卫星定位技术发展概况.docVIP

第一讲 卫星定位技术发展概况 学习指南 主要讲述全球卫星定位系统的发展过程，简单地介绍了NNSS系统、GLONASS系统和“伽利略”（GALILEO）计划的基本情况，重点介绍了GPS系统的发展、系统特点及其应用。 对本章的学习要重点突出GPS系统的定义，GPS定位系统相对于与其他定位系统的特点，理解和掌握 GPS测量技术相对于常规测量技术的各项特点。 本单元教学重点和难点 GPS定位系统的组成。 教学目标 1、了解GPS卫星定位技术的发展概况； 2、掌握GPS系统的组成； 3、了解其它各种卫星定位系统。 一、卫星定位技术发展概况 1957年10月4日，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星后，人们就开始利用卫星进行定位和导航的研究，人类的空间科学技术研究和应用跨入了一个崭新的时代，世界各国争相利用人造地球卫星为军事、经济和科学文化服务。同时，卫星定位技术在大地测量学的应用也取得了惊人的发展，迅速跨入了一个崭新的时代。 1. 早期的卫星定位技术 卫星定位技术是指人类利用人造地球卫星确定测站点位置的技术。卫星大地测量就是利用人造地球卫星为大地测量服务的一门学科。它的主要内容是在地面上观测人造地球卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大地测量任务，例如测定地面点的相对位置，测定地球的形状和大小等。 早期，人造地球卫星仅仅作为一种空间观测目标，由地面上的观测站对卫星的瞬间位置进行摄影测量，测定测站点至卫星的方向，建立卫星三角网。同时也可利用激光技术测定观测站至卫星的距离，建立卫星测距三角网。通过这两种观测方法，均可以实现地面点的定位，也能进行大陆同海岛的联测定位，解决了常规大地测量难以实现的远距离联测定位问题，这是常规定位技术望尘莫及的。 1966至1972年期间，美国国家大地测量局在英国和联邦德国测绘部门的协作下，用卫星三角测量方法测设了一个具有45个测站点的全球三角网，获得了±5m的点位精度。然而，由于卫星三角测量受天气和可见条件影响，观测和成果换算需耗费大量的时间，同时定位精度不甚理想，并且不能得到点位的地心坐标。因此，卫星三角测量技术成为一种过时的观测技术，很快就被卫星多普勒定位技术所取代。 2. 卫星多普勒定位系统 1958年12月，美国海军武器实验室和詹斯·霍普金斯（Johns Hopkins）大学物理实验室为了给美国海军“北极星”核潜艇提供全球性导航，开始研制一种卫星导航系统，称之为美国海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System），简称NNSS系统。在这一系统中，由于卫星轨道面通过地极，所以又被称为子午卫星导航系统。1959年9月美国发射了第一颗实验性卫星，到1961年11月，先后发射了9颗试验性导航卫星。经过几年实验研究，解决了卫星导航的许多技术问题。从1963年12月起，陆续发射了由6颗卫星组成的子午卫星星座，1964年该系统建成并投入使用。该系统轨道接近圆形，卫星高度为1100Km，轨道倾角为90°左右，周期约为107min，在地球表面上的任何一个测站上，平均每隔2h便可观测到其中一颗卫星。 卫星多普勒定位系统即美国海军导航卫星系统，它由三部份组成：卫星星座、地面跟踪网和用户接收机。地面跟踪网由跟踪站、计算中心、注入站、海军天文台和控制中心五部份组成。它们的任务是测定各颗卫星的轨道参数，并定时将这些轨道参数和时间信号注入到相应的各颗卫星内，以便卫星按时向地面播发。接收机是用来接收卫星发射的信号、测量多普勒频移、解译卫星的轨道参数，以测定接收机所在位置的设备。由于接收机都是采用多普勒效应原理进行接收和定位的，所以也称为多普勒接收机。 1967年7月29日，美国政府宣布解密子午卫星的部份导航电文而提供民用，由于卫星多普勒定位具有经济、快速、精度较高、不受天气和时间限制等优点，只要能见到子午卫星，便可在地球表面的任何地方进行单点和联测定位，从而获得测站的三维地心坐标。因此，卫星多普勒定位迅速从美国传播到欧亚及美洲的许多国家。70年代中期，我国开始引进卫星多普勒接收机。西沙群岛的大地测量基准联测，是我国应用卫星多普勒定位技术的先例。自80年代初期以来，我国开展了几次较大规模的卫星多普勒定位实践：国家测绘局和总参测绘局联合测设的全国卫星多普勒大地网；由原武汉测绘科技大学与青海石油管理局、新疆石油管理局、原石油部地球物理勘探局合作测设西北地区卫星多普勒定位网；即使在远离我国一万七千余公里的南极乔治岛上，也用卫星多普勒定位技术精确测得我国长城站的地理位置为南纬，西经，高程为，长城站至北京的距离为。 在美国子午卫星系统建立的同时，前苏联于1965年开始也建立了一个卫星导航定位系统，叫做CICADA。它与NNSS系统相似，也是第一代卫星定导航系统。该系统由12颗卫星组成CICADA星座，轨