卫星定位系统『GlobalPositioningSystem，通常简称GPS』.ppt

衛星定位系統『Global Positioning System，通常簡稱GPS』 第3組報告 組別成員： A970D118吳淑怡 A970D128鄭瑞昇 A970D127唐漢禹 A970D140楊士杰 衛星定位系統起源： GPS系統的前身為美軍研製的一種子午儀衛星定位系統(Transit),1958年研製,1964年正式投入使用。該系統用5到6顆衛星組成的星網工作,每天最多繞過地球13次,並且無法給出高度資訊,在定位精度也不盡如人意。然而,子午儀系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗,並驗證了由衛星系統進行定位的可行性,為GPS系統的研製埋下了鋪墊。 由於衛星顯示出在導航方面的巨大優越性及子午儀系統存在對潛艇和艦船導航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛星導航系統。為此,美國海軍研究實驗室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到18顆衛星組成10000km高度的全球定位網計劃,並於67年、69年和74年各發射了一顆試驗衛星,在這些衛星上初步試驗了原子鐘計時系統,這是GPS系統精確定位的基礎。 GPS計畫:最初的GPS計畫在聯合計劃局的領導誕生了,該方案將24顆衛星放置在互成120度的6個軌道上。每個軌道上有4顆衛星,地球上任何一點均能觀測到6至9顆衛星。這樣,粗碼精度可達100m,精碼精度為10m。由於預算壓縮,GPS計劃不得不減少衛星發射數量,改為將18顆衛星分布在互成60度的6個軌道上。然而這一方案使得衛星可靠性得不到保障。1988年又進行了最後一次修改:21科工作星和3科輩分星工作在互成30度的6條軌道上。這也是現在GPS衛星使用的工作方式。 GPS系統的組成 GPS系統主要由空間星座部分、地面監控部分和用戶設備部分組成。 GPS衛星星座如圖下： 空間星座部分GPS衛星星座由24顆衛星組成,其中21顆為工作衛星,3顆為備用衛星。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面上,即每個軌道面上有4顆衛星。衛星軌道面相對於地球赤道面的軌道傾角為55°,各軌道平面的升交點的赤經相差60° ,一個軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星升交角距超前30°。這種布局的目的是保證在全球任何地點、任何時刻至少可以觀測到4顆衛星。 GPS衛星是由洛克菲爾國際公司空間部研製的,衛星重774kg,使用壽命為7年。衛星採用蜂窩結構,主體呈柱形,直徑為1.5m。衛星兩側裝有兩塊雙葉對日定向太陽能電池帆板(BLOCK I),全長5.33m接受日光面積為7.2m2。對日定向系統控制兩翼電池帆板旋轉，使板面始終對準太陽，為衛星不斷提供電力，並給三組15Ah鎳鎘電池充電，以保證衛星在地球陰影部分能正常工作。 在星體底部裝有12個單元的多波束定向天線,能發射張角大約為30度的兩個L波段（19cm和24cm波）的信號。在星體的兩端面上裝有全向遙測遙控天線,用於與地面監控網的通信。此外衛星還裝有姿態控制系統和軌道控制系統,以便使衛星保持在適當的高度和角度,準確對準衛星的可見地面。 由GPS系統的工作原理可知,星載時鐘的精確度越高,其定位精度也越高。早期試驗型衛星採用由霍普金斯大學研製的石英振蕩器,相對頻率穩定度為10-11/秒。誤差為14m。1974年以後,GPS衛星採用銣原子鐘，相對頻率穩定度達到10-12/秒,誤差8m。1977年,BOKCK II型採用了馬斯頻率和時間系統公司研製的銫原子鐘後相對穩定頻率達到10-13/秒,誤差則降為2.9m。1981年，休斯公司研製的相對穩定頻率為10-14/秒的氫原子鐘使BLOCK IIR型衛星誤差僅為1m。 地面部分監控 地面監控部分主要由1個主控站（Master Control Station ,簡稱MCS）、4個地面天線站（Ground Antenna）和6個監測站（Monitor Station）組成。 定位誤差來源與分析 GPS定位在過程中出現的各種誤差根據來源可分為三類 1衛星有關的誤差 2信號傳播有關的誤差 3.接收機有關的誤差 些誤差對GPS定位的影響各不相同,且誤差的大小還與衛星的位置、待定點的位置、接收機設備、觀測時間、大氣環境以及地理環境等因素有關。針對不同的誤差有不同的處理方法。 差分技術:為了讓民用精準度提升,所在研究出來改良發展另一種技術,稱為差分全球定位系統（Differential GPS），簡稱DGPS。亦即利用附近的已知參考座標點（由其它測量方法所得）,來修正 GPS 的誤差。再把這個即時（real time）誤差值加入本身座標運算的考慮,便可獲得更精確的值。GPS分為2D導航和3D導航,在衛星信號不夠時無法提供3D導航服務,而且海拔高度精度