第一节GPS组成概况.pptVIP

第一节 GPS的组成概况 * 一、GPS的建立 1．子午卫星导航系统简介 航海早先的导航是利用罗盘、灯塔等仪表或设施，结合天文现象进行的。 陆基无线电导航系统覆盖区域小，定位精度低（3.7~7.4km），难以适应现代航海的导航定位需要。 1957年10月4日，原苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星 。美国霍普金斯大学应用物理实验室的韦芬巴赫（G．Ｃ．Ｗeiffenbach）等学者，在地面已知坐标点位上，用自行研制的测量设备，捕获和跟踪到了苏联卫星发送的无线电信号，并测得它的多普勒频移，进而解算出卫星轨道参数。 麦克雷（Ｆ．Ｔ．Ｍeclure）等学者设想，若已知卫星轨道参数并测得卫星发送信号的多普勒频移，则可解算出地面点的坐标。这就是第一代卫星导航系统的基本工作原理。 1958年12月，美国海军开始研制卫星导航系统。因为这些卫星沿地球子午线运行，故称为子午卫星导航系统（TRANSIT）。1959年9月开始发射试验性子午卫星，1963年12月开始发射子午工作卫星并逐步形成由六颗工作卫星组成的子午卫星星座。从此揭开了星基无线电导航的历史新篇章。1967年7月29日，美国政府宣布解密子午卫星所发送的导航电文的部分内容供民用。从此，大地测量由天文测量和三角测量时代进入到卫星大地测量时代。 原苏联在美国的诱发下，于1965年建立了类似的子午卫星导航系统，称为CICADA。 子午卫星导航系统有明显不足： 其一是卫星少，不能连续导航定位。 有5~6颗工作卫星，在低纬度地区，地面上一点所见到的两次子午卫星通过的时间间隔约为1.5h，通过用户上空的持续时间为10~18min，所以不能连续定位。就大地测量而言，测站点上的观测时间长达1~2天，才能达到0.5m的定位精度。 其二是轨道低，难以精密定轨。 子午卫星平均飞行高度仅1070km，地球引力场模型误差及空气阻力等因素影响导致卫星定轨误差较大。而卫星多普勒定位是以卫星作为动态已知点进行的，致使定位精度局限在m级水平。 其三是载波频率低，难以补偿电离层的影响。 2．GPS全球定位系统的建立 1973年，美国国防部组织海陆空三军联合研究建立新一代卫星导航系统，称为全球定位系统（Global Positioning System），简称GPS。其建立过程到目前为止经历了以下四个阶段。 （1）1973~1979年为概念构思分析测试阶段 发射了两颗概念验证卫星用于验证GPS原理可行性。另外还发射了一颗组网试验卫星，研制了三种类型的GPS接收机，建立了一处卫星地面控制设施并完成了大量的测试项目。 （2）1980~1989年为系统建设阶段 发射了11颗组网试验卫星Block Ⅱ（其中一颗发射失败）和1颗工作卫星BlockⅡA，进一步完善了地面监控系统，发展了GPS接收机。1984年测量领域成为第一个GPS商用用户领域。 （3）1990~1999年为系统建成并进入完全运作能力阶段 发射了多颗Block Ⅱ和Block ⅡA卫星，1993年实现24颗在轨卫星满星座运行，满足民用的标准定位服务（100m）的要求，1995年实现了精密定位服务（10m）。 （4）2000~2030年为GPS现代化更新阶段。 1996年美国由国防部和交通部组成了联合管理GPS事务局（IGEB），在IGEB的主持下于1997，1998年期间讨论了增加GPS民用信号，从而改进民用GPS状况，并与空军已经开始的计划相结合，形成了更新GPS运行要求的文献，并于1999年1月由美国副总统戈尔以“GPS现代化”的名称发布通告，其具体实施是以2000年5月1日取消SA政策为标志。 二、GPS组成概况 GPS由空间卫星星座、地面监控系统和用户设备等三部分组成。 1.空间卫星星座 GPS空间卫星星座在1993年建成时由24颗卫星组成，目前有30颗工作卫星。这些卫星分布在6个轨道面上。 GPS卫星星座的主要特征 载波频率（GHz）1.22760、 1.57542；卫星平均高度20200 km； 卫星运行周期718 min；轨道面倾 角55 ° ，轨道数6。 GPS卫星的功能是： （1）接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行 监控站的控制指令； （2）进行部分必要的数据处理； （3）提供精密的时间标准； （4）向用户发送定位信息。 2．地面监控系统 为了监测GP