GPS原理及其应用幻灯片.ppt

* * 第七章GPS的基本知识 概述 GPS定位系统的组成 GPS卫星定位的基本原理 GPS测量的实施 GPS测量的作业模式 * * * 1 概述 全球定位系统（GPS）: “授时、测距导航系统/全球定位系统（ Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System ）”的简称。 该系统是由美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星无线电导航与定位系统。 特点：具有全天候、高精度、自动化、高效率等，即： （1）全球覆盖；（2）自动化，精度高；（3）实时三维动态定位、测速和定时；（4）高效率，无用户数量限制，应用广泛。 应用：工程测量、大地测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等领域。 应用领域还在不断地拓展，遍及国民经济各种部门，并逐步深入人们的日常生活, 从而给测绘学科带来了一场深刻的技术革命。 * * GPS卫星 * * 相对于经典的测量技术（全站仪）来说，GPS的特点 如下： 测站之间无需通视。因而不再需要建造觇标，可减少测量工作经费和时间，同时也使点位的选择变得非常灵活。 b) 高精度三维定位。GPS可以精密测定平面位置和大地高。 c) 观测时间短。近年来发展的快速相对定位法，观测时间仅需数分钟；实时动态定位技术（RTK）可提供厘米级的实时三维定位结果。 d) 操作简便。GPS测量自动化程度很高，操作员的主要任务只是安置并开关仪器，量取仪器高，监视仪器的工作状态等。接收机自动完成观测工作，如卫星捕获，跟踪观测和记录等。GPS接收机重量轻，体积小，携带方便。 e) 全天侯作业。GPS接收机可以在任何地点（卫星信号不被遮挡的情况下），任何时间连续地进行，一般也不受天气状况的影响。 * * 全球定位系统（GPS）构成示意图 2 GPS定位系统的组成 GPS定位技术：空中GPS卫星向地面发射信号，地面用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机位置。 GPS三个部分组成：（1）GPS卫星星座（空间部分）、（2）地面监控系统（地面控制部分）、（3）GPS用户接收机（用户部分）。 * * 共有24颗GPS工作卫星，构成GPS工作卫星星座，分布在6个近圆形轨道面，高度在地面上约20200km，轨道面相对于地球赤道面倾斜55?角,周期11小时58分。 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。 2.1 空间部分（GPS卫星星座） 近地点 升交点 * * 空间段的基本功能 ： -- 接收和储存由地面监控站发来的跟踪监测信息； -- 在地面监控站的指令下，调整卫星姿态或启用备用卫星； -- 进行必要的数据处理工作； -- 通过星载的高精度铯钟和铷钟提供精密的时间标准； -- 向用户广播GPS信号。? GPS卫星广播的GPS信号是定位基础，它由基准频率(f0=10.23Mz)经倍频产生。154倍120倍倍频后，分别形成两个载波（L1=154×f0=1575.42Mz, L2=120×f0=1227.60Mz）,波长分别为19.03cm和24.42cm。 调制在L载波上的信号包括C/A码、P码和D码。 C/A码（粗码）：频率为1.023MHz的伪随机码。 P码（精码）：载波频率为10.23MHz的伪随机码。 测距码：粗码和精码； D码（导航电文）：卫星向用户提供为计算卫星坐标的卫星星历、系统时间、卫星钟性能及电离层改正参数等信息。 * * 图3： GPS信号的结构 基本频率 10.23MHz L1载波 1575.42MHz C/A码 1.023MHz P码 10.23MHz 数据码 50BPS ?154 ?120 ?10 ?204600 L2载波 1227.60MHz P码 10.23MHz 数据码 50BPS * * 2.2 地面监控部分 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： 收集各个监测站所测观测值、环境要素等数据，计算每颗GPS卫星的星历、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。 注入站： 将主控站传来的导航电文，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。 监测站： 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接收机对所见卫星观测，采集环境要素等数据，经初步处理后发往主控站。 导航电文：GPS用户所需要的一项重要信息，通过导航电文能确定GPS卫星在各时刻的具体