0 地球物理场论-绪论(2学时).ppt

引论 Global Positioning System 全球卫星定位系统简称GPS系统，是美国国防部历时二十年，耗资200多亿美元建立起来的可以全天候高精度的定位系统。 目前共有二十四颗卫星，其中21颗工作卫星，3颗在轨备用卫星。由于刚开始GPS只限于军事用途，民用受到人为精度的限制(SA)。直到2OOO年5月1日起美国政府取消SA限制后,大大地促进了民用普遍化，现已逐步演变为一种世界性高技术产业，成为目前世界上发展最快的三大信息产业之一。 GPS卫星接收系统具有三大功能： （1）通过接收卫星发播的载波信号，经解码计算观测点的二维坐标或三维坐标。 （2）可以遁过设置路线进行导航。 （3）以通过载波信号的时钟信号进行各种同步控制。例如对应瞬变电磁测深勘探方法 引论 3、 GPS定位系统 东经121度38.6311分，北纬31度48.4678分， 在电子地图上找出具体位置 引论 3、 GPS卫星定位系统 在电子地图上的具体位置 目前覆盖全球的“GPS卫星”，使得在地球上任何地方可以同时观测到4-12颗高度角15?以上的卫星。GPS卫星分布在6个近圆形轨道面，高度在地面以上约20200km，轨道面相对于地球赤道面倾斜55?角，卫星运转周期约11小时58分（半个恒星日）。这样在各地每天出现的卫星情况提前4分钟与上一次的相同。 在GPS定位系统中，GPS卫星的作用是：（1）向广大用户连续不断地发送导航定位信号，用导航电文报告自己的现势位置，以及其它在轨卫星的概略位置。（2）在飞越注入站上空时，接受由地面注入站用S波段发送来的导航电文和其它有关信息，供实时转发给地面上广大用户。（3）接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令。 GPS卫星分布图 1、GPS卫星分布在6个轨道上。 2、轨道面相对于地球赤道面倾斜55?角， 3、卫星高度在地面以上约20200km。 4、卫星运转周期约11小时58分（半个恒星日）。 地面监控部分 GPS的地面监控系统主要由分布在全球的五个地面站组成，按其功能分为主控站(MCS)、注入站(GA)和监测站(MS)三种。 主控站一个，设在美国的科罗拉多的斯普林斯(Colorado Springs)。主控站负责协调和管理所有地面监控系统的工作，其具体任务有：根据所有地面监测站的观测资料推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层修正参数等，并把这些数据及导航电文传送到注入站；提供全球定位系统的时间基准；调整卫星状态和启用备用卫星等。 注入站又称地面天线站，其主要任务是通过一台直径为3．6m的天线，将来自主控站的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。注入站现有3个，分别设在印度洋的迭哥加西亚(Diego Garcia)、南太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)和南大西洋的阿松森群岛(Ascencion)。 2、GPS（Global Position System） ——GPS的系统组成 监测站的主要任务是为主控站编算导航电文提供原始观测数据。每个监测站上都有GPS信号接收机对所见卫星作伪距测量和积分多普勒观测，采集环境要素等数据，经初步处理后发往主控站。 以上地面监控系统实际上都是由美国军方所控制。由于军方为了限制民间用户通过GPS所达到的实时定位精度，而对GPS卫星轨道精度和时钟稳定性作了有意降低（SA政策），这不利于广大民间用户。为了克服SA政策的影响，一些国际性科研机构建立了广泛分布的全球性跟踪网络，用来精确测定GPS卫星的轨道元素供后处理之用，或计算预报星历。但是这两种星历都不是由GPS卫星播发给用户，而是要通过一定的信息渠道获得，有别于GPS卫星的广播星历。 (三) 用户设备部分 GPS的空间部分和地面监控部分，为用户广泛利用该系统进行导航和定位提供了基础。而用户要实现利用GPS进行导航和定位的目的，还需要具备GPS信号接收机，即用户设备部分。这部分的作用是接收GPS卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测量，经数据处理后获得观测时刻接收机天线相位中心的位置坐标。 用户设备部分主要由GPS接收机硬件和数据处理软件组成。关于GPS接收机有多种分类方法，但对于大地测量应用来说，一般都是采用较精密的双频接收机，可作双频载波相位测量。从具体应用与成本价格出发，也可选用稍为便宜的单频接收机。所有GPS接收机生产厂家一般都随机提供数据处理软件包，但其作用是有限的。国际上有一些科研机构为了克服商用数据处理软件的不足，已经开发研制了多种精密的GPS数据后处理软件包，如GAMIT（美国麻省理工学院）、Bernese（瑞士伯尔尼大学天文学院）、GIPSY（美国加州大学喷气推进实验室）等，主要用于科研目的。