GPS原理与应用第一章.ppt

全球定位系统（GPS）Navigation System Time and Ranging / Global Positioning SystemNAVSTAR/GPS 三维位置（经度、纬度、高度） 三维速度 时间 内容提要 一、 概述（1） 二、坐标系统和时间系统（2） 三、卫星运动基础及GPS卫星星历（3） 四、GPS卫星的导航电文和卫星信号（4） 五、GPS卫星定位基本原理（4，5，6，7） 六、GPS卫星导航（8） 七、GPS测量的误差来源及其影响（9，10） 八、GPS测量的设计与实施（11） 九、GPS测量数据处理（12） 十、GPS应用（13） 课程要求及考核 课程的要求 基本概念的掌握 知识面的拓展 课程成绩 理论考试70％，平时成绩（考勤,作业和问答）30％ 主要考核基本概念和基本知识 考核包括简单的计算，无公式推导 考试范围为课程的讲授范围 17周上复习课，18周考试 参考文献 1 .周忠谟等，GPS卫星测量原理与应用， 测绘出版 社，1997 2. 徐绍铨等，GPS测量原理及应用， 武汉大学出版 社，2003 3. 刘基余，GPS卫星导航定位原理与方法， 科学出版社，2003 4. 李征航，空间定位技术及应用， 武汉大学出版社，2003 1. B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, J. Collins, Global Positioning System Theory and Practice, Fourth, revised edition, Springer-Verlag/Wien, 1997. 2. GPS for Geodesy, 2nd ed., Springer-Verlag, New York, 1998. 第一章 概论 GPS的发展与由来 GPS 的特点 GPS的组成 美国政府的GPS政策（限制） 非特许用户的对策（反限制） 卫星定位技术产生的必然性 提供精确的地心坐标的需要 提供全球统一的坐标的需要 长距离高精度定位的需要 全天候、快速、精确、简便定位方式的需要 GPS的发展与由来 TRANSIT系统 卫星：6颗 极地轨道 轨道高度：1100km 信号频率：400MHz、150MHz 卫星通过时间间隔：~100min，有时达到10h 绝对定位精度：1m 相对定位精度：0.1m~0.5m 定位原理：多普勒定位 GPS的发展与由来（续） 子午卫星导航系统存在什么问题？ TRANSIT （子午卫星系统）缺点： 卫星数小：5~6颗，无法实现连续导航定位； 高度低：1000km ，难以精密定轨； 一次定位所需时间过长（1.5h） 频率低，难以消除电离层影响。 因而，满足不了军事需要。 GPS的发展与由来（续） 美国国防部从1973年开始筹建GPS，整个GPS系统于1994年3月全部建成。 GPS系统是20世纪空间技术上最重大的成就之一。 GPS卫星类型 地面监控部分 （Ground Segment） 地面监控部分的主要任务 用户部分 （User Segment） 组成 用户 接收设备 接收设备 GPS信号接收机 GPS信号接收机 组成 天线单元 天线前置放大器 接收天线 接收单元 信号通道（channel） 存储器 微处理器 输入输出设备 电源 任务 按一定高度截止角捕获卫星，跟踪卫星运行 对接收到的GPS信号，具有变换、放大、处理功能 测量信号传播时间，解译导航电文；实时计算用户位置、速度与时间 3. GPS的特点 GPS 相对传统的测量技术 观测站间无需通视 定位精度高（绝对精度10米，相对精度2毫米） 观测时间短 提供3维坐标 操作简单 全天候作业 传统定位方法的局限性 需要事先布设大量的地面控制点 观测点之间需要保证通视 作业难度大 需要修建觇标 边长受到限制 效率低：无用的中间过渡点 无法同时精确确定点的三维坐标 观测受气候、环境条件限制 受系统误差影响大 难以确定地心坐标 3. GPS的特点（续） ◆ GPS 相对其它导航系统 全球地面连续覆盖 功能多，精度高 实时定位 应用广泛 4. 美国的GPS政策 (续） GLONASS系统 GLONASS是GLObale NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统)的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。 GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时1