作业卫星导航概述版.pptx

GPS卫星导航

杨旭

内容

GPS卫星导航系统简介

GPS卫星导航系统的技术发展

GPS系统组成

定位误差来源及精度

面向用户对象及使用优点

一、GPS卫星导航系统简介

全球定位系统又称全球卫星定位系统，是美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。全球定位系统可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、4个数据注入站和6个监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。

二、GPS卫星导航系统的技术发展

GPS前身

美军研制的一种子午仪卫星定位系统，1958年研制，1964年正式投入使用。虽然不能给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。

前期计划

24颗卫星分布于互成120°的6个轨道面

18颗卫星分布于互成60°的6个轨道面

互成60°的6个轨道面运行21个运作卫星，3个备份卫星

实施阶段

第一阶段（1978-1979）

方案论证和初步设计阶段，发射了4颗试验卫星，结果令人满意。

第二阶段（1979-1984）

全面研制和试验阶段，陆续发射了7颗卫星并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（1989-1993）

实用组网阶段，1989年2月4日第一颗GPS工作卫星射成功标志进入工程建设阶段，至1993年底使用的GPS网（即GPS星座）已经建成。

三、GPS系统组成

GPS系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。

空间星座部分

GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个轨道面上有4颗卫星。卫星轨道面相对于地球赤道面的轨道倾角为55°，各轨道平面的升交点的赤经相差60°，一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交角距超前30°。这种布局的目的是保证在全球任何地点、任何时刻至少可以观测到4颗卫星。

定位原理

——四元未知数

目前在空的有28颗星，其发射列表如下：

地面监控部分

主控站（1个）

主控站位于美国科罗拉多州的谢里佛尔空军基地，是整个地面监控系统的管理中心和技术中心。另外还有一个位于马里兰州盖茨堡的备用主控站。

注入站（4个）

目前有四个，分布于大西洋、南太平洋、英属印度洋与美国本土，其作用是把主控站计算得到的卫星星历、导航电文等信息注入到相应的卫星。

监测站（6个）

注入站同时也是监测站，另外还有位于夏威夷和卡纳维拉尔角2处监测站。监测站的主要作用是采集GPS卫星数据和当地的环境数据，然后发送给主控站。

用户设备部分

主要为GPS接收机，主要作用是从GPS卫星收到信号并利用传来的信息计算用户的三维位置及时间。

四、定位误差来源及精度

定位误差来源及解决办法

三类误差来源

｛

1、与卫星有关的误差

2、与信号传播有关的误差

3、与接收机有关的误差

这些误差对GPS定位的影响各不相同，且误差的大小还与卫星的位置、待定点的位置、接收机设备、观测时间、大气环境以及地理环境等因素有关。

解决办法：

为了使民用的精确度提升，科学界发展另一种技术，称为差分全球定位系统（DifferentialGPS），简称DGPS。亦即利用附近的已知参考坐标点（由其它测量方法所得），来修正GPS的误差。再把这个即时（realtime）误差值加入本身坐标运算的考虑，便可获得更精确的值。

GPS分为2D导航和3D导航，在卫星信号不够时无法提供3D导航服务，而且海拔高度精度明显不够，有时达到10倍误差。经纬度方面经改进后误差很小。卫星定位仪在高楼林立的地区捕捉卫星信号要花较长时间。

定位精度

已经实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米。

实时单点定位(用于导航)：P码1-2m；C/A码5-10m。

静态相对定位：50km之内误差为几mm+(1-2ppm*D)；50km以上可达0.1-0.01ppm。

实时伪距差分(RTD)：精度达分米级。

实时相位差分(RTK)：精度达1-2cm。

五、面向用户对象及其优点

精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中

工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备进行工程测量

勘探测