GPS测量原理与应用复习资料.docVIP

GPS 测量原理及应用 第一章绪论 ?GPS 的含义：全球定位系统（GPS）是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。 ?卫星导航系统分类： 按用户接收机是否发射信号分类：无源系统、有源系统。 按测量的参数分类：测距导航系统、测距离差导航系统、卫星多普勒导航系统、 测角导航系统、混合系统。 按卫星运行轨道高度分类：低轨道（近地轨道）、中高轨道、同步轨道。 ④按工作区域分类：全球覆盖系统、区域覆盖系统。 –北斗一号卫星导航定位系统： 北斗导航系统同时具备定位与双向通信能力，可以独立完成移动目标的定位与调度功能；GPS 系统本身不具备通信能力，需要和其他通讯系统结合才能实现移动目标的远程定位与监控功能。 北斗导航系统是区域性导航系统；GPS系统是全球性导航系统。 北斗导航系统是由我国自主控制；GPS系统是由美国军方控制。 –欧盟伽利略系统： ①空间段：由分布在三个轨道上的30 颗中等高度轨道卫星（MEO）构成，每个轨道面上有 10 颗卫星（9 颗正常工作，1 颗运行备用）；轨道面倾角 56 度。 ②地面段：包括全球地面控制段、全球地面任务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施地面管理机构。 ③用户：用户端主要就是用户接收机及其同等产品，伽利略系统考虑将与 GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统，因此用户接收机将是多用途、兼容型接收机。 –前苏联 GLONASS 系统：星座轨道为 3个等间距椭圆轨道，轨道面间夹角 120°，轨道倾角 64.8°，偏心率0.01，每个轨道上等间距地分布 8颗卫星。卫星离地高度 19100km，绕地运行周期为 11 时15 分，地迹重复周期为 8 天，轨道同步周期 17圈。其卫星轨道倾角大于GPS卫星轨道倾角，所以在高纬度地区的可视性好。面控制系统包括 1 个系统控制中心、1 个指令跟踪站，网络分布于俄罗斯境内。 –GNSS 系统：27＋3 颗卫星组成，部署在 3 个中高度圆轨道面上，轨道高度 23616km，倾角 56°，设计思想是完全从民用出发，与 GPS、GLONASS兼容，有2个控制中心。 GPS 系统组成：由空间部分、地面控制部分、用户设备部分三部分组成。 –GPS 卫星星座：21颗正式的工作卫星＋3颗活动的备用卫星。6 个轨道面，平均高度 20200km，轨道倾角55°，周期 11h58min（顾及地球自转，地球—卫星的几何关系每天提前 4min 重复一次）。保证在 24小时，在高度角 15°以上，能够同时观测到 4—11 颗卫星。 –地面监控系统：包括 1 个主控站、3个注入站和 5 个监测站。 ?GPS 系统各部分的作用 –GPS 卫星：①向用户发送导航定位信号。②接收注入站发送的导航电文和其他信息。③接收调度命令，改正运行偏差或启用备用时钟。 –主控站：①采集数据：主控站采集各个监测站所测得的伪距和积分多普勒观测值、气象要素、卫星时钟和工作状态的数据，监测站自身的状态数据，以及海军水面兵器中心发来的参考星历。②编辑导航电文：根据采集到的全部数据计算出每一颗卫星的星历、时钟改正数、状态数据，以及大气改正数，并按一定的格式编辑为导航电文，传送到注入站。③诊断功能：对整个地面支撑系统的协调工作进行诊断；对卫星的健康状况进行诊断，并加以编码向用户指示。④调整卫星：根据所测的卫星轨道参数，及时将卫星调整到预定轨道，使其发挥正常作用，而且还可以进行卫星调度，用备份卫星取代失效的工作卫星。 –监测站：为主控站提供卫星的观测数据、气象数据。 –注入站：将主控站发来的导航电文注入到相应的卫星存储器。 –GPS 信号接收机：①捕获卫星信号、跟踪卫星运行。②对接收的 GPS 信号进行变换、放大和处理。③测出信号传播时间，解译导航电文。④实时计算测站的三维坐标、三维速度和时间。 ?GPS系统的特点：定位精度高；观测时间短；测站间无需通视；可同时提供三维坐标；操作简便；全天候作业；功能多、应用广。 第二章坐标系和空间系 ?坐标系统的定义：坐标原点的位置、三个坐标轴的指向、坐标轴的长度单位。任一坐标系中，坐标值与空间点位一一对应。 球面坐标系：以地球质心为坐标系的原点，以天极和春分点作为天球定向基准的坐标系 ?常用的坐标系统 –球面坐标系：以地球质心为坐标系的原点，以天极和春分点作为天球定向基准的坐标系。 –大地坐标系：以参考椭球中心为原点，起始子午面和赤道面为基准面的地球坐标系。 空间直角坐标系：直角坐标系定义的三要素：坐标原点的位置、三个坐标轴的指向、坐标轴长度单位 ?常见的时间系统 –恒星时：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间系统。 –