【正文】 發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過程，是這一過程始末的時(shí)刻之差。所以時(shí)間間隔測(cè)量稱為相對(duì)時(shí)間測(cè)量，而時(shí)刻測(cè)量相應(yīng)地稱為絕對(duì)時(shí)間測(cè)量。利用GPS進(jìn)行精密的導(dǎo)航與測(cè)量，應(yīng)盡可能獲得高精度的時(shí)間信息。描述時(shí)間的系統(tǒng)有多種，與GPS定位相關(guān)的主要有恒心時(shí)、原子時(shí)和力學(xué)時(shí)3種。 12基于AT89S52的GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 GPS定位系統(tǒng)的組成第二章 GPS定位系統(tǒng)的組成全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。 地面支持系統(tǒng)GPS衛(wèi)星注入站主控站監(jiān)測(cè)站GPS用戶設(shè)備 GPS系統(tǒng)的組成 衛(wèi)星星座部分 衛(wèi)星星座的構(gòu)成 GPS的空間衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成（其中，21顆為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星）。衛(wèi)星分布在6個(gè)軌道面內(nèi)，每個(gè)軌道上均勻分布有4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道面相對(duì)地球赤道面的傾角約為55度，各軌道平面升交點(diǎn)的赤徑相差60度。在相鄰軌道上，衛(wèi)星的生交距相差30度。軌道平均高度約為20200km，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11h58min（恒星時(shí)12h）,。因此，在同一觀測(cè)站上，每天出現(xiàn)的衛(wèi)星分布圖形相同，只不過每天提前4min。每顆衛(wèi)星每天約有5h在地平線上，位于地平線上的衛(wèi)星數(shù)目隨時(shí)間和地點(diǎn)而異，最少為4顆，最多可達(dá)11顆。GPS衛(wèi)星空間的分布保障了地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻至少有4顆衛(wèi)星被同時(shí)觀測(cè)。由于GPS衛(wèi)星是分布在20000多千米高空的運(yùn)動(dòng)載體，只能是在同一時(shí)間測(cè)定3個(gè)距離才能定位，要實(shí)現(xiàn)同步必須具有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，從解析幾何角度出發(fā)，GPS定位包括確定一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)和實(shí)現(xiàn)同步的時(shí)間4個(gè)未知參數(shù)，因此必須測(cè)定到至少4顆衛(wèi)星的距離才能定位。 GPS衛(wèi)星及其功能GPS衛(wèi)星的主體呈圓柱形，每顆衛(wèi)星裝有4臺(tái)高精度原子鐘，這是衛(wèi)星的核型設(shè)備，它將發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，為GPS定位提供高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。GPS衛(wèi)星有如下基本功能：1) 接受和存儲(chǔ)有地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接受并執(zhí)行監(jiān)控站的控制命令。2) 借組與衛(wèi)星上設(shè)有的微處理機(jī)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理工作。3) 通過星載的高精度銫原子鐘和銣原子鐘提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)4) 向用戶發(fā)送定位信息5) 在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星 地面監(jiān)測(cè)部分 地面監(jiān)測(cè)部分包括1個(gè)主控站、3個(gè)信息注入站和5個(gè)衛(wèi)星監(jiān)控站。5個(gè)監(jiān)測(cè)站分別位于全球不同德位置（地點(diǎn)略）。監(jiān)測(cè)站分別于注入站并置。地面監(jiān)控部分的主要任務(wù)是：①監(jiān)視衛(wèi)星的運(yùn)行；②確定GPS時(shí)間系統(tǒng)；③跟蹤并預(yù)報(bào)衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘狀態(tài)；④向每顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器注入衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。 監(jiān)測(cè)站現(xiàn)有的5個(gè)地面站均具有監(jiān)測(cè)站的功能。監(jiān)測(cè)站是在主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心。站內(nèi)沒有雙頻GPS接收機(jī)、高精度原子鐘、計(jì)算機(jī)各1臺(tái)和若干臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。接收機(jī)對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，以采集數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)。原子鐘提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而環(huán)境傳感器收集有關(guān)當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)。所有觀測(cè)資料由計(jì)算機(jī)進(jìn)行初步處理，并存儲(chǔ)和傳送到指控站，用以確定衛(wèi)星的軌道參數(shù)。 主控站主控站設(shè)在美國(guó)科羅拉多州斯平士(Springs)的聯(lián)合空間執(zhí)行中心(CSOC)。主控站除了對(duì)地面監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)和管理外，其主要任務(wù)是：1) 根據(jù)本站和其他監(jiān)測(cè)站的所有觀測(cè)資料，推算編制各衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層的修正參數(shù)等，并把這些數(shù)據(jù)傳送到注入站。2) 提供全球定位系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)。各測(cè)站和GPS衛(wèi)星的原子鐘，均應(yīng)與主控站的原子鐘同步，或測(cè)出其間的鐘差，并把這些鐘差信息編入導(dǎo)航電文，送到注入站。3) 調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定的軌道運(yùn)行。4) 啟用備用衛(wèi)星，以代替失效的工作衛(wèi)星。 注入站3個(gè)注入站分別設(shè)在印度洋，南大西洋和南太平洋。，1臺(tái)C頻段發(fā)射機(jī)和1臺(tái)計(jì)算機(jī)。其主要任務(wù)是在主控站的控制下將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其他控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器，每天注入3次～4次。此外，注入站能自動(dòng)向主控站發(fā)射信號(hào)，每分鐘報(bào)告一次自己的工作狀態(tài)。這里需要指出是分布在全球5個(gè)不同位置的整個(gè)GPS地面監(jiān)測(cè)控制部分，除主控站外均無人職守。各站之間通過現(xiàn)代化的通信網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系，在原子鐘和計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)和精確控制下，各項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。 用戶設(shè)備部分 用戶設(shè)備通常稱為GPS接收機(jī)，本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)該部分，利用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的GPS接收模塊接收衛(wèi)星發(fā)送的定位信息，通過MCU處理顯示定位信息。其GPS接收機(jī)的硬件，一般包括主機(jī)、天線和電源，是用戶設(shè)備的核心部分，主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測(cè)量，并經(jīng)過簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位；GPS軟件部分是指各種后處理軟件包，其主要作用是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精加工，以便獲得精密定位結(jié)果?；贏T89S52的GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 GPS絕對(duì)定位原理第三章 GPS絕對(duì)定位原理 GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。本設(shè)計(jì)采用GPS絕對(duì)定位原理，參照坐標(biāo)系為WGS84坐標(biāo)系，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)基于AT89S52的GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 GPS接收模塊S3310B的結(jié)構(gòu)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定如圖2所示的四個(gè)方程式（測(cè)偽距觀測(cè)方程）：(X4,Y4,Z4)(X3,Y3,Z3)(X2,Y2,Z2)(X1,Y1,Z1)(X,Y,Z)YXZ衛(wèi)星4 衛(wèi)星3衛(wèi)星2 衛(wèi)星1 圖2 方程式上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)X、Y、Z和為未知參數(shù)，其中di=C△ti（i=4）。di（i=4）分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離?！鱰i（i=4）分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。C為GPS信號(hào)的傳播速度（即光速）。 四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意