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 PAGE 57 GPS 原理及运用 GPS——Global Positioning System 英文全称Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。 其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，简称全球定位系统。 定义：GPS是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。 该系统花费了超过200亿美元研究经费，历时20余年，于94年3月全面投入正常运行。 除用在军事上以外，以广泛用在经济建设和科学实验的各个领域，及日常生活中。 GPS定位的基本原理： 卫星发射信号的时间为t1，接收机收到信号的时间为t2,则 Δt = t2 - t1 R=cΔt 其中R为星站距离，由接收机测得。因卫星钟很精确，而接收机钟有误差δt，故 R=cΔt + cδt 在地面任一点最少可观测4颗卫星，得4个距离，解4个未知数x , y , z , δt。 观测四颗卫星，列出四个方程式如下： 课程主要内容 GPS有关的基础知识及概念 坐标系统 时间系统 GPS卫星星历 导航电文和卫星信号 GPS导航与定位原理 GPS接收机的类型与原理 伪距测量、载波相位测量原理 绝对定位和相对定位原理 GPS测量数据的处理方法 静态基线解算 GPS向量网平差 绪 论 GPS系统发展及系统组成 子午卫星 子午卫星星座 1、发展：子午卫星系统  系统简介 NNSS – Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit System（子午卫星系统） 采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统 1958年开始研制 1964年1月建成 1967年7月解密供民用  2、子午卫星系统及其局限性： 系统缺陷 1)卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务 2)导航定位精度低 3)卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响 4)卫星轨道低，难以进行精密定轨 3、GPS卫星定位系统： GPS卫星定位系统的提出 为了突破子午卫星系统的局限性，实现全天候、全球性和高精度的实时导航定位，美国国防部于1973年12月批准陆海空三军联合研制新的军用卫星导航系统—Navigation by Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System，译为导航卫星测时与测距全球定位系统，简称GPS。 原理与可行性实验阶段：自1973年12月算起，到1978年2月22日第一颗试验卫星发射成功为止，历时5年。 系统研制与实验阶段：1978年2月22日算起，到1989年2月14日为止，第一颗工作卫星发射成功，历时11年。 工程进展与完成阶段：由1989年2月14日算起，到1995年4月27日为止，历时7年。 GPS卫星系统的现状 1995年4月27日，“GPS系统已具备全部运作能力”。 GPS计划历时23年，耗资200亿美元，前后共发射42颗GPS卫星。在轨道上正常工作的有25颗，其中一颗为实验卫星，21颗工作卫星，3颗备用卫星。 GPS是第二代卫星导航定位系统，它的出现导致了测绘行业一场深刻的技术变革。 5、组成 （1）GPS系统的组成—空间部分： GPS空间部分（GPS卫星的星座） 1.GPS卫星星座 设计星座：21+3 21颗正式工作卫星+3颗活动的备用卫星 6个轨道面，平均高度在20200km，轨道倾角55度 运行周期11小时58分 保证在24小时，在高度角15度以上，能同时观测到 4-13颗卫星 当前星座：共28颗卫星。 GPS卫星功能： 接收和储存由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监测站发来的指令。 进行必要的数据处理工作。 提供精密的时间标准 发送用于导航定位的信号 在地面监控站的指令下，调控卫星姿态和启用备用卫星。 其他特殊用途，如通迅、监测核爆等 主要设备 原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、信号生成与发射装置 类型 试验卫星：Block I 工作卫星：Block II Block II, Block II A, Block II R