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* ****信息技术在城市规划中的应用**** 第三篇 GPS 全球定位系统概论 全球定位系统概论 第一节 GPS概念、定位原理 GPS的基本概念 GPS的系统组成 GPS的定位原理 GPS误差和纠正 其他卫星定位导航系统 全球定位系统概论 全球定位系统概论 一、GPS的基本概念 全球定位系统（GPS）是利用卫星进行点位测量和导航的一种技术，其全称是导航卫星测时和测距/全球定位系统（ Navigation Satellite Timing and Ranging/ Global Positioninging System ）。 该系统利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位能力。GPS是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程，如今，它已成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。 美国研制GPS主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。 全球定位系统概论 全球定位系统概论 全球定位系统概论 全球定位系统概论 二、GPS的系统组成 GPS系统包括三大部分： 空间部分——GPS卫星； 地面控制部分——地面监控系统 ； 用户设备部分——GPS信号接收机。 全球定位系统概论 全球定位系统概论 21颗工作卫星，3颗备用卫星； 每4颗卫星工作在同一轨道平面内，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面，彼此夹角为60?； 轨道平面相对于赤道的倾角为55 ?； 卫星离地面高度20200km； 12恒星时(11hr58min2.05s)绕地球一周； 地球上任何地方任何时刻同时可收到4颗以上GPS卫星的信号。 （一）空间部分 1、卫星分布 全球定位系统概论 全球定位系统概论 GPS卫星分布图 全球定位系统概论 全球定位系统概论 每颗卫星连续发射两种频率的电磁波 L1载波：f1=1575.42 MHZ; ?1=19.0cm L2载波：f2=1227.60MHZ; ?2=24.4cm 每种载波有2类调制信号 导航信号 电文信号 2、卫星运行 全球定位系统概论 全球定位系统概论 空间部分：卫星运行——导航信号 粗码（C/A码）：面向民间用户 1s重复一次，容易用来捕获导航信号； 仅调制在L1载波上；精度为3m; 精码（P码）：面向美国军方及其他特许部门 7天重复一次，不易捕获； 可用于精密定位；精度0.3m; 全球定位系统概论 全球定位系统概论 向用户发播的电文信息包括： 卫星运行情况； 确定C/A码过渡到P码时间同步用的交接码； 卫星钟修正和星历参数； 修正电离层传播延迟用的参数； 系统中所有其它卫星的星历表和历书信息。 空间部分：卫星运行——电文信号 全球定位系统概论 全球定位系统概论 负责卫星控制、时间同步、卫星的跟踪和监测。 卫星轨道控制 向卫星发送星历 地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基 地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站构成。 （二）地面控制部分 全球定位系统概论 全球定位系统概论 1、主控站 位于美国克罗拉多的空军基地。作用是： 1、根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数， 2、通过注入站将改正参数注入到卫星中去； 3、同时，还对卫星进行控制、发布指令、调度备用卫星等。 全球定位系统概论 全球定位系统概论 2、注入站 注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、 迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein） 作用：将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。 监测站： 监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein）。 监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态； 通讯辅助系统：连接主控站、注入站和监测站。 全球定位系统概论 全球定位系统概论 3、监测站和辅助系统 全球定位系统概论 全球定位系统概论 天线 接受机 对天线接收的信号进行处理，获取观测值。 （三）用户部分 用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的GPS卫星接收机和GPS数据处理软件构成。 全球定位系统