GPS原理及其应用主讲 刘云GPS定义nGPS的英文全称是：Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position Systemn测量用户的 PVT：nPosition(三维位置三维位置)nVelocity (三维速度三维速度)nTime(时间时间)日常生活中的GPS3日常生活中的GPS车载手机4日常生活中的GPSnDeray 的北京到巴黎 單車旅行 （http:/btp.deray.org/）GPS定位技术与应用5目前，拥有定位系统的国家或地区:n n美国GPS(始建于19731973年年) )n n俄罗斯GLONASS（始建于19781978年目前在轨道上只有6 6颗星可用颗星可用 ）n n欧盟Galileo(伽利略计划) )（始建于（始建于20022002年）年）n n日本准天顶卫星系（20082008年投入使用）年投入使用）n n中国北斗导航定位卫星（20022002年已应用，07年5月25日，我国第三颗“北斗一号”卫星发射成功，6月1 1日，我国自主研发的日，我国自主研发的“ “北斗运营服务平台北斗运营服务平台” ”正式开通，这标志着我国正式开通，这标志着我国已经拥有了完全自主的卫星导航系统，北斗导航已经拥有了完全自主的卫星导航系统，北斗导航定位系统的大规模应用进入了实质性阶段。定位系统的大规模应用进入了实质性阶段。GPSGPS系统的特点系统的特点: :1 1 1 1、全球，全天候工作、全球，全天候工作、全球，全天候工作、全球，全天候工作 2 2 2 2、功能多，应用广、功能多，应用广、功能多，应用广、功能多，应用广 3 3 3 3、测站之间无需通视、测站之间无需通视、测站之间无需通视、测站之间无需通视 4 4 4 4、定位精度高、定位精度高、定位精度高、定位精度高 ，隐蔽性好，隐蔽性好，隐蔽性好，隐蔽性好5 5 5 5、观测时间短、观测时间短、观测时间短、观测时间短 6 6 6 6、提供三维坐标、提供三维坐标、提供三维坐标、提供三维坐标 7 7 7 7、操作简便、操作简便、操作简便、操作简便 8 8 8 8、免费、容易、免费、容易、免费、容易、免费、容易 有人说过，只有我们想不到的，没有有人说过，只有我们想不到的，没有GPSGPS做不到的。做不到的。有人预言，有人预言， GPSGPS将改变我们的生活方式。将改变我们的生活方式。空间星座部分空间星座部分空间星座部分空间星座部分（空间部分）（空间部分）（空间部分）（空间部分） 地面支撑系统地面支撑系统地面支撑系统地面支撑系统 （地面监控部分）（地面监控部分）（地面监控部分）（地面监控部分）GPSGPSGPSGPS接收机接收机接收机接收机 （用户部分）（用户部分）（用户部分）（用户部分）空间部分由24颗GPS卫星组成地面监控系统由监测站、主控站、注入站组成用户部分由GPS接收机组成监测站注入站主控站GPSGPS卫星系统的组成卫星系统的组成GPSGPS系统的组成系统的组成由21颗工作卫星和3颗备用卫星。 空间部分空间部分n n24颗卫星（21+3）n n6个轨道平面（相互交角60）n n55轨道倾角(相对于赤道面)n n20200km轨道高度（地面高度）n n11h58min（恒星时）轨道周期n n5h7min出现在地平线以上（每颗星）GPSGPS系统中卫星的作用系统中卫星的作用 用用L L波段的两个无线载波波段的两个无线载波(19cm(19cm和和24cm24cm波波) )向广向广大用户连续不断地发送导航定位信号。大用户连续不断地发送导航定位信号。 在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站不断发送到卫星的导航电文和其它有关信息，并站不断发送到卫星的导航电文和其它有关信息，并通过通过GPSGPS信号电路，适时地和发送给广大用户。信号电路，适时地和发送给广大用户。 接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。GPSGPSGPSGPS地面监控部分地面监控部分地面监控部分地面监控部分 1个主控站个主控站 3个注入站个注入站 5个监测站个监测站 斯斯斯斯平平平平士士士士 阿阿阿阿松松松松森森森森岛岛岛岛 狄狄狄狄哥哥哥哥 伽伽伽伽西西西西亚亚亚亚卡卡卡卡瓦瓦瓦瓦迦迦迦迦兰兰兰兰夏夏夏夏威威威威夷夷夷夷岛岛岛岛 太平洋太平洋印度洋印度洋大西洋大西洋用户设备用户设备空间部分空间部分（24星）星）单工单工不断发出测距波5个监控站3个注入站1个主控站双工双工单工单工地面监地面监控系统控系统地点地点地点地点：位于科罗拉多的斯平士：位于科罗拉多的斯平士：位于科罗拉多的斯平士：位于科罗拉多的斯平士(Colorado Springs)(Colorado Springs)(Colorado Springs)(Colorado Springs)的的的的 联合空间执行中心联合空间执行中心联合空间执行中心联合空间执行中心(CSOC) (CSOC) (CSOC) (CSOC) (1)(1)主控站主控站 设备设备设备设备：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、 计算、传输、诊断、编辑等。计算、传输、诊断、编辑等。计算、传输、诊断、编辑等。计算、传输、诊断、编辑等。 作用作用作用作用：（一）采集数据（一）采集数据（一）采集数据（一）采集数据（二）编辑电文（二）编辑电文（二）编辑电文（二）编辑电文（三）诊断功能（三）诊断功能（三）诊断功能（三）诊断功能（四）调整卫星（四）调整卫星（四）调整卫星（四）调整卫星(2)(2)注入站注入站地地地地点点点点：三三三三个个个个站站站站分分分分别别别别设设设设大大大大西西西西洋洋洋洋的的的的阿阿阿阿松松松松森森森森(Ascension)(Ascension)(Ascension)(Ascension)岛岛岛岛、印印印印度度度度洋洋洋洋的的的的狄狄狄狄哥哥哥哥伽伽伽伽西西西西亚亚亚亚(Diego (Diego (Diego (Diego Garcia)Garcia)Garcia)Garcia)和和和和太太太太平平平平洋洋洋洋的的的的卡卡卡卡瓦瓦瓦瓦迦兰迦兰迦兰迦兰(Kwajalein) (Kwajalein) (Kwajalein) (Kwajalein) 的三个美国军事基地上。的三个美国军事基地上。的三个美国军事基地上。的三个美国军事基地上。设备设备设备设备：一台直径一台直径一台直径一台直径3.6m3.6m3.6m3.6m的天线，一台的天线，一台的天线，一台的天线，一台S S S S波段发射机和一台计算机。波段发射机和一台计算机。波段发射机和一台计算机。波段发射机和一台计算机。 作用作用作用作用： 主主主主控控控控站站站站将将将将编编编编辑辑辑辑的的的的卫卫卫卫星星星星电电电电文文文文传传传传送送送送到到到到位位位位于于于于三三三三大大大大洋洋洋洋的的的的三三三三个个个个注注注注入入入入站站站站，定定定定时时时时将将将将这这这这些些些些信信信信息息息息注注注注入入入入各各各各个个个个卫卫卫卫星星星星，然然然然后后后后由由由由GPSGPSGPSGPS卫卫卫卫星星星星发发发发送送送送给给给给广广广广大大大大用用用用户户户户，这这这这就就就就是是是是所所所所用用用用的的的的广广广广播播播播星星星星历历历历。此此此此外外外外，注注注注入入入入站站站站能能能能主主主主动动动动向向向向主主主主控控控控站站站站发发发发射射射射信信信信号号号号，每每每每分分分分钟钟钟钟报报报报告告告告一一一一次次次次自自自自己己己己的的的的工作状态。工作状态。工作状态。工作状态。(3)(3)监测站监测站 作用：作用：作用：作用：对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向 主控站提供观测数据。主控站提供观测数据。主控站提供观测数据。主控站提供观测数据。 设设设设备备备备：监监监监控控控控站站站站有有有有双双双双频频频频GPSGPSGPSGPS接接接接收收收收机机机机，对对对对每每每每颗颗颗颗卫卫卫卫星星星星长长长长年年年年连连连连续续续续不不不不断断断断地地地地进进进进行行行行 观观观观测测测测，每每每每6 6 6 6秒秒秒秒进进进进行行行行一一一一次次次次伪伪伪伪距距距距测测测测量量量量和和和和积积积积分分分分多多多多普普普普勒勒勒勒观观观观测测测测，采采采采集集集集气气气气象要素等数据象要素等数据象要素等数据象要素等数据 监监监监测测测测站站站站是是是是一一一一种种种种无无无无人人人人值值值值守守守守的的的的数数数数据据据据采采采采集集集集中中中中心心心心，受受受受主主主主控控控控站站站站的的的的控控控控制制制制，定定定定时时时时将将将将观观观观测测测测数数数数据据据据送送送送往往往往主主主主控控控控站站站站。五五五五个个个个监监监监测测测测站站站站分分分分布布布布在在在在美美美美国国国国本本本本土土土土和和和和三三三三大大大大洋洋洋洋的的的的美美美美军军军军基基基基地地地地上上上上，保保保保证证证证了了了了全全全全球球球球GPSGPSGPSGPS定定定定轨轨轨轨的的的的精精精精度度度度要要要要求求求求。由由由由这这这这五五五五个个个个监监监监测站提供的观测数据形成了测站提供的观测数据形成了测站提供的观测数据形成了测站提供的观测数据形成了GPSGPSGPSGPS卫星实时发布的广播星历。卫星实时发布的广播星历。卫星实时发布的广播星历。卫星实时发布的广播星历。地地地地点点点点：五五五五个个个个监监监监测测测测站站站站：除除除除一一一一个个个个主主主主控控控控站站站站、三三三三个个个个注注注注入入入入站站站站兼兼兼兼作作作作外外外外，还还还还有有有有一一一一个在夏威夷岛个在夏威夷岛个在夏威夷岛个在夏威夷岛 = 用户部分观测和记录由若干卫星发送的数据用户部分观测和记录由若干卫星发送的数据,并运并运用数学方法求得三维空间位置以及时间和速度用数学方法求得三维空间位置以及时间和速度GPSGPS用户部分用户部分用户部分用户部分 用用用用户户户户部部部部分分分分包包包包括括括括用用用用户户户户组组组组织织织织系系系系统统统统和和和和根根根根据据据据要要要要求求求求安安安安装装装装相相相相应应应应的的的的设设设设备备备备，但但但但其其其其中中中中心心心心设设设设备备备备是是是是GPSGPSGPSGPS接接接接收收收收机机机机。它它它它是是是是一一一一种种种种特特特特制制制制的的的的无无无无线线线线电电电电接接接接收收收收机机机机，用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据。用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据。用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据。用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据。G G G GP P P PS S S S用用用用户户户户设设设设备备备备GPSGPSGPSGPS接收机硬件接收机硬件接收机硬件接收机硬件机内软件机内软件机内软件机内软件GPSGPSGPSGPS数据的后期处理软件数据的后期处理软件数据的后期处理软件数据的后期处理软件天线单元天线单元天线单元天线单元接收单元接收单元接收单元接收单元前置放大器前置放大器前置放大器前置放大器接收天线接收天线接收天线接收天线TOPCONTOPCON产品产品Leica GPS接收机接收机南方仪器厂南方仪器厂图片：导航型GPS机手持型手持型GPS机机车载型车载型GPS机机图片：大地型GPS接收机单频机单频机双频机双频机1.GPS1.GPS卫星信号的组成卫星信号的组成GPSGPS定位的基本原理定位的基本原理卫星信号卫星信号卫星信号卫星信号 载波信号载波信号载波信号载波信号(L(L(L(L1 1 1 1，L L L L2 2 2 2) ) ) )测距码测距码测距码测距码(P(P(P(P码码码码,C/A,C/A,C/A,C/A码码码码) ) ) )数据码数据码数据码数据码( ( ( (导航电文或导航电文或导航电文或导航电文或D D D D码码码码) ) ) ) （1 1）载波信号）载波信号 L L1 1载波，波长载波，波长=19.03cm=19.03cm，频率，频率f f1 1=1575.42MHZ=1575.42MHZ L L2 2载波，波长载波，波长=24.42cm=24.42cm，频率，频率f f2 2=1227.6OMHZ=1227.6OMHZ。（2 2）测距码）测距码 C/A C/A码（粗码码（粗码/ /捕获码）：调制在捕获码）：调制在L L1 1载波上。结构公开，不载波上。结构公开，不同的卫星有不同的同的卫星有不同的C/AC/A码。码。 P P码码（精码）：调制在精码）：调制在L L1 1和和L L2 2载波上。载波上。（3 3）数据码（）数据码（D D码）（导航电文）码）（导航电文） 提供有关卫星位置，卫星钟的性能、发射机的状态等数提供有关卫星位置，卫星钟的性能、发射机的状态等数据和信息。用户利用观测值以及这些信息和数据就能进行导据和信息。用户利用观测值以及这些信息和数据就能进行导航和定位。航和定位。GPSGPS的常用坐标系的常用坐标系- - WGS-84世界大地坐标系：世界大地坐标系：原点原点是地球的质心是地球的质心Z Z轴轴指向国际时间局指向国际时间局BIH1984.0BIH1984.0定义的协议地球北极（定义的协议地球北极（CTPCTP）方向）方向X X轴轴指向指向BIH1984.0BIH1984.0的零子午面和的零子午面和CTPCTP相对应的赤道的交点相对应的赤道的交点Y轴垂直于垂直于ZOXZOX平面且与平面且与Z Z、X X轴构成右手坐标系轴构成右手坐标系 GPSGPS定位原理定位原理 (X ,Y(X ,Y(X ,Y(X ,Y，Z)Z)Z)Z)1 12 23 3(x(x(x(x1 1 1 1 ,y ,y ,y ,y1 1 1 1，z z z z1 1 1 1) ) ) )(x(x(x(x2 2 2 2 ,y ,y ,y ,y2 2 2 2，z z z z2 2 2 2) ) ) )(x(x(x(x3 3 3 3 ,y ,y ,y ,y3 3 3 3，z z z z3 3 3 3) ) ) ) 利用三个以上卫星的已知空间位置，交会出地利用三个以上卫星的已知空间位置，交会出地利用三个以上卫星的已知空间位置，交会出地利用三个以上卫星的已知空间位置，交会出地面未知点（用户接收机）的位置。面未知点（用户接收机）的位置。面未知点（用户接收机）的位置。面未知点（用户接收机）的位置。测距的方法测距的方法测距的方法测距的方法码相位码相位码相位码相位( ( ( (伪距法伪距法伪距法伪距法) ) ) )测距测距测距测距测量载波相位差测距测量载波相位差测距测量载波相位差测距测量载波相位差测距 1 1 1 12 2 2 2 = (X - X= (X - X= (X - X= (X - X1 1 1 1) ) ) )2 2 2 2 + (Y - Y+ (Y - Y+ (Y - Y+ (Y - Y1 1 1 1) ) ) )2 2 2 2 + (Z - Z+ (Z - Z+ (Z - Z+ (Z - Z1 1 1 1) ) ) )2 2 2 22 2 2 22 2 2 2 = (X = (X = (X = (X X X X X2 2 2 2) ) ) )2 2 2 2 + (Y + (Y + (Y + (Y Y Y Y Y2 2 2 2) ) ) )2 2 2 2 + (Z + (Z + (Z + (Z Z Z Z Z2 2 2 2) ) ) )2 2 2 23 3 3 32 2 2 2 = (X = (X = (X = (X X X X X3 3 3 3) ) ) )2 2 2 2 + (Y + (Y + (Y + (Y Y Y Y Y3 3 3 3) ) ) )2 2 2 2 + (Z + (Z + (Z + (Z Z Z Z Z3 3 3 3) ) ) )2 2 2 2 通通通通过过过过导导导导航航航航电电电电文文文文解解解解译译译译出出出出三三三三颗颗颗颗卫卫卫卫星星星星的的的的坐坐坐坐标标标标，通通通通过过过过测测测测量量量量求求求求出出出出三三三三颗颗颗颗卫卫卫卫星星星星到到到到测测测测站站站站的的的的距距距距离离离离，用用用用距距距距离离离离交交交交会会会会即即即即可可可可求求求求出出出出测站点的坐标测站点的坐标测站点的坐标测站点的坐标（X , YX , YX , YX , Y，Z Z Z Z）。 距距 离离 测测 定定 原原 理理 XllVl Xl lllXllVlXllllllllVVVllVlllXlX距距 离离 测测 定定 原原 理理 XllVlXllllVll距距 离离 测测 定定 原原 理理 XllVlXllllllllVVVllVlllXlX距离 = 传播时间 x 光速距距 离离 测测 定定 原原 理理 GPSGPS采用的采用的单程测距原理（单工通信）单程测距原理（单工通信）。这就要求卫星时钟。这就要求卫星时钟与接收机时钟要严格同步。但实际上，两者难于严格同步，与接收机时钟要严格同步。但实际上，两者难于严格同步，因此存在不同步误差，另外，测距码在大气中传播还受到大因此存在不同步误差，另外，测距码在大气中传播还受到大气电离层折射及大气对流层的影响，产生延迟误差。因此，气电离层折射及大气对流层的影响，产生延迟误差。因此，测距码所求得距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称其测距码所求得距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称其为为“伪距伪距”。 由于卫星钟差、电离层折射和大气对流的影响，可以通由于卫星钟差、电离层折射和大气对流的影响，可以通过导航电文中所给的有关参数加以修正，而接收机的钟差却过导航电文中所给的有关参数加以修正，而接收机的钟差却难以预先准确地确定，所以把接收机的钟差当作一个未知数，难以预先准确地确定，所以把接收机的钟差当作一个未知数，与测站坐标一起解算。这样，在一个观测站上要解出与测站坐标一起解算。这样，在一个观测站上要解出4 4个未知个未知参数参数，即，即3 3个点位坐标分量和个点位坐标分量和1 1个钟差参数个钟差参数，所以至少同时，所以至少同时观观测测4 4颗卫星颗卫星。伪距测量与载波相位测量伪距测量与载波相位测量（1 1）伪距测量）伪距测量 伪距伪距由卫星发射的测距码信号到达由卫星发射的测距码信号到达GPSGPS接收机的接收机的传传传传播时间乘以光速播时间乘以光速播时间乘以光速播时间乘以光速所得出的量测距离。由于卫星钟、接收机所得出的量测距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电通过电离层和对流层中的延迟，实际钟的误差以及无线电通过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离测出的距离与卫星到接收机的几何距离与卫星到接收机的几何距离 有一定的差值，有一定的差值，因此一般称量测出的距离为因此一般称量测出的距离为伪距伪距伪距伪距。 用用C/AC/A码进行测量的伪距为码进行测量的伪距为C/AC/A码伪距；用码伪距；用P P码进行测量码进行测量的伪距为的伪距为P P码伪距。码伪距。 ( (C/AC/A码与码与P P码都是伪随机码码都是伪随机码) )伪随机码作用：（1）多星共享信道 （2）测传输时差扩频通信基础知识扩频通信基础知识-伪随机码n伪随机码具有良好的自相关特性及互相关特性M序列（一种伪随机码）的自相关函数扩频通信技术基础知识窄带信号窄带信号扩频码扩频码扩频码扩频码信号合并信号合并宽带信号宽带信号噪声噪声噪声噪声+宽带信号宽带信号信号与噪声分离信号与噪声分离tP(t)P(t)P(t)P(t)P(t)tttt9.6 K9.6 K1.2288 M1.2288 M扩频系统原理示意(1)1.25 MHz30 KHzPower is “Spread” Over a Larger Bandwidth扩频系统原理示意(2)许多码信道被单独扩展, 然后加在一起,形成一个“复合信号复合信号复合信号复合信号”扩频系统原理示意(3)UNWANTED POWERFROM OTHER SOURCES使用使用“正确正确”的数学序列可以将的数学序列可以将任一个码信道从接收到的复合任一个码信道从接收到的复合信号中抽去出来信号中抽去出来.扩频扩频/解扩频解扩频白噪声突发干扰扩频前信号扩频前信号扩频后信号扩频后信号解扩后信号解扩后信号解扩前信号解扩前信号白噪声突发干扰S(f)fS(f)fS(f)fS(f)f系统所允许的最大干扰电平系统所允许的最大干扰电平解调门限解调门限扩频/解扩原理频域解释 功率谱功率谱可以给所有用户共享的功率可以给所有用户共享的功率增益增益其他用户干扰信号其他用户干扰信号EchipEb / No = Ec / Io 增益扩频技术 +1 -1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1扩频扩频解扩频解扩频符号符号码片码片数据数据扩频码扩频码扩频码扩频码数据数据100101 1 0 1 1 0 0 1扩频后的信号扩频后的信号扩频技术 -1 -1 -1 +1 +1 +1解扩解扩干扰信号干扰信号数据数据 -1 +1 -1 +1其他的经过其他的经过扩频后的信号扩频后的信号积分后的结果积分后的结果 +8 -81 1 0 1 1 0 0 11 1 0 1 1 0 0 11 1 1 1 1 1 1 1扩频后的信号扩频后的信号扩频码扩频码信号信号噪声噪声测距码伪距测定D = V (dT)n测距伪随机码 n每一卫星播发一个伪随机测 距 码信号，该信号大约每1毫秒播 发一次n接收仪同时复制出一个同样结构的 信号并与接收到的卫星信号进行比较。n由信号的延迟时间(dT)推算出 卫星至接收仪的距离n接收仪时钟应与卫星钟校时dT 接收到的卫星测距码 接收仪复制出的测距码一个简单的CDMA发射机-仲恺通信原理试验箱方案SIGN: 1Kbit/S的信息码GOLD: 100Kbit/S的GOLD码(一种伪随机码)S-KP: 被伪随机码扩频后的信息码码(一种伪随机码)PSK: 二进制调相信号。相应的CDMA接收机Gold同步Gold同步捕获:使本地产生的Gold码与接收到的Gold码相位误差小于1个码片跟踪:在捕获的基础上，完全对准接收信号Gold码与本地Gold码。nGoldGold同步是接收机的关键部分。同步是接收机的关键部分。 接收机组成：Gold同步（扩频码的捕获和跟踪）、载波提取、PSK解调和差分译码、汉明解码。nGoldGold同步对于同步对于GPSGPS的意义的意义：可确定电播传播时延。nGoldGold同步的分步实现同步的分步实现：Gold同步第一步：捕获滑滑动相关捕相关捕获原理原理Gold同步第二步：跟踪PN码的跟踪的跟踪伪距法定位的优缺点伪距法定位的优缺点 1)1)1)1)定位速度快。定位速度快。定位速度快。定位速度快。 2) 2) 2) 2)无多值性问题。无多值性问题。无多值性问题。无多值性问题。 3)3)3)3)可可可可作作作作为为为为载载载载波波波波相相相相位位位位测测测测量量量量中中中中整整整整波波波波数数数数不不不不确确确确定定定定问问问问题题题题（模模模模糊度）的辅助资料。糊度）的辅助资料。糊度）的辅助资料。糊度）的辅助资料。 4)4)4)4)一一一一次次次次定定定定位位位位精精精精度度度度不不不不高高高高，（P P P P码码码码定定定定位位位位误误误误差差差差约约约约为为为为10 10 10 10 m m m m，C/AC/AC/AC/A码定位误差约为码定位误差约为码定位误差约为码定位误差约为 2020202030 m30 m30 m30 m）。）。）。）。D = c TN 载波相位测距 n载波相位观测n载波L1的波长为19cm ，L2的波长为24 cm n接收仪将接收到的卫星载波信号的相位与其自身产生 的参考载波信号的相位进行比较n接收仪开机后，相位整周数未知 (带有整周模糊度)n跟踪卫星时间较长时距离的变化可以测定(整周数保持 不变 )T接收到的卫星相位接收仪复制出的相位载波相位测距的优缺点载波相位测距的优缺点波长波长波长波长：L L L L1 1 1 1 信号的波长为信号的波长为信号的波长为信号的波长为19.03 cm19.03 cm19.03 cm19.03 cm。 L L L L2 2 2 2 信号的波长为信号的波长为信号的波长为信号的波长为24.42 cm24.42 cm24.42 cm24.42 cm。载波相位测量属于非码信号测量系统载波相位测量属于非码信号测量系统载波相位测量属于非码信号测量系统载波相位测量属于非码信号测量系统优优优优点点点点：把把把把载载载载波波波波作作作作为为为为量量量量测测测测信信信信号号号号，对对对对载载载载波波波波进进进进行行行行相相相相位位位位测测测测量量量量可可可可以达到很高的精度，目前可达到以达到很高的精度，目前可达到以达到很高的精度，目前可达到以达到很高的精度，目前可达到1 1 1 12mm2mm2mm2mm。缺缺缺缺点点点点：载载载载波波波波信信信信号号号号是是是是一一一一种种种种周周周周期期期期性性性性的的的的正正正正弦弦弦弦信信信信号号号号，相相相相位位位位测测测测量量量量只只只只能能能能测测测测定定定定不不不不足足足足一一一一个个个个波波波波长长长长的的的的小小小小数数数数部部部部分分分分，无无无无法法法法测测测测定定定定其其其其整整整整波波波波长长长长个个个个数数数数。因因因因而而而而存存存存在在在在着着着着整整整整周周周周数数数数的的的的不不不不确确确确定定定定性性性性问问问问题题题题，使使使使解解解解算算算算过程比较复杂。过程比较复杂。过程比较复杂。过程比较复杂。GPS模块市场上的GPS模块很多，大致可分为三种：n单点模式产品单点模式产品，如MOTOROLA M12、GARMIN GPS 25L、GPS 15L等，其单点定位精度为m左右。nGPS/GLONASS双系统产品双系统产品，如ARGO-16GPS/GLONASS,其定位精度与单点模式产品相似，但在定时精度上高一些，价格也略高一些。n差分差分GPS系统系统，其实就是使用单点模式产品的差分功能进行差分GPS（DGPS）定位，其定位精度大大提高。但此种方式需要自建一个基准站，因此费用太高。n nGarmin GPS 15L 主要性能指标如下：（1）有标准定位服务实现了全导航精度；（3）位置精度位置精度:15m；（4）速度限制：515m/s；（5）热启动时间：15s；（6）重捕获时间:2s;（7）自动定位（年里已知，初始位置和时间数据未知）时间：1.5分钟；（8）冷启动（初始位置、时间、年历数据一致、星历表未知）时间:45s;（9）高性能接收装置跟踪12颗卫星。GPS15L在加电后基本运行过程：（1）自检）自检。加电后开始自检，并通过输出通道报告自检结果，自检过程将检测RAM、flash、接收器、实时时钟和晶振。（2）初始化）初始化。自检完毕后，将开始卫星探测和跟踪过程。整个探测过程是完全自动，正常情况下，GPS 15L将用45s的时间获取位置定位信息，之后通过输出通道传送有效位置、速度和时间信息。（3）导航）导航。探测完毕后，GPS 15L将通过输出通道发送有效的导航信息，包括经纬度、海拔、速度、日期/时间、误差估计、卫星和接收器状态。（4）卫星数据收集）卫星数据收集。在运行时，GPS 15L将自动更新卫星轨道数据。GPS串口模块应用实例n nGarmin GPS 15L天线BNC接头串行接口串行接口GPS15L硬件接口n nGarmin GPS 15L与计算机连接与计算机连接n nGarmin GPS 15L与单片机连接与单片机连接n nGarmin GPS 15L语句格式说明语句格式说明 （1）输出语句使能）输出语句使能/禁用（禁用（PGRMO）$PGRMO，*hh：目标语句名（如GPGSA、PGRMT、GPRMC等）；：目标语句的状态设置。为0则禁用此目标语句，为1则使能此目标语句，为2则禁用所有语句，为3则使能所有语句（GPALM语句除外），为4则恢复出厂值。（2）推荐最小）推荐最小GPS/TRANSIT数据（数据（GPRMC）$GPRMC，*hh：UTC（世界时）当地时间。“时时分分秒秒”格式。：工作状态。A为可用，V为接收器报警，不可用。：纬度。“度度分分.分分分分”格式（前面的0也会传送）。：纬度半球。N或者S。：经度。“度度分分.分分分分”格式（前面的0也会传送）。：经度半球。E或者W。：对地速度。000.0999.9节（前面的0也会传送）。：对地航向。000.0359.9（前面的0也会传送）。：UTC当地时间。“天天月月年年”格式。：磁变。磁偏角地球磁场在不同时间、不同地点的偏差，000.0180.0.：磁变方向。E或者W。：工作方式。A为自主，D为差分，E为评估，N为数据无效。代码走读及参考文献n源代码参见n参考文献：戴佳，戴卫恒.51单片机C语言程序设计程序精讲，北京：电子工业出版社，2006,04,236-246