GPS测量原理及控制测量.PPT

GPS原理及其应用 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院 2007年6月6日 第一章 GPS卫星定位原理 一、卫星定位技术发展的回顾 二、GPS定位系统的组成 三、GPS定位的观测方程 四、GPS卫星测量的误差来源 五、差分法载波相位测量和观测的线性组合 一、卫星定位技术发展的回顾 人类从直立并漫游世界时就开始寻找一种简单方式确定他所在位置和方向。如：堆石头做标记，但可能遭到雨水破坏；在开始探索海洋时，星星是唯一能依靠的东西，但仅能在晴朗的夜晚进行，且由于距离太远使其无论在何处看起来都一样，故需要精确的量测（早期天体导航的误差可达几百米至几千米）。 卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的。五十年代美国国家大地测量局。 开始利用卫星几何光学观测法和卫星轨道跟踪法建立全球卫星网和全球地心坐标系，建立了一个由45个点组成的全球三角网。前苏联和若干欧洲国家也作了类似的工作。六十年代美国还完成了多普勒卫星定位系统---海军子午导航卫星系统（NNSS）的布设，并于1968年向民用开放。前苏联也建立了一个由12颗所谓宇宙卫星组成的叫做CICADA系统的卫星导航系统，自此揭开了卫星定位的新篇章。接着美国在七十年代又开始研制第二代卫星定位系统---全球定位系统（GPS）。 进入八十年代，GPS得到了全面的发展。它的定位精度非常高，在大地测量和地球动力学中获得了日益广泛的应用。俄罗斯、法国和德国也相继研制了GLONASS、DORIS和PRARE系统。GLONASS系统定位原理与GPS系统相类似。DORIS为地基系统，其建立的主要目的用于美、法合作的海洋计划TOPEX/POSEIDON的精密定轨，也用于绝对与相对定位以及监测地壳运动。PRARE（Precise Range And Range-rate Equipment）为一种精密双向、双频（S/X带）卫星跟踪系统，它可以测定时钟参数、轨道根数、站坐标和地球自转参数。 进入九十年代,空间定位技术群更是得到了空前的发展,GLONASS系统正式投入运行，西欧欧洲空间局(ESA)开始筹建NAVSAT,NAVSAT是由6颗地球同步卫星(GEO)和12颗高椭圆轨道卫星(HEO)组成的混合卫星星座.可实现全天候、实时导航和定位。日本也在积极筹划建立日本的多功能卫星增强系统(MSAS)。 国际移动卫星组织(原名国际海事卫星组织,简称INMARSAT)是提供全球通信的国际间合作组织,中国是INMARSAT的创始成员国之一.该组织可通过所属的通信卫星，提供全球移动通信服务。 国际海事卫星组织，计划对其第三代卫星INMARSATIII进行改进，使其具有转发GPS/GLONASS导航信息的能力。国际民航组织（ICAO）为了打破一两个国家独霸卫星定位的被动局面,计划组建民用的GNSS系统,在2000年以前,建成与完善由GPS+GLONASS+INMARSAT+GAIT+RAIM组成的混合系统。其中GAIT为地面增强和完好式监视系统,RAIM为机载独立完善监控系统. 混合系统建成之后,ICAO将允许在某特定空域内,将GNSS作为单一的导航手段运行.2000年以后，ICAO将组建纯民用GNSS系统,建成后,GNSS将拥有30颗卫星作为其第一代全球卫星导航系统,这一系统不仅能提供与GPS和GLONASS系统类似的导航定位功能。,还能同时具有全球卫星移动通信的能力。这一组合导航系统的开发，全球将形成GPS/GLONASS/GNSS/INMARSAT等多种卫星定位系统的多元化的空间资源环境。这将从根本上改变对单一系统的依赖，使卫星定位技术的所有权、控制权和运营权实行国际化，到那时卫星定位技术才能成为能够使人们完全放心使用的空间定位系统。 返 回 二、GPS定位系统的组成 GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射L波段的载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。因此，GPS定位系统是由以下三个部分组成： （1）GPS卫星星座（空间部分） （2）地面监控系统（地面控制部分） （3）GPS信号接收机（用户设备部分）。 这三部分有各自独立的功能和作用，对于整个全球定位系统来说，它们都是不可缺少的。 （一）GPS卫星和星座 自1978年2月22日第一颗GPS试验卫星（PRN4）入轨运行之后，到1985年10月9日最后一颗GPS试验卫星入轨运行为止，总共发射了11颗GPS试验卫星（Block I），其中由于发射故障以及卫星入轨后出现的故障，实际上只有部分GPS试验卫