GPS定位原理探析.ppt

第一章 GPS卫星定位原理;一、卫星定位技术发展的回顾; 进入八十年代，GPS得到了全面的发展。它的定位精度非常高，在大地测量和地球动力学中获得了日益广泛的应用。俄罗斯、法国和德国也相继研制了GLONASS、DORIS和PRARE系统。GLONASS系统定位原理与GPS系统相类似。DORIS为地基系统，其建立的主要目的用于美、法合作的海洋计划TOPEX/POSEIDON的精密定轨，也用于绝对与相对定位以及监测地壳运动。PRARE（Precise Range And Range-rate Equipment）为一种精密双向、双频（S/X带）卫星跟踪系统，它可以测定时钟参数、轨道根数、站坐标和地球自转参数。 进入九十年代,空间定位技术群更是得到了空前的发展,GLONASS系统正式投入运行，西欧欧洲空间局(ESA)开始筹建NAVSAT,NAVSAT是由6颗地球同步卫星(GEO)和12颗高椭圆轨道卫星(HEO)组成的混合卫星星座.可实现全天候、实时导航和定位。日本也在积极筹划建立日本的多功能卫星增强系统(MSAS)。 国际移动卫星组织(原名国际海事卫星组织,简称INMARSAT)是提供全球通信的国际间合作组织,中国是INMARSAT的创始成员国之一.该组织可通过所属的通信卫星，提供全球移动通信服务。 ;国际海事卫星组织，计划对其第三代卫星INMARSATIII进行改进，使其具有转发GPS/GLONASS导航信息的能力。国际民航组织（ICAO）为了打破一两个国家独霸卫星定位的被动局面,计划组建民用的GNSS系统,在2000年以前,建成与完善由GPS+GLONASS+INMARSAT+GAIT+RAIM组成的混合系统。其中GAIT为地面增强和完好式监视系统,RAIM为机载独立完善监控系统. 混合系统建成之后,ICAO将允许在某特定空域内,将GNSS作为单一的导航手段运行.2000年以后，ICAO将组建纯民用GNSS系统,建成后,GNSS将拥有30颗卫星作为其第一代全球卫星导航系统,这一系统不仅能提供与GPS和GLONASS系统类似的导航定位功能。,还能同时具有全球卫星移动通信的能力。这一组合导航系统的开发，全球将形成GPS/GLONASS/GNSS/INMARSAT等多种卫星定位系统的多元化的空间资源环境。这将从根本上改变对单一系统的依赖，使卫星定位技术的所有权、控制权和运营权实行国际化，到那时卫星定位技术才能成为能够使人们完全放心使用的空间定位系统。 返 回;二、GPS定位系统的组成;6;（一）GPS卫星和星座;; 目前覆盖全球的“GPS全星座”，使得在地球上任何地方可以同时观测到4-12颗高度角15?以上的卫星。GPS卫星分布在6个近圆形轨道面，高度在地面以上约20200km，轨道面相对于地球赤道面倾斜55?角，卫星运转周期约11小时58分（半个恒星日）。这样在各地每天出现的卫星情况提前4分钟与上一次的相同。 在GPS定位系统中，GPS卫星的作用是：（1）向广大用户连续不断地发送导航定位信号，用导航电文报告自己的现势位置，以及其它在轨卫星的概略位置。（2）在飞越注入站上空时，接受由地面注入站用S波段发送来的导航电文和其它有关信息，供实时转发给地面上广大用户。（3）接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令。 ;GPS卫星分布图;（二）地面监控系统; 监测站的主要任务是为主控站编算导航电文提供原始观测数据。每个监测站上都有GPS信号接收机对所见卫星作伪距测量和积分多普勒观测，采集环境要素等数据，经初步处理后发往主控站。 以上地面监控系统实际上都是由美国军方所控制。由于军方为了限制民间用户通过GPS所达到的实时定位精度，而对GPS卫星轨道精度和时钟稳定性作了有意降低（SA政策），这不利于广大民间用户。为了克服SA政策的影响，一些国际性科研机构建立了广泛分布的全球性跟踪网络，用来精确测定GPS卫星的轨道元素供后处理之用，或计算预报星历。但是这两种星历都不是由GPS卫星播发给用户，而是要通过一定的信息渠道获得，有别于GPS卫星的广播星历。;(三) 用户设备部分;14; ;（四）、相对于经典的测量技术来说，这一新技术的主要特点如下： ;●观测站之间无需通视。既要保持良好的通视条件，又要保障测量控制网的良好结构，这一直是经典测量技术在实践方面的困难问题之一。GPS测量不要求观测站之间相互通视，因而不再需要建造觇标，这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，同时也使点位的选择变得甚为灵活。;●定位精度高。现已完成的大量实验表明，目前在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1~2×10-6，而