GPS接收機(jī)是接收全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)并確定地面空間位置的儀器。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào),是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)于陸地、 海洋和空間的廣大用戶,其所擁有的能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備, 即GPS信號(hào)接收機(jī)。
- 中文名
- GPS接收機(jī)
- 外文名
- GPS receiver
- 學(xué) 科
- 測(cè)繪學(xué)
- 設(shè)備所屬
- 測(cè)繪儀器
目錄
- 1 GPS簡介
- 2 坐標(biāo)
- ? 坐標(biāo)種類
- ? 在SA關(guān)閉時(shí)
- 3 如何分類
- ? 按接收機(jī)的用途分類
- ? 載波頻率分類
- ? 通道數(shù)分類
- ? 接收機(jī)工作原理分類
- 4 發(fā)展歷史
- ? 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)
- ? 距離信息定位
- ? 差分GPS
GPS接收機(jī)GPS簡介
編輯可以同時(shí)接收12顆衛(wèi)星。早期的型號(hào),比如GARMIN 45C就是8通道。GPS接收機(jī)收到3顆衛(wèi)星的信號(hào)可以輸出2D(就是2維)數(shù)據(jù),只有經(jīng)緯度,沒有高度,如果收到4顆以上的衛(wèi)星,就輸出3D數(shù)據(jù),可以提供海拔高度。但是因?yàn)榈厍蜃约旱膯栴},不是太標(biāo)準(zhǔn)的圓,所以高度數(shù)據(jù)有一些誤差?,F(xiàn)有些GPS接收機(jī)內(nèi)置了氣壓表,比如etrex的SUMMIT和VISTA,這些機(jī)器根據(jù)兩個(gè)渠道得到的高度數(shù)據(jù)綜合出最終的海拔高度,應(yīng)該比較準(zhǔn)確了。
GPS接收機(jī)的第一次開機(jī),或者開機(jī)距離里上次關(guān)機(jī)地點(diǎn)超過800KM以上,因?yàn)榻邮諜C(jī)里存儲(chǔ)的星歷都對(duì)不上了,所以要在接收機(jī)上重新定位。
GPS接收機(jī)的使用要在開闊的可見天空下,所以,屋里就不能用了。手持GPS的精度一般是誤差在10米左右,就是說一條路能看出走左邊還是右邊。精度主要依賴于衛(wèi)星的信號(hào)接收,和可接收信號(hào)的衛(wèi)星在天空的分布情況,如果幾顆衛(wèi)星分布的比較分散,GPS接收機(jī)提供的定位精度就會(huì)比較高。
GPS接收機(jī)坐標(biāo)
編輯GPS接收機(jī)坐標(biāo)種類
(coordinate)有2維、3維兩種坐標(biāo)表示,當(dāng)GPS能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號(hào)時(shí),它能計(jì)算出本地的3維坐標(biāo):經(jīng)度、緯度、高度,若只能收到3顆衛(wèi)星的信號(hào),它只能計(jì)算出2維坐標(biāo):經(jīng)度和緯度,這時(shí)它可能還會(huì)顯示高度數(shù)據(jù),但這數(shù)據(jù)是無效的。大部分GPS不僅能以經(jīng)/緯度(Lat/Long)的方式,顯示坐標(biāo),而且還可以用UTM(UniversalTransverseMercator)等坐標(biāo)系統(tǒng)顯示坐標(biāo)但我們一般還是使用LAT/LONG系統(tǒng),這主要是由你所使用的地圖的坐標(biāo)系統(tǒng)決定的。坐標(biāo)的精度在SelectiveAvailability(美國防部為減小GPS精確度而實(shí)施的一種措施)打開時(shí),GPS的水平精度在100-50米之間,視接受到衛(wèi)星信號(hào)的多少和強(qiáng)弱而定,若根據(jù)GPS的指示,說你已經(jīng)到達(dá),那么四周看看,應(yīng)該在大約一個(gè)足球場(chǎng)大小的面積內(nèi)發(fā)現(xiàn)你的目標(biāo)的。
GPS接收機(jī)在SA關(guān)閉時(shí)
(2001年已經(jīng)關(guān)閉),精度能達(dá)到10米左右(GPS性能介紹上說的精度都給的是NASA值,唬人的)。高度的精確性由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原因,更差些。經(jīng)緯度的顯示方式一般都可以根據(jù)自己的愛好選擇,一般有"hddd.ddddd","hddd*mm.mmm"","hddd*mm"ss.s"""(其中的"*"代表"度",以下同)地球子午線長是39940.67公里,緯度改變一度合110.94公里,一分合1.849公里,一秒合30.8米,赤道圈是40075.36公里,北京地區(qū)緯在北緯40度左右,緯度圈長為40075*sin(90-40),此地經(jīng)度一度合276公里,一分合1.42公里一秒合23.69米,你可以選定某個(gè)顯示方式,并把各位數(shù)字改變一對(duì)應(yīng)地面移動(dòng)多少米記住,這樣能在經(jīng)緯度和實(shí)際里程間建立個(gè)大概的對(duì)應(yīng)。大部分GPS都有計(jì)算兩點(diǎn)距離的功能,可給出兩個(gè)坐標(biāo)間的精確距離。高度的顯示會(huì)有英制和公制兩種方式,進(jìn)GPS的SETUP頁面,設(shè)置成公制,這樣在其他象速度、距離等的顯示也都會(huì)成公制的了。
GPS接收機(jī)如何分類
編輯可以在任何時(shí)候用GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量。根據(jù)使用目的的不同, 用戶要求的GPS信號(hào)接收機(jī)也各有差異?,F(xiàn)世界上已有幾十家工廠生產(chǎn)GPS接收機(jī), 產(chǎn)品也有幾百種。這些產(chǎn)品可以按照原理、用途、功能等來分類。
GPS接收機(jī)按接收機(jī)的用途分類
導(dǎo)航型接收機(jī)
此類型接收機(jī)主要用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航,它可以實(shí)時(shí)給出載體的位置和速度。這類接收機(jī) 一般采用C/A碼偽距測(cè)量,單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度較低,一般為±25m,有SA影響時(shí)為±100m。 這類接收機(jī)價(jià)格便宜,應(yīng)用廣泛。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同,此類接收機(jī)還可以進(jìn)一步分為: 車載型——用于車輛導(dǎo)航定位; 航海型——用于船舶導(dǎo)航定位; 航空型——用于飛機(jī)導(dǎo)航定位。由于飛機(jī)運(yùn)行速度快,因此,在航空上用的接收機(jī) 要求能適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)。 星載型——用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。由于衛(wèi)星的速度高達(dá)7km/s以上,因此對(duì)接收機(jī)的要求更高。
測(cè)地型接收機(jī)主要用于精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量。定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格較貴。 授時(shí)型接收機(jī) 這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時(shí),常用于天文臺(tái)及無線電通訊中時(shí)間同步。
GPS接收機(jī)載波頻率分類
雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收L1,L2載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的不一樣,可以消除電離層 對(duì)電磁波信號(hào)的延遲的影響,因此雙頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。
GPS接收機(jī)通道數(shù)分類
GPS接收機(jī)能同時(shí)接收多顆GPS衛(wèi)星的信號(hào),為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號(hào),以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、處理和量測(cè),具有這樣功能的器件稱為天線信號(hào)通道。根據(jù)接收機(jī)所具有的通道種類可分為: 多通道接收機(jī) 序貫通道接收機(jī) 多路多用通道接收機(jī)
GPS接收機(jī)接收機(jī)工作原理分類
碼相關(guān)型接收機(jī)
平方型接收機(jī)是利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào),來恢復(fù)完整的載波信號(hào) 通過相位計(jì)測(cè)定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差,測(cè)定偽距觀測(cè)值。
混合型接收機(jī)
這種儀器是綜合上述兩種接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn),既可以得到碼相位偽距,也可以得到載波相位觀測(cè)值。
這種接收機(jī)是將GPS衛(wèi)星作為射電源,采用干涉測(cè)量方法,測(cè)定兩個(gè)測(cè)站間距離。
GPS接收機(jī)發(fā)展歷史
編輯GPS接收機(jī)第一顆GPS衛(wèi)星
于1978年發(fā)射。
現(xiàn)使用的系統(tǒng)是由第二代GPS衛(wèi)星組成的,稱為Block II。
GPS接收機(jī)第一顆Block II衛(wèi)星
于1989年發(fā)射。
美國國防部于1995年宣布GPS全面運(yùn)作。
當(dāng)該系統(tǒng)剛剛推出時(shí),GPS信號(hào)傳輸中存在故意計(jì)算錯(cuò)誤的做法,以此限制非軍用GPS接收機(jī)的精確度。2000年5月份,相關(guān)部門停止了這一做法。
這時(shí),
GPS接收機(jī)已有GPS衛(wèi)星
運(yùn)行在軌道上。
這24顆衛(wèi)星的建造和發(fā)射總共花費(fèi)了約120億美元。
每顆衛(wèi)星重約787公斤。
這些衛(wèi)星運(yùn)行在地球上空約20公里的軌道上。
衛(wèi)星沿軌道繞地球運(yùn)行一周的時(shí)間為12小時(shí)。
俄羅斯也有一套與美國一樣的系統(tǒng),被稱為GLONASS系統(tǒng)。
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS) 實(shí)際上是一個(gè)衛(wèi)星群,由27顆沿環(huán)地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星(24顆為工作衛(wèi)星,另外三顆為備用衛(wèi)星)組成。雖然這一衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由美國軍方研發(fā)并作為軍用導(dǎo)航系統(tǒng)而使用,但很快這一系統(tǒng)就進(jìn)入了普通百姓的生活中。
每一顆由太陽能提供動(dòng)力的衛(wèi)星的造價(jià)在3,000-4,000萬英鎊之間,并且在地球上空大約19,300千米的高度繞地球運(yùn)行,每天繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)兩周。它們的運(yùn)行軌道是經(jīng)過特殊安排的,所以在任何時(shí)候,地球上任何地方的上空都至少可以“見到”四顆衛(wèi)星。
GPS接收機(jī)的任務(wù)就是確定四顆或更多衛(wèi)星的位置,并計(jì)算出它與每顆衛(wèi)星之間的距離,然后用這些信息推算出自己的位置。這一計(jì)算過程的基礎(chǔ)是一條被稱為三邊測(cè)量法的簡單數(shù)學(xué)定理。
GPS接收機(jī)如何測(cè)距
編輯GPS接收機(jī)GPS接收機(jī)是通過計(jì)量信號(hào)
在衛(wèi)星和接收機(jī)之間的往返時(shí)間來計(jì)算距離的。事實(shí)證明,這是一個(gè)相當(dāng)精細(xì)的過程。

GPS接收機(jī)(10張)
時(shí)間延遲的長度就是信號(hào)傳送的時(shí)間。接收機(jī)將這一時(shí)間乘以光速就可以計(jì)算出信號(hào)傳送的距離。假設(shè)信號(hào)是以直線傳送的,則這一結(jié)果即為接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。
為了使這一測(cè)量法準(zhǔn)確有效,接收機(jī)和衛(wèi)星都需要可以精確到納秒的同步時(shí)鐘。為了使衛(wèi)星定位系統(tǒng)使用同步時(shí)鐘,我們需要在所有衛(wèi)星以及接收機(jī)上都安裝原子鐘。但原子鐘的價(jià)格在5-10萬美元之間,對(duì)于普通消費(fèi)者而言有點(diǎn)太貴了。
GPS接收機(jī)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)
的方案解決了這一難題。每一顆衛(wèi)星上仍然使用昂貴的原子鐘,但接收機(jī)使用的是經(jīng)常需要調(diào)校的普通石英鐘。簡言之,接收機(jī)接收來自四顆或更多衛(wèi)星的信號(hào)并計(jì)算自身的誤差。換句話說,接收機(jī)使用的“當(dāng)前時(shí)間”必須是唯一值。正確的時(shí)間值的意義在于,使接收機(jī)收到的所有信號(hào)就好像都來自太空中的單一點(diǎn)。這一時(shí)間值是所有衛(wèi)星上原子鐘的統(tǒng)一時(shí)間。因此接收機(jī)就可以將自身的時(shí)鐘調(diào)整到這一時(shí)間值,進(jìn)而使接收機(jī)的時(shí)間與所有衛(wèi)星上的原子鐘相同。GPS接收機(jī)就可以“免費(fèi)”獲得原子鐘的精確度。
當(dāng)測(cè)量到四顆定位衛(wèi)星到您所處位置的距離時(shí),您就可以畫出相交于一點(diǎn)的四個(gè)球面。即使您的數(shù)字有誤差,三個(gè)球面仍然可能相交,但如果您的測(cè)量有誤,四個(gè)球面就不可能相交于一點(diǎn)。由于接收機(jī)利用自身內(nèi)置的時(shí)鐘來測(cè)量所有的距離,距離測(cè)量會(huì)呈現(xiàn)一定的比例誤差。
接收機(jī)可以輕易地計(jì)算出使四個(gè)球面相交于一點(diǎn)所進(jìn)行的必要調(diào)整。基于此,接收機(jī)需要重新設(shè)置自身的時(shí)鐘以便和衛(wèi)星原子鐘同步。接收機(jī)只要開啟就處在不斷的調(diào)整中,這也意味著接收機(jī)幾乎與衛(wèi)星中昂貴的原子鐘一樣精確。
GPS接收機(jī)距離信息定位
接收機(jī)還必須知道衛(wèi)星的確切位置。這并不是特別難辦到的事,因?yàn)樾l(wèi)星運(yùn)行在很高的既定軌道上。GPS接收機(jī)儲(chǔ)存有星歷,其作用是告訴接收機(jī)每顆衛(wèi)星在各個(gè)時(shí)刻的位置。雖然一些外在因素,如月球和太陽的引力作用,會(huì)緩慢地改變衛(wèi)星運(yùn)行的軌道,但美國國防部會(huì)不斷監(jiān)控衛(wèi)星的精確位置,并把任何調(diào)整信息都作為衛(wèi)星信號(hào)的一部分傳送給所有的GPS接收機(jī)。
雖然這一系統(tǒng)工作性能不錯(cuò),但錯(cuò)誤還是會(huì)不時(shí)發(fā)生。其中一個(gè)原因是,這一測(cè)量方式是建立在一種假設(shè)上的,即無線電信號(hào)會(huì)勻速(光速)穿過大氣層。事實(shí)上,地球大氣層在一定程度上減慢了電磁能量的傳播速度,特別是當(dāng)電磁信號(hào)進(jìn)入電離層和對(duì)流層時(shí)。延遲狀況因您在地球上所處地點(diǎn)的不同而不同,這意味著很難將這一因素準(zhǔn)確地納入距離的計(jì)算中去。難題還在于無線電信號(hào)可能被大型物體反彈回去,例如摩天大樓,這將導(dǎo)致接收機(jī)計(jì)算出的與衛(wèi)星的距離比實(shí)際的要遠(yuǎn)。最糟的情況是,有時(shí)衛(wèi)星會(huì)發(fā)送錯(cuò)誤的星歷數(shù)據(jù),誤報(bào)自己的位置。
GPS接收機(jī)差分GPS
(DGPS)有助于糾正此類錯(cuò)誤。其基本原理是用一個(gè)已知位置的固定接收機(jī)站來測(cè)算GPS的誤差。由于機(jī)站的DGPS硬件已經(jīng)知道它自己的位置,它可以很容易地計(jì)算出它覆蓋范圍內(nèi)的接收機(jī)的誤差。該機(jī)站會(huì)向所在區(qū)域內(nèi)所有裝配DGPS的接收機(jī)發(fā)送無線電信號(hào),為這一區(qū)域提供信號(hào)糾正信息。一般而言,能獲得這些糾正信息使DGPS接收機(jī)比普通的接收機(jī)要精確得多。
GPS接收機(jī)最基本的功能就是接收來自至少四顆衛(wèi)星的信號(hào),并且將這些信號(hào)中的信息與電子星歷的信息相結(jié)合以計(jì)算出接收機(jī)在地球上的位置。
一旦接收機(jī)計(jì)算完畢,它就可以告訴您它所處位置的經(jīng)度、緯度和海拔(或與之類似的測(cè)量信息)。為了使導(dǎo)航更加人性化,大多數(shù)接收機(jī)會(huì)把這些原始數(shù)據(jù)標(biāo)注在存儲(chǔ)于內(nèi)存中的地圖文件上。
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