全球定位系统课件.ppt

GPS原理及其应用 教师：段英杰 电话Email：dyjren126@126.com 第一章 绪论 1、卫星定位技术发展概况 1）、1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星的发射成功，标志着空间科学技术的发展跨入了一个崭新的时代。 卫星定位：指人类利用人造地球卫星确定测站点的技术。 最初，人造地球卫星仅仅作为一种空间测量目标，由地面的观测站对卫星的瞬间位置进行摄影测量，测定测站至卫星的方向或距离，建立卫星三角网或测距网。这种观测和成果换算需耗费大量的时间，同时定位精度较低，并且不能得到点位的地心坐标。 2）、卫星多普勒测量 从仅仅把卫星作为空间测量目标的初级阶段，发展到了把卫星作为动态已知点的高级阶段。 子午卫星导航系统(NNSS)：卫星数目较少，运行高度较低，从地面站观测到卫星的时间间隔也较长，不能进行三维连续导航，难以满足军事导航的需求。而且由于定位速度慢、精度较低，因此该系统在大地测量学和地球动力学的应用也受到了极大的限制。 为了满足军事部门及民用部门的需要，1973年美国国防部开始研制建立新一代卫星导航系统，即GPS（授时与测距导航系统/全球定位系统）。 1.2 GPS的特点 GPS相对其他导航定位系统的特点 1、功能多、用途广 2、定位精度高 3、实时定位 GPS定位技术相对于常规测量技术的特点 1、观测站之间无需通视 2、定位精度高 3、观测时间短 4、提供三维坐标 5、操作简便 6、全天候作业 1.3 GPS系统的组成 主要由三部分组成：空间星座、地面监控系统和用户设备部分； 1、GPS卫星星座的构成 由21+3颗卫星组成，均匀分布在6个轨道平面内，每个轨道上分布有4颗卫星。 特点：1）在同一观测站上，每天将提前4分钟看到出现的卫星分布图形相同的卫星；2) 每颗卫星每天约有5小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间和地点而异，最少为4颗，最多可达12颗； GPS卫星及其功能 GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg，两侧设有两块双叶太阳能板，能自动对日定向。以保证卫星正常工作用电；每颗卫星装有4台原子钟（２台铷钟和2台铯钟），这是卫星的核心设备，它发射标准频率信号，为GPS定位提供高精度的时间标准； GPS卫星的基本功能： 1） 接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令； 2）卫星上设有微处理机，进行部分必要的数据处理； 3）向用户发送定位信息； 4）通过星载高精度铯钟和铷钟提供精密的时间标准； 5）在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星； 地面监控部分 地面监控部分：有分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站 监测站 监测站是在主控站控制下的数据自动采集中心。站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据传感器。接收机对GPS卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星的工作状况。原子钟提供时间标准，而环境传感器收集有关当地的气象数据。所有观测资料由计算机进行初步处理，并存储和传送到主控站，用以确定卫星的轨道。 主控站 主控站设在美国本土科罗拉多、斯平士的联合空间执行中心CSOC。主要任务： 1）根据本站和其他监测站的所有观测资料，推算编制各卫星的星历、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； 2）提供全球定位系统的时间基准。各测站和GPS卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，或测出其间的钟差，并把这些钟差信息编入导航电文中，送到注入站； 3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行； 4）启用备用卫星，以代替失效的工作卫星； 注入站 注入站有三个，分别设在印度洋的迭戈加西亚、大西洋的阿松森岛和太平洋的卡瓦加兰。 注入站的主要设备包括一台直径为3.6米的天线，一台C波段发射机和一台计算机。主要任务是在主控站的控制下将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令，注入到相应卫星的存储系统，并检测注入星系的正确性。 此外，GPS的地面监控部分，除主控站外均无人值守，各站间用现代化的通讯网络联系起来，在原子钟和计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高度的自动化和标准化。 用户设备 GPS的空间部分和地面监控部分，是用户用用该系统进行定位的基础，而且用户只有通过用户设备，才能实现应用GPS定位的目的； GPS的用户设备主要由GPS接收机、数据处理软件、微处理机及其终端设备组成；GPS接收机由主机、天线和电源组成，其主要功能是接收GPS卫星的信号，以获取必要的导航和定位信息及观测量，并经简单的数据处理而实现实时导航和定位；GPS软件部分是指各种后处理