gps的工作原理及其相关运用

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1、GPS的工作原理和运用随着科学的日益发展，民用航空对导航的要求也日益提高，美国的全球定位系统(GPS)导航出现后，对于民用航空来说，具有非常重要的作用，不论是在定位还是在导航数据的提供，其精确性都是其他导航设备无法比拟的。本文主要介绍了GPS的组成和组成部分的功用以及GPS的基本工作原理，并且以学院中教机西门诺尔飞机为例。介绍了在西门诺尔飞机上GPS具体的使用方法，论述了GPS对于民用航空飞机航路飞行中导航的重要性，以及其不可替代的精确性，并分析了GPS在飞行中可能出现的误差以及对误差的修正方法。虽然全球定位系统现在只是作为辅助导航设备在航路中使用，但是

2、其未来的发展趋势是不可阻挡的，它的不可比拟的精确性以及其低廉的使用费用将大大提高民用航空的导航能力。关键字:全球定位系统、误差、差分、伪距前言GPS是英语GlobalPositioningSystem的三个字头。即全球定位系统。是一种卫星导航系统。它是现代电子信息技术与空间技术相结合的杰出成果。被称为当代第三大航天工程。是对传统的定位技术的重大突破和变革。GPS是继惯性导航系统之后，在导航技术领域内的又一项重大革命，它的应用将使传统的导航技术产生飞跃。GPS计划是由美国国防部发起研制，这是一项规模宏大的战略计划，是一种可向民用开放的军事系统。这种以空间为

3、基础的卫星导航系统可在全球范围内全天候地为海上，陆地，空中和空间各类拥护连续提供高精度的三维位置，速度和时间信息，并具有良好的抗干扰和保密性能。GPS技术是在充分吸取现代最新科技成果的基础上研制的新一代无线电导航定位系统。由于它不但为导航和定位提供了有效的手段，同时还具有精确授时功能，这样该系统就具有取代目前正在使用中的诸多无线电导航系统的潜力。对无线电导航系统以至整个导航系统未来的发展将产生深远的影响，正是基于此，美国把发展GPS作为实现无线电导航现代化的核心，并计划以GPS作为单一的无线电导航系统而逐步淘汰现有的航空无线电导航系统。国际民航组织ICA

4、O已决定，将卫星导航(GPS或别的卫星导航系统)作为制定21世纪未来空中导航系统政策的里程碑，并且制定了以卫星导航作为未来唯一的导航方式的发展政策。可以肯定GPS将成为21世纪的主要导航系统。1.GPS的组成GPS是由三个部分组成，分别是:空间段(空间卫星)，控制段(地面监控系统)和用户段(用户设备)。1.1空间卫星GPS布放在空间的卫星是由24颗组成，工作卫星21颗，备用卫星3颗，其运行轨道参数如下:(a)分布在六条近似圆形轨道上(b)各轨道面在赤道面上相互间隔60度(c)相对赤道面倾角均为55度(d)轨道平均高度20200千米(e)卫星运行周期11小

5、时58分钟(f)每个轨道原则上布放4颗卫星这种轨道参数及配置，可以保证在地球上和地球上空任一处，一天24小时任何时候都可以看到4颗以上的GPS卫星，这有利于全球范围内进行实时定位，有利于提高定位精度。1.2地面监控系统地面监控系统是由1个主控站，3个注入站及5个检测站组成。1.3用户设备GPS的接受设备用于卫星信号的捕获，信号处理，数据调节，坐标转换，导航计算，人/机接口等工作。用户设备一般包括GPS接收天线，用户接收处理机和控制显示设备三部分，核心是接收处理机，简称GPS接收机。2.GPS的工作原理卫星导航是空间技术，大堤和大气测量技术，数字通信和计算

6、机技术等基础上发展起来的现代无线电技术。2.1GPS采用的坐标系及变换GPS是以卫星作为时空基准点的导航系统，我们称之为星基系统，常用宇宙直角坐标系，而飞机在用的是地理坐标，因此要进行坐标转换。2.1.1宇宙直角坐标系卫星导航的最基础任务是确定用户的空间位置。卫星在空间的位置，通过卫星轨道参量来表示。卫星和地球的相对位置不仅取决于卫星的轨道参数，而且与的确自转有关。用户通过测定对卫星的相对位置，进而确定自己的地理位置。宇宙直角坐标系是与地球牢固相连，随着地球旋转的直角坐标系，如图1。坐标原点O位于地心，XOY平面与地球赤道平面重合，OX轴穿过起始经线和迟

7、到的交点，OZ轴与地球极轴重合，由图1可见，三条坐标轴从地心O出发，一直延伸至无穷，使全能容纳整个宇宙空间的坐标系。2.1.2宇宙直角坐标系与地理坐标席的转换空间任一点的地理坐标和宇宙直角坐标之间的关系，如图2所示如果某点的经纬度和飞行高度，可用(1)式算出宇宙直角坐标系中的坐标X,Y,Z;反之已知某点的宇宙直角坐标系，可用(2)式计算出a,b和H来。2.2GPS的基本工作原理GPS属于无源测距系统，在无源测距系统中，用户通过比较接收到的卫星发射信号及本地参照信号，测量延时t,t正比于卫星和用户间距离D:D=Ct。GPS通过一颗卫星只能测到一个距离参数，

8、所以测的三个距离参数至少需要三颗卫星才能确定飞机的三维位置。Ri=cti(i=1