第一章绪论.
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1、GPSGPS定位原理及应用定位原理及应用 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系考核方式考核方式 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系课程主要内容课程主要内容 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论主要内容主要内容1.1 GPS1.1 GPS卫星定位技术的发展卫星定位技术的发展1.2 GPS1.2 GPS系统组成系统组成1.3 1.3 其它导航定位系统其它导航定位系统1.4 GPS1.4 GPS技术的应用技术的应用 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章
2、第一章 绪论绪论1.1 GPS1.1 GPS卫星定位技术的发展卫星定位技术的发展1.1.1 1.1.1 早期的卫星定位技术早期的卫星定位技术 卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术。测量的技术。 最早的卫星定位技术是卫星方向测量卫星方向测量； 19世纪60年代末，出现了卫星测距网卫星测距网； 随后出现了利用距离差测量的多普勒测频法多普勒测频法； 最新的卫星定位技术是距离测量距离测量的方法。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 最早的卫星定位技术是卫星方向测量卫星方向测量摄影仪拍摄的照片空间三角网 池州学院池州学
3、院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 19世纪60年代末，出现了卫星测距网卫星测距网 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 这两种测量方法均是对卫星的几何观测，把卫星仅仅作为一种空间可观测的目标。这种对卫星的几何观测能够解决常规大地测量技术难以实现的远距离陆地海岛联测定位的问题，但其受卫星可见条件及天气的影响，费时费力，不仅定位精度低，而且不能测得点位的地心坐标，因而很快被卫星多普勒定位所取代，即利用距离差测量的多普勒测频法。多普勒测频法。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 随后出现的多普勒测频法多普勒
4、测频法 多普勒测频法采用的是多普勒效应的原理。 多普勒效应多普勒效应为：当波源与观测者作相对运动时，波源发射频率与观测者接受频率之间具有以下关系：srfavccfcos 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 1958年底，20世纪50年代末期，美国开始研制用多普勒卫星定位技术进行测速、定位的卫星导航系统，叫做子午卫星导航系统（午卫星导航系统（NNSSNNSS）。）。 1964年该系统建成，并开始在美国军方启用，1967年美国政府批准该系统解密，并提供民用。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 的用户设备是卫星多普勒接收机。其
5、工作原理是，接收一颗子午卫星发送的导航定位信号，测量该信号的多普勒频移，结合导航电文中卫星的在轨实时点位和时标信息，进而解算出用户的点位坐标。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论卫星：6颗 极地轨道：轨道平均高度1070KM信号频率：400MHz、150MHz精度：绝对定位1m ，相对定位0.1-0.5m定位原理：多普勒定位技术 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 ： 卫星不再作为一种单纯的空间动态观测目标，而是通过其轨道参数介入定位计算的动态已知点。 观测不再采用传统的几何模式，而是通过地面测站接收卫星发射的信号测定站星
6、距离定位。 : 卫星颗数少，不能实现连续实时导航定位； 卫星轨道高度低，难以实现精密定位； 信号频率低，难消除电离层效应的影响。 基于以上原因，子午卫星导航系统的应用受到了很大的限制，因此，为了实现全天候、全球性和高精度的连续导航与定位，美国国防部便开始研制第二代的卫星导航系统GPS卫星全球定位系统。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 为了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12月，美国国防部正式开始组织海陆空三军联合研究建立新的卫星导航系统：GPS。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论u G
7、lobal Positioning Systemu GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定位系统。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论u 原理与可行性试验阶段，1973年12月到1978年2月22日第一颗试验卫星发射成功，历时5年；u 系统研制与试验阶段，1978年2月22日到1989年2月14
8、日第一颗工作卫星发射成功，历时11年；u 工程发展与完成阶段，1989年2月14日到1995年4月27日，历时7年。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论GPS卫星星座基本参数：卫星颗数为21+3；卫星轨道面个数为6；卫星高度为20 200km；轨道倾角为55；卫星运行周期11h 55min；载波频率为1575.42MHz和1227.60MHz。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论1.2 GPS1.2 GPS系统组成系统组成 n -GPS卫星星座n -地面监控系统n -GPS信号接收机 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环
9、境与旅游系第一章第一章 绪论绪论1.2.1 GPS1.2.1 GPS工作卫星及其星座工作卫星及其星座 设计星座：21+3 当前星座：28颗 24颗卫星平均分布在6个轨道平面上，平均轨道高度20200km,轨道倾角55，周期为11小时58分。卫星轨道近于圆形，其长半轴为26560km，最大偏心率为0.01。 保证在24小时，在高度角15以上，能够同时观测到4到8颗卫星。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 在用GPS卫星进行导航定位时，为了求得测站的三维位置，必须观测颗GPS卫星，称之为定位星座。 GPS卫星的上述分布，在个别地区仍可能在其一短时间内(例如数分
10、钟)只能观测到4颗图形结构较差的卫星，而无法达到必要的定位精度。这种时间段称为间隙段。 间隙段的解决方法：）制定作业计划（静态）；）采用双系统接收机（动态）。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg（包括310kg燃料)，两侧设有两块双叶太阳能板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作的用电。每颗卫星装有4台高精度原子钟(2台铷钟和2台铯钟)，这是卫星的核心设备。它将发射标准频率信号，为GPS测量提供高精度的时间标准。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论 u 向 广 大
11、的 用户连续不断地发射卫星导航定位信号，并用导航电文中和分别报告自己的现势位置，以及其他在轨卫星的概略位置； u 在飞越注入站上空时，接收由地面注入站发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过GPS信号形成，适时的发送给广大的用户。 u 接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令。如适时的改正运行的偏差，或者启用备用时钟等。 u 通过星载高精度原子钟，提供精确的时间标准，使各卫星处于同一时间标准 。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第一章第一章 绪论绪论1.2.2 1.2.2 地面监控系统地面监控系统 地面控制部分由，组成。 池州学院池州学院资源环境与旅游系资源环境与旅游系第
