GPS原理与应用(简化版).ppt

概论 1 GPS测量与经典测量方法的对比： 2 历史和背景 3 系统的组成 4 GPS卫星 5 地面控制站 6 用户设备 7 GPS定位原理 8 GPS测量 GPS测量与经典测量方法的对比： 不需要相互通视 观测作业不受天气条件的影响 网的质量与点位的分布情况无关 能达到大地测量所需要的精度水平 白天和夜间均可作业 经济效益显著 2 历史和背景 GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统 （1）全球通用 （2）24小时可以定位，测速和授时 （3）用户设备成本低廉 （4）确保美国军事安全，服务于全球战略 （5）导航精度可达10—20m （6）取代现存各种导航系统 这种设备可以用来武装战车，舰船和飞机，提高其作战能力，并可广泛用于地面部队。其作用在海湾战争中已得到相当充分的显示。 2 历史和背景 GPS与NNSS的主要特征 2 历史和背景 GPS与GLONASSS的主要特征 4 GPS卫星 24颗卫星（21+3） 6个轨道平面 55o轨道倾角 2万km轨道高度（地面高度） 12小时（恒星时）轨道周期 5个多小时出现在地平线以上（每颗星） 5 地面控制站 一个主控站：科罗拉多?斯必灵司 三个注入站：阿松森（Ascencion) 迭哥?伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii) 6 用户设备－1 二、GPS卫星定位原理 有源、被动式 无线电测距交会定位 GPS定位方法 伪距单点定位 精度15~20米 载波相位相对定位 广播星历：±（5mm+1ppm*D） 精密星历：长距离1*10-8 差分定位 位置差分 ±3-5m 可靠性差 伪距差分 ±3-5m 适用范围100海里 相位平滑伪距差分 ±1m 载波相位实时差分（RTK）1-2cm适用范围30公里 广域差分 ±3-5m 长距离大范围 GPS卫星信号特点 选用两个载波频率 fL1=1575.42MHz, λ1=19.05cm fL2=1227.60MHz, λ2=24.45 两个频率可测定电离层延迟，消除电离层延迟误差 采用伪随机躁声码扩频技术 C/A码： 捕获码，用于捕获卫星，每棵卫星有不同的C/A码； 粗码，可用于测距，但精度低,码元宽293m。 P码： 精码，用于快速精确定位,码元宽29.3m 第二代GPS卫星BLOCKⅡ将要采取措施 增大L1，L2信号功率，L2上加上C/A码，以提高C/A的定位精度。 采用稳定度更高的氢原子钟，日稳定度可达到1×10－15 增大太阳能帆板到13.4m2，提高供电功率1136w 提高抗核辐射和抗激光辐射能力，采用新设计天线提高抗干扰能力 将卫星增加到30颗，每颗卫星重1075kg，卫星寿命10年 增加卫星间通信能力和卫星间测距能力，加强了轨道调整能力 二、GPS观测误差 一）、与卫星有关误差 卫星星历误差：轨道偏差 卫星钟差 相对论效应 ? 二）、信号传送误差 电离层延时 对流层延时 多路径效应 三）、观测及接收设备误差 接收机钟差 接收机噪声 天线相位中心误差 天线安置误差 ? 四）、其它误差 地球固体潮 地球海潮 美国SA政策 一）与卫星有关误差 1）、卫星星历误差 1. 广播星历：由地面监测站测定卫星轨道外 推轨道，精度25m。 精密历：实测后处理提供星历，＜5cm IGS站上取，中国地壳形变网 3. 解决方法 ①建立卫星跟踪网精密定轨 ②轨道松弛法：半短弧法：三个方向为未知数 短弧法：6个轨道根数为未知数 ③二