控制测量学_GPS卫星测量原理解析.ppt

（3）开发GPS与GLONASS兼容接收机 由于GPS和GLONASS在系统的构成、工作卫星的数目、工作频段和定位原理上都相似，开发能同时跟踪观测两系统的兼容接收机，不仅可增加可观测卫星数目，而且可有效地减弱美国限制性政策（SA）的影响，提高导航定位的安全性、可靠性和准确性。 （4）研究与开发差分GPS定位技术 差分GPS（Differential GPS—DGPS）通常指用户应用测距码进行实时相对定位技术。由于在相邻观测站上，SA对同一卫星观测值的影响具有强相关性。在一定范围内可明显减弱SA等误差影响，显著提高定位精度。 此外，进一步改善GPS接收机对卫星信号的跟踪技术，研究和完善GPS定位的工作模式和数据处理方法，开发相应软件，对克服美国对用户的限制，提高定位精度均有重要意义。 东华理工学院 控制测量学 GPS卫星测量原理 第一节 导言 §1.1 GPS定位技术的兴起与技术特点 1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，40年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多领域，得到了极广泛应用。 1. GPS的由来 人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。1958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System——NNSS）。由于该系统卫星都通过地极，也称“子午(Transit)卫星系统”。 1964年该系统建成，并在美国军方启用。1967年美国政府批准该系统解密，提供民用。该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。 尽管NNSS在导航技术的发展中具有划时代的意义，但由于该系统卫星数目少（5-6颗），运行轨道低（1000km ）,观测时间长（1.5小时），无法提供连续实时三维导航，同时获得一次导航解的时间长，难以满足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航要求。而从大地测量看，定位速度慢，一个测站一般平均观测1-2天；精度低，单点定位精度3-5m，相对定位精度1m，使得在大地测量和地球动力学研究方面的应用，也受到很大限制。 为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星授时测距/全球定位系统”（Navigation Satellite Timing and ranging / Global Positioning System）简称全球定位系统（GPS）。 为使GPS具有高精度连续实时三维导航和定位能力，以及良好的抗干扰性能，在设计上采取了若干改善措施。 GPS与NNSS的主要技术特征 系统特征 NNSS GPS 载波频率MHz 400， 150 1575， 1227 卫星平均高度km 1100 20200 卫星数目 颗 5-6 21+3 运行周期 min 107 720 卫星钟稳定度 10-11 10-12 2. GPS系统的特点 GPS定位技术相对于经典测量技术，有如下特点： 1 观测站之间无需通视。但应保证观测站上方开阔。 2 定位精度高。目前在小于50km的基线上，相对定位精度可达1-2?10-6，在100km-500km的基线上可达10-6-10-7，随着观测技术和数据处理方法的改善，在大于1000km的基线上，相对定位精度可望达到10-8。 3 观测时间短。对于小于20km的短基线快速相对定位只需几分钟。 4 提供三维坐标。 5 自动化程度高，操作简便。测量员只需安装并开关仪器、量取仪器高、监视仪器工作状态和采集环境气象数据。而卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。 6 全天候作业。任何时间任何地点连续进行，一般不受天气影响。 § 1.2 GPS的组成概况 1. 空间星座部分 （1） GPS卫星星座组成 24颗卫星，其中3颗备用，分布在6个轨道面上。轨道面相对地球赤道面的倾角为550，各轨道平面升交点赤经相差600，相邻轨道上卫星的升交距角相差300。轨道平均高度约20200km，运行周期11h58m。因此，同一测站上每天出现卫星分布图形相同，只是每天提前约4分钟。每颗卫星每天约有5小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间地点而异，最少4颗，最多达11颗。 GPS卫星迄今已设计了三代。第一代Block1型用于系统实验，称实验卫星，共研制和发射了11颗，设计寿命5年，现已停止工作。第二代Block2和2A型卫星称为工作卫星，共研制了28颗，设计寿命7.5年，从1989年初到1994年上半年发射完毕。第三