GPS卫星 - 快猴网.PPT

GPS原理及其应用 第一章 GPS卫星定位原理 一、卫星定位技术发展的回顾 二、GPS定位系统的组成 三、GPS定位的观测方程 四、GPS卫星测量的误差来源 五、差分法载波相位测量和观测的线性组合 一、卫星定位技术发展的回顾 卫星定位技术是利用人造地球卫星进行定位测量。五十年代美国国家大地测量局开始利用卫星几何光学观测法和卫星轨道跟踪法建立全球卫星网和全球地心坐标系，建立了一个由45个点组成的全球三角网。前苏联和若干欧洲国家也作了类似的工作。六十年代美国还完成了多普勒卫星定位系统---海军子午导航卫星系统（NNSS）的布设，并于1968年向民用开放。前苏联也建立了一个由12颗宇宙卫星组成的卫星导航系统，自此揭开了卫星定位的新篇章。接着美国在七十年代又开始研制第二代卫星定位系统---全球定位系统（GPS）。 一、卫星定位技术发展的回顾 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功，1985年10月9日最后一颗GPS试验卫星入轨运行； 1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功，宣告了GPS系统进入了生产作业阶段；1994年全部完成24颗工作卫星（含3颗备用卫星）的发射工作。 GPS系统的出现，使卫星定位技术发展到了一个辉煌的历史阶段。 二、GPS定位系统的组成 （一）GPS卫星和星座 目前覆盖全球的“GPS星座”（24颗），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。24颗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。 （二）地面监控系统 地面监控系统由一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。 主控站的作用：收集各个监测站所测得的伪距和积分多普勒观测值、环境要素等数据，计算每颗GPS卫星的星历（轨道参数）、时钟改正量、状态数据、以及信号的大气层传播改正，并按一定的形式编制成导航电文，传送到主控站，此外还控制和监视其余站的工作情况并管理调度GPS卫星。 （二）地面监控系统 注入站的作用：将主控站传来的导航电文，用10cm（S）波段的微波作载波，分别注入到相应的GPS卫星中，通过卫星将导航电文传递给地面上的广大用户。由于导航电文是GPS用户所需要的一项重要信息，通过导航电文才能确定出GPS卫星在各时刻的具体位置，因此注入站的作用是很重要的。 监测站的任务：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。 (三) 用户设备部分 GPS的空间部分和地面监控部分，为用户利用该系统进行导航和定位提供了基础。而用户要实现利用GPS进行导航和定位的目的，还需要具备GPS信号接收机，即用户设备部分。其作用：接收GPS卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测量，经数据处理后获得观测时刻接收机天线相位中心的位置坐标。 用户设备部分：由GPS接收机和数据处理软件组成。GPS接收机有多种分类，对于大地测量应用来说，一般都是采用单频接收机或双频接收机，后者可作双频载波相位精密测量，定位精度高。 （四）GPS的主要特点 全球地面覆盖。 功能多，精度高。 实时定位。 应用广泛。 观测站之间无需通视。 传统的测量技术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。 不过为了使接收GPS卫星的信号不受干扰，必须保持观测站上空的开阔（净空）。 ●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，而在100km～500km的基线上可达10-6 ～ 10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度可达到或优于10-8。 ●提供三维坐标。GPS测量，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探，航空摄影测量及精度导航中的应用，提供了重要的高程数据。 ●全天侯作业。G