GPS卫星定位原理与接收机工作详解

"本资源主要讲解了GPS卫星的位置计算方法以及GPS接收机的工作原理，特别是针对单频接收机的局限性进行了说明。" 在GPS全球定位系统中，卫星位置的精确计算是实现定位服务的关键。本讲主要围绕以下几个知识点展开： 1. 平均角速度(n)：GPS卫星绕地球旋转的平均角速度，由地球引力常数(GM)和卫星平均半径(a)计算得出，用于确定卫星的运动轨迹。 2. 归化时间(k)：将卫星的运行时间转换为相对于其近地点的时间比例，便于计算卫星在轨道上的位置。 3. 卫星平近点角(M)：表示卫星相对于其轨道平面上的一个固定点（平近点）的角度，用于描述卫星在轨道上的具体位置。 4. 偏近点角(E)：从平近点角到真近点角之间的角度，考虑了卫星轨道的偏心率(e)。 5. 真近点角(V)：卫星实际到达近地点时与轨道平面的夹角，是卫星轨道形状和速度的重要参数。 6. 升交距角(i)：卫星轨道面与地球赤道面的夹角，决定了卫星信号在地面上的覆盖范围。 7. 摄动改正项：考虑到地球引力场、太阳和月球引力、大气阻力等因素对卫星轨道的影响，需要对升交距角和卫星位置进行修正。 8. 轨道平面坐标系中的卫星坐标(x, y)：基于升交距角和卫星矢径，可以计算出卫星在轨道平面的坐标，为定位提供基础数据。 9. 升交点经度(Ωk)：卫星轨道与格林尼治子午线的交点（升交点）的经度，是定位计算的重要参考点。 10. 单频接收机：只能接收L1载波信号，适合短基线（<15KM）的精密定位，由于无法消除电离层延迟，所以在长距离定位时精度较低。 GPS接收机工作原理主要是通过接收多个GPS卫星的信号，根据信号传播时间和已知卫星位置，利用三角定位原理计算出接收机的三维位置。这个过程涉及到了伪距测量、载波相位观测值的处理以及电离层延迟、对流层延迟等改正。单频接收机由于不进行电离层延迟改正，因此限制了其在长距离或高精度应用中的效能。双频接收机则可以通过比较两个不同频率的信号来消除这一影响，从而提高定位精度。