。在本笔记中，重点讲解了以下几个方面： 1. **GPS工作原理**： GPS系统依赖于多颗卫星向地球表面发射信号，这些信号包含卫星发射时间以及卫星的位置信息。接收机接收到信号后，根据接收到信号的时间和卫星发射时间的差值，可以计算出从卫星到接收机的传播距离，即伪距。通过至少四颗卫星的伪距信息，可以解算出接收机的三维位置。 2. **卫星定位原理**： 基于行星运动理论，尤其是开普勒定律，GPS系统能够预测卫星的位置。开普勒定律指出，卫星沿椭圆轨道运动时，相同时间内扫过的面积相等。结合牛顿的万有引力定律，可以计算卫星的精确位置，并转化为开普勒轨道根数，以便于跟踪和预测。 3. **伪距**： 由于接收机和卫星之间的时钟同步误差，实际测量的距离与真实距离存在偏差，这种测量值被称为伪距。伪距是计算接收机位置的关键参数。 4. **轨道**： GPS卫星位于不同类型的轨道上，包括中地球轨道（MEO）、近地轨道（LEO）和地球同步轨道（GEO）。MEO卫星是最常见的一种，它们绕地球运行的轨道高度使得信号覆盖全球。 5. **导航信息**： 地面控制站持续跟踪卫星，计算卫星的时间和位置信息，然后将这些信息（包括时间参数、卫星位置、卫星状态等）编码成导航消息，通过卫星广播给用户。导航消息通常每秒播发一次，包含卫星的编号、GPS周计数、星历和其他相关信息，用于接收机进行定位计算。 6. **AGPS（Assisted GPS）**： 在室内或其他信号弱的环境中，AGPS可以通过网络辅助，快速获取卫星信号并提高定位精度。 7. **信号结构**： GPS信号包含多个子帧，每个子帧有特定的信息，如GPS周数、卫星编号、测距精度等。完整的导航信息需要一定时间才能接收到，用户必须持续接收才能获取所有必要的数据进行定位。 通过理解和掌握这些基础知识，可以深入理解GPS系统如何为我们提供精准的定位服务，同时为后续更高级的应用和技术研究打下基础。