第三节 全球定位系统及其应用课件.ppt

学习目标 1．什么是全球定位系统?它由哪几部分组成?全球定位系统的基本原理是什么?GPS接收机包括哪几种? 了解全球定位系统的概念、组成，理解全球定位系统的基本原理，掌握GPS接收机的种类。 2．全球定位系统应用领域包括哪些?有什么作用? 了解全球定位系统的应用和作用。 （一）．全球定位系统的概念 全球定位系统(Global positioning system，简称GPS)是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。 [跨越障碍] 全球定位系统的特点是什么 (1)全球，全天候工作。 (2)能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响。 (3)定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。 (4)功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用．而且其应用领域不断扩大。 [阅读指导] GPS的起源 在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线电导航系统。 1．无线电导航系统 缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高。 2．卫星定位系统 最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统(TRANSIT)，1958年研制．1964年正式投入使用。由于该系统卫星数目较少(5～6颗)，运行高度较低(平均1 000 km)，从地面站观测到卫星的时间间隔较长(平均1．5 h)，因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部制定了GPS计划。 3．GPS发展历程 GPS实施计划共分三个阶段： 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。研制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。 第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 （二）．全球定位系统的组成 (1)GPS卫星星座 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。GPS卫星星座记作(2l+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间的夹角为60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内。各颗卫星之间的升交角距相差90度。一轨道平面上的卫星比两边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。 (2)地面监控系统 对于导航定位来说．GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历——描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。 卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准——GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 (3)GPS信号接收机 GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同，用户要求的GPS信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机，产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。 [背景知识] GPS的定位原理是什么? GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后经过计算，求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。 例1 下列关于全球定位系统的叙述。不正确的是( ) A ．GPS是利用卫星进行导航、定位的系统 B．GPS包括两大部分，即空间部分和地面控制部分 C