测 量 学 第 十 六 章.pptVIP

全球定位系统（GPS）简介 §16—1 概述 GPS的英文全称是 Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。 卫星导航系统的发展 1、1957年10月世界上第一颗人造卫星发射成功 2、第一代卫星导航系统 3、第二代卫星导航系统——GPS卫星全球定位系统 一、早期的卫星定位技术 1957年10月世界上第一颗人造卫星发射成功，开始了利用 卫星进行定位和导航的研究。 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仅仅作为空间测量目标，进行点位测量的。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。 (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。 §16—2 GPS的组成 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。 地面监控部分由五个地面监控站组成，其中，一个主控站，三个注入站 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； 2．GPS卫星及功能 GPS卫星（见图16-3）的主体呈圆柱形，直径为1.5 m，重约774 kg，设计寿命为7.5年。主体两侧配有能自动对日定向的双叶太阳能板，为卫星正常工作提供电源，通过一个驱动系统保持卫星运转并稳定轨道位置。每颗卫星装有4台高精度原子钟（铷钟和铯钟各两台），以保证发射出标准频率（稳定度为10-12～10-13），为GPS测量提供高精度的时间标准。 GPS卫星的主要功能是：（1）接收和储存由地面监控系统发射来的导航信息；（2）接收并执行地面监控系统发送的控制指令，如调整卫星姿态和启用备用时钟、备用卫星等；（3）向用户连续不断地发送导航与定位信息，并提供时间标准、卫星本身的空间实时位置及其它在轨卫星的概略位置。 3．GPS卫星信号及SA、AS技术 （1） GPS卫星信号 GPS卫星信号与导航电文是通过发射高频载波信号来传送的（图16-4），振荡器产生一个基准频率F0=10.23 MHz的高频载波信号，分别以154倍和120倍实现倍频后，形成两个载波频率信号L1=1 575.42MHz，L2=1 227.60 MHz，波长分别为λ1=19.03 cm，λ2=24.42 cm。 GPS卫星的三种码信号（载波的三种相位调制 ）： P码或精码：两个载波被F0调制的伪随机码；主要用于较精密的导航定位，只供美国军方和授权用户使用。 C/A码或粗码： L1载波频率被调制为0.1F0的