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南方测绘 GNSS 客户培训教材之 GPS 组成及原理 沈阳南方 GNSS 小组 2009 年 6 月 一、什么是 GNSS GLONASS 、 Galileo 、 GPS 、北斗这些导 航卫星系统统称 GNSS(Global Navigation Satellite System 其中目前的导航卫星系统主要有： GPS —— 美国的卫星导航系统 GLONASS —— 俄罗斯 Galileo —— 欧盟 （中国有 20% 研发权） 北斗 —— 中国 （中国自己的定位系统） GPS 发展简史 1957 年 10 月 4 日 第一颗人造卫星 Sputnik I （苏）发射成功。 1958 年 12 月开始设计 NNSS(Navy Navigation Satellite System) – TRANSIT ，即子午卫星系统。 1964 年 1 月该系统正 式运行。 1967 年 7 月系统解密以供民用。 1973 年 12 月，美国国防部（ DOD ）批准研制 GPS 。 1978 年 2 月 22 日，第 1 颗 GPS 试验卫星发射成功。 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， IGS 成立。 1995 年 7 月 17 日， GPS 达到 FOC – 完全运行能力（ Full Operational Capability ）。 1999 年 1 月 25 日，美国副总统戈尔宣布，将斥资 40 亿美圆，进行 GPS 现代化。 1999 年 8 月 21/22 日子夜， GPS 发生 GPS 周结束翻转 (EOW) 问 题。 2000 年 1 月 1 日， Y2K 问题。 2000 年 5 月 1 日，美国总统克林顿宣布， GPS 停止实施 SA 。（实 际停止实施 SA 是 5 月 2 日） 美国 GPS 系统组成 目前各种 GNSS 产品中，使用最广泛的仍 然是美国的 GPS 系统。 GPS 系统组成： 1 、空间卫星部分 2 、地面控制部分 3 、用户使用部分 空间部分 （ Space Segment ） GPS 卫星星座 设计星座： 21+3 21 颗正式的工作卫星 +3 颗活动的备用卫星 6 个轨道面，平均轨道高度 20200km ，轨道倾角 55 ? ， 周期 11h 58min （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 至 8 颗卫星 当前星座： 28 颗 GPS 卫星 作用： 接收、存储导航电文 生成用于导航定位的信号（测距码、载波） 发送用于导航定位的信号（采用双向调制法调 制在载波上的测距码和导航电文） 接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 主要设备 太阳能电池板 原子钟（ 2 台铯钟、 2 台铷钟） 信号生成与发射装置 地面监控部分 （ Ground Segment ） 主控站： 1 个 监测站： 5 个 注入站： 3 个 通讯与辅助系统 地面监控部分各组成单位的作用 主控站 管理、协调地面监控系统各部分的工作 编算广播星历 － 轨道参数、卫星钟改正数等 调整卫星状态 调度卫星 监测站 对卫星进行跟踪观测 记录气象数据 将数据传送到主控站 注入站 向卫星注入导航电文和指令等 通讯与辅助系统 用户部分 （ User Segment ） GPS 信号接收机及其它仪器设备 GPS 信号接收机 组成： 天线单元、带前置放大器、接收天线、接收 单元 信号通道、存储器、微处理器、输入输出 设备、电源 GPS 定位方法分类 定位模式 绝对定位（单点定位） 相对定位 差分定位 定位时接收机天线的运动状态 静态定位－天线相对于地固坐标系静止 动态定位－天线相对于地固坐标系运动 获得定位结果的时效 事后定位 实时定位 观测值类型 伪距测量 载波相位