GPS原理及其应用PPT电子课件教案-第1章_绪论参考.ppt

GPS原理及其应用 主讲：李征航 第1章 绪论 §1.1 全球定位系统的产生和发展 导航定位 导航定位 空间位置与运动 空间位置是物体的基本属性，运动是物体的基本特性 定位 确定目标的空间位置 导航 获取载体的空间位置，并控制其从一点到另一点的运动的过程 原始导航定位方法 利用天体进行定向 日、月及特定的星体或星座 利用自然景观 高山、河流 利用自然现象 树木的生长态势，植物的生长态势（如苔藓） 采用人造的器械 指南针（罗盘） 利用人工建筑 烽火台、灯塔 近、现代导航定位方法① 天文导航 如六分仪（18世纪） 近、现代导航定位方法② 地面方法 导航系统或仪器 地基无线电导航系统：Loran-C，雷达等 惯导系统 地面测量仪器 尺：铟钢尺 光学仪器：经纬仪，水准仪 激光和红外仪器：测距仪 综合多种技术的仪器：全站仪 近、现代导航定位方法③ 卫星导航 利用星载无线电信标进行导航，即星基无线电导航 子午卫星系统及其局限性 子午卫星系统的建立过程 1957年10月4日，前苏联成功发射第一颗人造地球卫星 – Sputnik 1 美国霍普金斯大学应用物理实验室 （JHU/APL）的吉尔（William Guier）博士和魏芬巴哈（George Weiffenbach）博士利用地面Sputnik 1信号多普勒测量资料对其进行了精确定轨 JHU/APL的麦克卢尔（Frank McClure）博士和克什纳（Richard Kershner）博士提出了利用多普勒测量方法进行定位的思想 1958年，受美国海军委托，在克什纳博士领导下，开始开展子午卫星系统的研究 1964年1月，子午卫星系统建成并投入军用 1967年7月，子午卫星系统解密并提供民用 子午卫星系统概况① 名称 正式名称为海军导航系统（NNSS – Navy Navigation Satellite System），由于卫星采用极轨道，故也称为Transit（子午卫星导航系统） 子午卫星系统概况② 空间部分 卫星星座 6颗卫星 6个极轨道面 轨道高度1075km 信号 频率1：149.988MHz（4.9996MHz ? 30） 频率2：399.968MHz（4.9996MHz ? 80） 星历（广播星历） 子午卫星系统概况③ 地面控制部分 跟踪站 计算中心 注入站 控制中心 海军天文台 用户部分 多普勒接收机 子午卫星系统概况④ 定位及时间同步精度（单次卫星通过） 定位：约200m 时间同步：约50ms 子午卫星系统的工作原理① 多普勒效应 子午卫星系统的工作原理② 多普勒计数 对于电磁波 多普勒计数 子午卫星系统的工作原理③ 定位的观测值 定位原理 – 双曲定位 子午卫星系统的局限性① 一次定位时间过长 原因 存在一个对同一卫星的信号多普勒计数进行时间积分的过程 为获得良好的几何图形，通常需要观测一次完整的卫星通过（约8~18min） 引发问题 无法为高动态用户服务 为缩短定位所需时间，需采用低轨卫星，从而又造成卫星定轨上的难度 对于低动态用户，仍需进行位置归算，从而影响导航定位精度 子午卫星系统的局限性② 无法进行连续定位 原因 卫星数少 不同卫星采用相同频率的信号 引发问题 两次卫星通过的平均间隔长（中低纬地区约为1.5h） 相邻轨道卫星信号可能相互干扰，导致有时必须关闭其中一颗卫星的信号 子午卫星系统的局限性③ 对测量应用存在许多不利因素 观测时间偏长，作业效率偏低（需50~100次合格卫星通过，耗时约1周） 定位精度偏低 原因 卫星和接收机钟不够稳定，增加处理难度，影响定位精度 信号频率较低，对电离层延迟改正不利 卫星轨道精度低，影响定位精度 全球定位系统的产生和发展 全球定位系统概况 建立国家：美国 名称：NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System – NAVSTAR GPS 卫星星座（设计方案）：24颗GPS卫星 载波信号频率两个：L1，L2 信号调制：载波信号上调制有测距码（L1上为C/A码和P码，L2上为P码）和导航电文 系统基本功能：定位、测速、授时 GPS卫星列表(截止2010/10/27) 全球定位系统的基本定位方式 单点定位 全球定位系统的建立① 前期准备 美国海军Timation计划 始于1964年 利用卫星播发精确的时间参考信号进行测距和时间传递 1967年和1969年分别发射了Timation-1和Timation-2，搭载石英钟 1974年发射NTS-1（Navigation Technology Satellite 1），首次搭载原子钟（2台铷钟） 1977年发射NTS-2，首次搭载铯钟 美国空军621B计划 采用伪随机噪声（PRN – Pseud