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第一章 绪 论 §1.1 全球定位系统的产生、发展及前景 §1.2 GPS在各个领域中的应用 §1.3 美国政府的GPS政策 §1.4 其它卫星导航定位系统 §1.1 全球定位系统的产生、发展及前景 什么是GPS？ 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。 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。 GPS概述 建立国家 美国 目的 在全球范围内，提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务 开始筹建时间 1973年 完全建成时间 1995年 GPS概述 系统构成 空间部分、地面控制部分、用户部分 服务方式 通过由多颗卫星所组成的卫星星座提供导航定位服务 定位原理 距离交会 测距原理 被动式电磁波测距 特点 全球覆盖、全天候、不间断、精度高 常规（地面）定位方法 近、现代的常规定位方法 采用的仪器设备 尺：铟钢尺 光学仪器：经纬仪，水准仪 电磁波或激光仪器：测距仪 综合多种技术的仪器：全站仪 观测值 角度或方向观测 距离观测 天文观测方法 常规定位方法的局限性 需要事先布设大量的地面控制点/地面站 无法同时精确确定点的三维坐标 观测受气候、环境条件限制 观测点之间需要保证通视 需要修建觇标/架设高大的天线 边长受到限制 观测难度大 效率低：无用的中间过渡点 受系统误差影响大，如地球旁折光 难以确定地心坐标 子午卫星系统及其局限性 系统简介 NNSS – Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统） 采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统 美国研制、建立 1964年1月建成 1967年7月解密供民用 子午卫星系统及其局限性 系统组成 空间部分 卫星：发送导航定位信号（信号：4.9996MHz ? 30 = 149.988MHz；4.9996MHz ? 80 = 399.968MHz；星历） 卫星星座 – 由6颗卫星构成，6轨道面，轨道高度1075km 地面控制部分 包括：跟踪站、计算中心、注入站、控制中心和海军天文台 用户部分 多普勒接收机 子午卫星系统及其局限性 应用领域 海上船舶的定位 大地测量 精度 单点定位：15次合格卫星通过（两次通过之间的时间间隔为0.8h ~ 1.6h），精度约为10m 联测定位： 各站共同观测17次合格卫星通过，精度约为0.5m 子午卫星系统及其局限性 系统缺陷 卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务 导航定位精度低 卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响 卫星轨道低，难以进行精密定轨 GPS的发展简史—方案论证阶段 1973年12月，美国国防部批准研制GPS。 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。 从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 GPS的发展简史—全面研制和试验阶段 从1979年到1987年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。 GPS的发展简史—实用组网阶段 1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。 1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。 1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 1995年7月17日，GPS达到FOC – 完全运行能力（Full Operational Capability）。 GPS卫星 铯原子钟 计算机 2块7m2的太阳能翼板 无线电收发两用机 导航荷载（接收数据，发射测距和导航数据） 姿态控制和太阳能板指向系 GPS卫星星座组成 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。第三代Block3和2R型卫星尚在设计中，预计20颗，以取代第二代卫星，改善全球定位系统。 GPS星座参数 卫星：24 颗 轨道：面6个 长 半 轴：26609km 偏 心 率：0.01 轨道面相对赤道面的倾角：55° 各轨道面升交点赤经相差：60° 相邻轨道卫星升交距角相差：30° 卫星高度：20200km 卫星运行周期：11小时58分钟 GPS卫星的基本功能 1 接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令。 2 利用卫星上的微处理