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MEINBERG轉換接頭GPS-CON

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江蘇邱成機電有限公司

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江蘇邱成機電有限公司是一家集研發、工程、銷售、技術服務于一體的現代化企業，是國內自動化領域具競爭力的設備供應商。公司主要經營歐美和日韓 等發達國家的機電一體化設備、高精度分析檢測儀器、環境與新能源工業設備及電動工具等工控自動化產品。 

GPS的空間部分是由24

顆工作衛星組成，它位于距地表20 200km的上空，均勻分布在6 個軌道面上（每個軌道面4 顆），軌道傾角為55°。此外，還有4 顆有源備份衛星在軌運行。衛星的分布使得在任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續的導航能力。GPS 衛星產生兩組電碼，一組稱為C/A 碼，一組稱為P 碼（Procise Code 10123MHz)，P 碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受方管制，并設有密碼，一般民間無法解讀，主要方服務。C/A 碼人為采取措施而刻意降低精度后，主要開放給民間使用。

地面部分

地面控制部分由一個主控站、5 個監測站和3 個地面控制站組成。監測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續測量到所有可見衛星的接受機。監測站將取得的衛星觀測數據，包括電離層和氣象數據，經過初步處理后，傳送到主控站。主控站從各監測站收集跟蹤數據，計算出衛星的軌道和時鐘參數，然后將結果送到3 個地面控制站。地面控制站在每顆衛星運行至上空時，把這些導航數據及主控站指令注入到衛星。這種注入對每顆GPS 衛星每天一次，并在衛星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。如果某地面站發生故障，那么在衛星中預存的導航信息還可用一段時間，但導航精度會逐漸降低。

設備部分

歐洲“伽利略"定位系統

歐洲“伽利略"定位系統

用戶設備部分即GPS 信號接收機，其主要功能是能夠捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后，即可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS 數據的后處理軟件包構成完整的GPS 用戶設備。GPS 接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內和機外兩種直流電源。設置機內電源的目的在于更換外電源時不中斷連續觀測。在用機外電源時機內電池自動充電。關機后，機內電池為RAM存儲器供電，以防止數據丟失。各種類型的接受機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。

GPS定位技術具有高精度、高效率和低成本的優點，使其在各類大地測量控制網的加強改造和建立以及在公路工程測量和大型構造物的變形測量中得到了較為廣泛的應用。

（2）歐洲“伽利略"衛星導航系統

俄羅斯GLONASS衛星定位系統

俄羅斯GLONASS衛星定位系統

共由30顆中高度圓軌道衛星組成，其中27顆為工作衛星，3顆為候補；軌道高度為24126公里，位于3個傾角為56度的軌道平面內，精度小于1米，主要為民用。在2005年12月28日首顆實驗衛星成功發射，2008年前開通定位服務。

（3）俄羅斯GLONASS衛星導航系統數量：24顆衛星組成； 精度：10米左右； 用途：軍民兩用； 進展：2007年已有17顆衛星在軌運行，計劃2008年全部部署到位。

（4）中國“北斗"衛星導航系統 數量：3顆衛星組成，2顆為工作衛星，1顆為備用衛星；用途為軍民兩用。前兩顆衛星分別于2000年和2003年發射成功。2012年12月27日，北斗衛星導航系統正式運行。 [3] 

中國“北斗"衛星導航系統

中國“北斗"衛星導航系統 [4]

原理編輯 語音

GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛星的位置可以

根據星載時鐘所記錄的時間在衛星星歷中查出。而用戶到衛星的距離則通過紀錄衛星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當GPS衛星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發射導航電文。GPS系統使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼的P(Y）碼。C/A碼頻率1.023MHz，重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛星信號中解調制出來，以50b/s調制在載頻上發射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼；每三十秒重復一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第1、2、3數據塊，其中最重要的則為星歷數據。當用戶接受到導航電文時，提取出衛星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。

可見GPS導航系統衛星部分的作用就是不斷地發射導航電文。然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛星與接收機之間的時間差作為未知數，然后用4個方程將這4個未知數解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛星的信號。

GPS接收機可接收到可用于授時的準確至納秒級的時間信息；用于預報未來幾個月內衛星所處概略位置的預報星歷；用于計算定位時所需衛星坐標的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛星不同，隨時變化）；以及GPS系統信息，如衛星狀況等。

GPS接收機對碼的量測就可得到衛星到接收機的距離，由于含有接收機衛星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。

GPS接收機對收到的衛星信號，進行解碼或采用其它技術，將調制在載波上的信息去掉后，就可以恢復載波。嚴格而言，載波相位應被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛星信號載波相位與接收機本機振蕩產生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛星振蕩器的相位初值是不知道的，起始歷元的相位整數也是不知道的，即整周模糊度，只能在數據處理中作為參數解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續觀測值時才能使用相位觀測值，而要達到優于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。

按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。相對定位（差分定位）是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位。

在GPS觀測量中包含了衛星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時（大氣有明顯差別），應選用雙頻接收機。

定位系統GPS衛星的定時信號提供緯度、經度和高度的信息，精確的距離測量需要精確的時鐘。因此精確的GPS接受器就要用到相對論效應。

準確度在30米之內的GPS接受器就意味著它已經利用了相對論效應。華盛頓大學的物理學家Clifford M. Will詳細解釋說：“如果不考慮相對論效應，衛星上的時鐘就和地球的時鐘不同步。"相對論認為快速移動物體隨時間的流逝比靜止的要慢。Will計算出，每個GPS衛星每小時跨過大約1.4萬千米的路程，這意味著它的星載原子鐘每天要比地球上的鐘慢7微秒。

而引力對時間施加了更大的相對論效應。大約2萬千米的高空，GPS衛星經受到的引力拉力大約相當于地面上的四分之一。結果就是星載時鐘每天快45微秒， GPS要計入共38微秒的偏差。Ashby解釋說：“如果衛星上沒有頻率補償，每天將會增大11千米的誤差（這種效應實事上更為復雜，因為衛星沿著一個偏心軌道，有時離地球較近，有時又離得較遠）。

由于衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS）技術，建立基準站（差分臺）進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，并對外發布。接收機收到該修正數后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS（DGPS），定位精度可提高到5米。

應用編輯

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