GPS课件第1章.ppt

GPS在路桥工程中的应用交通科学与工程学院夏冬君 第1章 全球定位系统 全球导航卫星系统 (GNSS) 包括：美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格罗纳斯系统 (GLONASS)、欧盟的伽利略系统 (GALILEO) 和中国的北斗卫星定位系统 (COMPASS)。 全球定位系统(Global Positioning System-GPS)是美国从上世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，是新一代全球卫星导航与定位系统，具有海上、陆地、空中全方位实时三维导航与定位的能力。 GPS以其全天候、自动化、高效益、高精度等显著特点，广泛地应用于测绘、导航和地球动力学等相关领域，为测绘科学的发展提供了广阔的空间，给测绘科学带来了革命性的变化。 1.1 全球定位系统的组成 1.1.1 GPS卫星星座 1. GPS卫星星座 在轨卫星数为 27+3，其中 3 颗为备用卫星。30 颗卫星平均分布在 6个轨道上。 各卫星轨道面相对于地球赤道面的倾角为55°，轨道平均高度为20 200 km。 运行周期为11 h 58 min，恒星时12h。 1.1 全球定位系统的组成 1.1.1 GPS卫星星座 2. GPS卫星构造 GPS卫星的主体为圆柱形，其直径约1.5m，重约774 kg，两侧设有太阳能电池板，可自动对日定向，为卫星正常工作提供电能。 每颗GPS卫星上装有2台铷原子钟和2台铯原子钟，由其中1台原子钟发射标准频率信号，为GPS定位提供高精度的时间标准。 1.1 全球定位系统的组成 1.1.1 GPS卫星星座 1.1 全球定位系统的组成 1.1.1 GPS卫星星座 3. GPS卫星的基本功能 用 L1、L2两个波段(19 cm 和24 cm 波段)无线载波向用户接收机连续发送导航定位信号； 用导航电文提供卫星当前的位置和工作情况； 向用户提供粗略定位的测距码—C/A 码； 向部分用户精密定位的测距码—P 码； 接收地面注入站发来的导航信息； 接收地面主控站径由注入站发来的控制指令，适时改正运行偏差和启用备用卫星； 向用户发送导航位置信息； 通过星载高精度铷原子钟和铯原子钟提供精密的时间标准。 1.1.2 GPS地面监控系统 1. GPS地面监控系统分布图 1.1 全球定位系统的组成 1.1.2 GPS地面监控系统 主控站 主控站位于美国科罗拉多洲，主要任务： 收集、处理本站和各监控站收到的全部信息，编算出各GPS卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等，并把这些数据传送到注入站； 提供全球定位系统的时间标准，测出各监控站和各GPS卫星与主控站的原子钟之差，将这些钟差信息编入导航电文，传送到注入站； 调整卫星的轨道偏离，使其沿预定轨道运行； 调度备用卫星代替失效的工作卫星。 1.1 全球定位系统的组成 1.1.2 GPS地面监控系统 3. 注入站 注入站有 3 个，分别位于: 南太平洋的卡瓦加兰； 南大西洋的阿松森岛； 印度洋的迪哥伽西亚。 注入站主要任务: 将主控站发来的卫星星历、钟差、导航电文及其它控制指令注入到相应GPS卫星的存储器。 1.1 全球定位系统的组成 1.1.2 GPS地面监控系统 4. 监控站 监控站除位于主控站和注入站的四个站之外，还在夏威夷设立了一个监控站。 监控站的主要任务： 用双频GPS接收机，对每颗可见卫星进行连续观测，采集观测数据和监测每颗可见卫星的工作状态； 采集气象要素数据； 由计算机对上述数据初步处理、存储，并传送到主控站，用于确定卫星的轨道。 1.1 全球定位系统的组成 1.1.3 用户设备部分 用户设备部分，主要包括 GPS 信号接收机硬件和数据处理软件组成。GPS 信号接收机硬件包括主机、天线和电源等。 用户设备的主要任务，是接收一定截止高度角的可见 GPS 卫星信号，并对 GPS 信号进行变换、放大和处理，以获得必要的定位信息和观测数据，经处理计算出测站点的三维坐标位置。 GPS 接收机按用途分类 ①测地型接收机； ②导航型接收机。 GPS 接收机按载波频率分类 ①双频接收机 ； ②单频接收机。 全球定位系统工作原理 1.1 全球定位系统的组成 1.1 全球定位系统的组成 1.1.3 用户设备部分 Ashtech 双频接收机 1.1 全球定位系统的组成 1.1 全球定位系统的组成 1.1 全球定位系统的组成 1.1.3 用户设备部分 中海