¿Cómo funciona el GPS?

El principio básico del sistema de navegación GPS es medir la distancia entre un satélite con una posición conocida y el receptor del usuario, y luego combinar los datos de múltiples satélites para conocer la ubicación específica del receptor. . Para lograr este propósito, la posición del satélite se puede encontrar en las efemérides del satélite en función de la hora registrada por el reloj del satélite.

Se obtiene registrando el tiempo que tarda la señal del satélite en propagarse hasta el usuario, y luego multiplicándolo por la velocidad de la luz (debido a la interferencia de la ionosfera en la atmósfera, esta distancia es no la distancia real entre el usuario y el satélite, sino el pseudorango (PR,) La distancia entre el usuario y el satélite: cuando el satélite GPS funciona normalmente, enviará continuamente mensajes de navegación de códigos pseudoaleatorios (referidos conocido como pseudocódigos) compuestos de símbolos binarios de 1 y 0.

Utilizados en el sistema GPS, hay dos tipos de pseudocódigos, a saber, el código civil C/A y el código militar P(Y). La frecuencia del código C/A es de 1.023MHz, el período de repetición es de un milisegundo y el espacio entre códigos es de 1 microsegundo, lo que equivale a 300 m;

La frecuencia del código P es de 10.23MHz, la repetición. El período es de 266,4 días y la distancia del código es de 0,1 microsegundos, lo que equivale a 30 m. El código y se forma sobre la base del código P y tiene un mejor rendimiento de seguridad. El mensaje de navegación incluye efemérides del satélite, condiciones de funcionamiento y corrección del reloj. , corrección de retardo ionosférico, corrección de refracción atmosférica y otra información.

Se demodula a partir de la señal del satélite y se modula a 50 b/s. Cada cuadro principal del mensaje de navegación contiene cinco subtramas. cada uno de los cuales tiene una duración de 6 segundos; los primeros tres cuadros se repiten cada 30 segundos y los dos últimos cuadros se actualizan cada hora ***15000b El contenido del mensaje de navegación incluye principalmente códigos de telemetría, códigos de conversión, bloques de datos 1, 2, y 3, el más importante de los cuales son los datos de efemérides.

Cuando el usuario recibe el mensaje de navegación, este extrae la hora del satélite y la compara con su propio reloj, puede conocer la distancia. entre el satélite y el usuario luego, utilizando los datos de efemérides del satélite en el mensaje de navegación, puede calcular la posición del satélite al enviar el mensaje y puede saber dónde está el usuario en la posición y velocidad WGS -84 en las coordenadas geodésicas. sistema

Se puede ver que la función de la parte satelital del sistema de navegación GPS es transmitir continuamente mensajes de navegación, pero es imposible debido al reloj y al reloj satelital que utiliza el receptor del usuario. siempre está sincronizado, por lo que además de las coordenadas tridimensionales del usuario X, Y y Z, también se introduce como un número desconocido un δ T, que es la diferencia horaria entre el satélite y el receptor, y luego se formulan cuatro ecuaciones. se utiliza para resolver estas cuatro incógnitas.

Entonces, si desea saber dónde está el receptor, debe poder recibir señales de al menos cuatro satélites. El receptor GPS puede recibir información horaria con una precisión de nanosegundos. propósitos;

Efemérides de pronóstico utilizadas para predecir la posición aproximada de los satélites en los próximos meses; efemérides de transmisión utilizadas para calcular las coordenadas de los satélites necesarias para el posicionamiento, con una precisión de unos pocos metros a decenas de metros (cada satélite). es diferente y cambia en cualquier momento); e información del sistema GPS, como el estado del satélite.

El receptor GPS puede obtener la distancia desde el satélite al receptor a través de la medición del código. error del reloj del satélite y error de propagación atmosférica. Se llama pseudorango. El pseudorango medido para el código CA se llama pseudorango del código CA, y la precisión es de aproximadamente 20 metros. El pseudorango medido para el código P se llama. Pseudo alcance del código P y la precisión es de aproximadamente 2 metros. >

La portadora se puede restaurar decodificando la señal del satélite recibida o utilizando otras técnicas para eliminar la información modulada en la portadora. Estrictamente hablando, la fase de la portadora debería llamarse fase de batido de la portadora, que es la diferencia entre la fase de la portadora de la señal del satélite recibida afectada por el cambio de frecuencia Doppler y la fase de la señal generada por el oscilador local del receptor.

Generalmente, el valor del cambio de fase se puede registrar midiendo y rastreando la señal del satélite en el momento determinado por el reloj del receptor. Sin embargo, el valor de fase inicial del receptor y del oscilador del satélite se desconoce al principio. de la observación. El número entero de fase del elemento también se desconoce, es decir, la ambigüedad del número entero solo se puede resolver como un parámetro en el procesamiento de datos.

La precisión de la observación de fase es tan alta como el nivel milimétrico, pero la premisa es que la ambigüedad de todo el circuito está resuelta. Por lo tanto, la observación de fase solo se puede utilizar para posicionamiento relativo y observación continua. Solo la observación de fase puede lograr una precisión de posicionamiento mejor que el nivel del medidor.

Según el método de posicionamiento, el posicionamiento GPS se divide en posicionamiento de un solo punto y posicionamiento relativo (posicionamiento diferencial). El posicionamiento de un solo punto es un método para determinar la posición del receptor en función de los datos de observación del receptor. Solo se puede medir mediante observación de pseudodistancia y se puede utilizar para navegación y posicionamiento aproximados de vehículos y barcos.

El posicionamiento relativo (posicionamiento diferencial) es un método para determinar la posición relativa entre puntos de observación basándose en los datos de observación de dos o más receptores. Se puede utilizar la observación de pseudorango o la observación de fase. Tanto los estudios geodésicos como los estudios de ingeniería deben utilizar valores de observación de fase para el posicionamiento relativo.

En las observaciones GPS, existen errores como diferencias de reloj entre satélites y receptores, retrasos en la propagación atmosférica y efectos de trayectorias múltiples. En el cálculo del posicionamiento también se ve afectado por el error de efemérides de la transmisión por satélite. En el posicionamiento relativo, los errores más comunes se compensan o atenúan, por lo que la precisión del posicionamiento mejora considerablemente. Los receptores de doble frecuencia pueden compensar la mayor parte de los errores ionosféricos en la atmósfera basándose en observaciones en ambas frecuencias. Cuando la precisión es alta y los receptores están muy separados (la atmósfera es obviamente diferente), se debe seleccionar un receptor de doble frecuencia.

El principio básico del posicionamiento GPS es determinar la ubicación del punto a medir en función de la posición instantánea de los satélites en movimiento de alta velocidad como datos iniciales conocidos mediante el método de intersección de distancia espacial.

Suponiendo que se coloca un receptor GPS en el suelo para medirlo en el tiempo t, se puede medir el tiempo Δt en el que la señal GPS llega al receptor, más las efemérides del satélite recibidas por el receptor. Las ecuaciones se pueden determinar esperando otros datos.

Datos ampliados:

Configuración del GPS

Obtener GPS Si es una máquina nueva y necesitas localizarla, ya se ha comentado. También hay algunas configuraciones, como sistema de coordenadas, datos del mapa, orientación de referencia, sistema métrico/imperial, formato de interfaz de datos, etc.

Sistemas de coordenadas: Se suelen utilizar Latitud/LON y UTM. LAT/LON significa latitud y longitud, UTM lo dejará en paz aquí.

Dato cartográfico: generalmente se utiliza WGS84.

Orientación de referencia: En realidad, existen dos nortes, el norte magnético y el norte verdadero (denominados CB y ZBY). El norte señalado por la brújula es el norte magnético y el norte señalado por la Osa Mayor es el norte verdadero. El ángulo de diferencia entre los dos varía en las diferentes regiones. El norte en el mapa es el norte verdadero.

Métrico/Imperial: Opcional.

Formato de interfaz de datos: esto debe discutirse en detalle. El sistema de posicionamiento global (satélite)

puede generar datos de posicionamiento en tiempo real para su uso por otros dispositivos, lo que implica protocolos de intercambio de datos.

Casi todos los receptores GPS cumplen con las normas del Instituto Oceanográfico Nacional (Instituto Oceanográfico Nacional)

Marine Electronics

Asociación), que regula todos los estándares de comunicación electrónica marítima entre instrumentos. incluyen formatos de transmisión de datos y protocolos de comunicación de transmisión de datos. General

Análisis de ingeniería de mantenimiento

Hay tres protocolos: 0180, 0182 y 0183. 0183 puede considerarse un superconjunto de los dos primeros y ahora se usa ampliamente.

Representación de latitud y longitud

Hablemos primero de la representación de datos. Generalmente los datos que obtiene el GPS son latitud y longitud. La latitud y la longitud se pueden expresar de muchas maneras.

1.)ddd.ddddd, la parte decimal del grado. Grado (5 dígitos)

2.)ddd.mm.mmm, la parte decimal del grado. Un minuto. Minutos (3 dígitos)

3.) ddd.mm.ss, grados. minuto. Segundos

No todos los GPS tienen estas pantallas, GPS315 sólo puede elegir el segundo y el tercero.

En el sistema de coordenadas latitud/LON, las latitudes se distribuyen uniformemente, desde el Polo Sur hasta el Polo Norte *** 180 grados de latitud. El diámetro de la Tierra es 12756 KM, la circunferencia es 12756*PI y la latitud es 12756×PI/360 = 111,133 km (no es exacto).

La longitud no es así. Sólo cuando la latitud es cero, es decir, en el ecuador, la distancia entre longitudes es de 111,319 km. A medida que aumenta la latitud, la longitud se acerca cada vez más, hasta encontrarse finalmente con los polos norte y sur. Por tanto, la unidad de distancia de longitud está estrechamente relacionada con la latitud a partir de la cual se determina la longitud. La fórmula sencilla es:

Longitud 1 en longitud = 111,413 cosφ, en latitud φ. (La fórmula no es exacta)

Materiales de referencia:

Enciclopedia Baidu-GPS