GPS定位的观测量观测方程和误差分析-read.ppt

第一章 GPS原理及应用概论 一、早期的卫星定位技术 常规测量无法实现远距离的联测定位以及实时定位，因此引发了人们采用新的技术。1966－1972年，美国出现了卫星大地测量技术。 ? 早期的卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的。仅仅将卫星作为空间测量目标，后来发展到了把卫星作为动态已知点的高级阶段。 （1） 卫星摄影测量－－卫星测向三角网 在AB两点同时观测卫星S1的方向r1和r2， 在AB两点同时观测卫星S2的方向r3和r4， 观测的方向用天球坐标（α，δ）表示， 计算地面AB的方向rAB：?? AB=n1 x n2，?? n1=r1 x r2，n2=r3 x r4?? 根据AB和AC的方向计算出角度BAC（用点积乘夹角余弦） (4) 子午卫星导航系统(NNSS) (Navy Navigation Satellite System) ?? ? 子午卫星导航系统组成：卫星网、监测站、接收机。????? 卫星网共六颗子午卫星分别在六个轨道面上并都通过地球南北极，卫星平均高度1070KM。????? 定位精度：单点定位几十M，联测定位0.5~1M。????? 全天侯观测，事后处理。 子午卫星导航系统的局限性 (1) 卫星少，不能实时定位 。子午卫星导线系统一般采用6颗卫星。两次卫星通过的时间间隔约为0.8~1.6小时。?? (2) 轨道低，难以精密定轨。子午卫星飞行高度平均为1070KM，运动速度快，定轨精度低。?? (3) 频率低，难以补偿电离层效应的影响。子午卫星的射电频率分别为400MHz和150MHz。难以削弱电离层效应的高阶项影响 。 二、GPS技术 1973年批准研制GPS系统；1974~1993先后经历了方案论证、系统论证、生产试验三个阶段。论证阶段发射了11颗卫星，试验阶段发射了第三代GPS卫星。???? GPS卫星星座24颗卫星，卫星轨道面个数6个，卫星高度20200KM，轨道倾角55度，运行周期11小时58分，载波频率为1575和1227MHZ，GPS卫星在轨重量为843.68KG，设计寿命七年半。 三 GPS系统组成 GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。 地面监控部分由一个主控站，三个注入站和五个监测站组成； 监控站的作用： 监控站是无人值守的数据采集中心，其位置经精密测定；主要设备包括1台双频接收机，1台高精度原子钟，1台电子计算机和若干台环境数据传感器。 作用如下： 利用接收机求出卫星相对其原子钟的伪距和伪距差 利用原子钟获得时间标准 利用环境传感器得到当地的气象数据 然后将算得的伪距、导航数据、气象数据及卫星状态传给主控站； GLONASS卫星导航系统 GPS与GLONASS的特征对比 GPS/GLONASS接收机 5. GPS现代化计划的进程安排 （2）GPS现代化第二阶段???? 发射6颗GPS BLOCK ⅡF。GPS BLOCK ⅡF型卫星除了有上面提到的GPS BLOCK ⅡR型卫星的功能外，还进一步强化发射M码的功率和增加发射第三民用频率，即L5频道。GPS ⅡF型卫星的第一颗的发射不迟于2005年。到2008年在空中运行的GPS卫星中，至少有18颗 ⅡF型卫星，以保证M码的全球覆盖。到2016年GPS卫星系统应全部以ⅡF卫星运行，共计24+3颗。 5. GPS现代化计划的进程安排 （3）GPS现代化计划的第三阶段??? 发射GPS BLOCK Ⅲ 型卫星，在2003年前完成代号为GPS Ⅲ的 GPS完全现代化计划设计工作。目前正在研究未来GPS卫星导航的需求，讨论制定GPS Ⅲ 型卫星系统结构，系统安全性、可靠程度和各种可能的风险，计划在2008年要发射GPS Ⅲ 的第一颗实验卫星。计划用近20年的时间完成GPS Ⅲ 计划，取代目前的GPS Ⅱ。 本世纪70年代，作为对美国宣布建立和发展GPS的反应，前苏联国防部构想了GLONASS。1993年，俄罗斯政府正式将GLONASS交由俄空军（VKS）负责。VKS负责GLONASS的航天器部署及在轨维护，并通过科学信息中心将GLONASS的信息传播给公众。在80年代，GLONASS的信息鲜为人知，除了卫星轨道的一般特征和传送导航信息的频率之外，前苏联国防部未披露任何其它信息。然而，Leeds大学的Peter Daly教授和它的研究生们经过努力，侦察出了GLONASS卫星信号结构的一些细节。随着前苏联的解体，俄罗斯解密了界面控制文件（the Interface Control Document：ICD）。ICD描述了系统及其组成，信号结构以及供民用的导航信息。1995年11月4日在加拿大蒙特利