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数字测图与卫星导航复习材料
数字测图与卫星导航-GNSS原理及应用
绪论
1.空间定位技术的发展
上世纪80年代，全球定位系统GPS得到了全面发展，由于它具有用途广泛、定位精度高、观测简便及经济效益显著等特点，使大地测量发生了一场深刻的技术革命。
GPS技术和其他卫星测量技术一起，形成了大地测量学的一个新的分支学科——卫星大地测量学。
GPS定位系统
GPS系统由GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）和GPS信号接收机（用户设备部分）组成。
(1)GPS卫星星座（空间部分）
21颗工作卫星+3颗在轨备用卫星，6个轨道平面，倾角55度，平均高度20200km，T=11h58min
GPS卫星的作用是接收和播发由地面监控系统提供的卫星星历。
GPS卫星基本功能：
接收和储存地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；
通过高精度钟提供精密时间标准；
即时向用户发送定位信息；
在地面监控站的指令下调整卫星姿态和启动备用卫星；
卫星设有微处理机，进行必要的数据处理。
(2)地面监控系统（地面控制部分）
包括卫星监测站、主控站和信息注入站。
监测站：主控站直接控制的数据自动采集中心，接收机对卫星进行连续观测，采集数据和监测卫星工作情况。
主控站：协调管理所有地面监控系统。推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数并传到注入站；提供全球定位系统的时间基准；调整偏离轨道的卫星；启用备用卫星。
注入站：将卫星星历、钟差、导航电文等注入卫星储存系统并监测注入信息等正确性。
(3)用户设备部分
GPS接收机硬件（主机、天线、电源）；数据处理软件；终端设备。
GPS系统（GPS卫星定位测量）特点
GPS是一种以空间卫星为基础的无线电导航与定位系统，能为世界上任何地方的用户全天候、全时间、连续提供精确的三维位置、三维速度及时间信息，具有实时性的导航、定位和授时功能。
GPS各领域应用
军事、交通运输、测量、其他
GLONASS定位系统
俄罗斯正在着手GLONASS系统现代化的工作
GALILEO定位系统
北斗卫星导航系统
北斗卫星定位技术发展与现状
1994北斗卫星导航试验系统建设
2004北斗卫星导航系统建设
2020形成全球无源服务能力
北斗卫星组成
天空部分、地面部分、用户部分、信号部分
空间部分：5GEO+30Non-GEO
地面部分：监测站、主控站、上行注入站
时间系统：北斗时BDT，溯源协调世界时UTC，时间偏差笑语100ns，起算历元2006.1.10:00:00
坐标框架：中国2000大地坐标系（CGCS2000）
北斗卫星应用
交通、海洋渔业、水利、农业、电力、大众应用
北斗卫星挑战机遇优势
地球静止轨道卫星GEO
中高度圆轨道卫星MEO
倾斜地球同步轨道卫星IGSO
北斗卫星对GNSS贡献
问：北斗和GPS之间有什么区别和联系？
区别：
轨道不同，GPS只有MEO，北斗有GEO，MEO，IGSO
时间系统不同
坐标系统不同，北斗使用CGCS2000，GPS使用WGS84
建成时间不同
信号频率不同
北斗可以发短信
地面控制部分不同
联系：
定位原理大致相同
都有三个部分组成
坐标系统和时间系统
天球坐标系（天固系）
定义元素
原点、轴指向、长度单位
表达方法
天球空间直角坐标系：
原点：地球质心
Z：天球北极
X：春分点
Y：与x、z构成右手系
天球球面坐标系
原点、向径，赤经，赤纬
岁差、章动
岁差：
在引力作用，将使北天极绕北黄极以顺时针方向缓慢旋转，近似地构成一个以北黄极为中心，黄赤交角为半径的小圆。
瞬时平北天极（平北天极）：按上述规律天球上运动的北天极
瞬时天球平赤道、瞬时春分点：对应平北天极
瞬时北天极（真北天极）：观测时的北天极
瞬时天球赤道、瞬时春分点（真天球赤道、真春分点）：与瞬时北天极对应
岁差影响下，北天极每年西移50.371″，周期25800年。
章动：
瞬时北天极绕瞬时平北天极旋转产生的椭圆形轨道。
瞬时极天球坐标系和协议天球坐标系
瞬时极天球坐标系（真天球坐标系）:
以瞬时北天极和瞬时春分点为基准
原点：地球质心
z：指向瞬时地球自转轴（真北天极）
x指向瞬时春分点
y构成右手系
协议天球坐标系（平天球坐标系）:
非惯性坐标系统
2000.1.15的平赤道和平春分点作为协议依据。
地球坐标系（地固系）
定义
地心空间直角坐标系
坐标原点：地球质心
z指向地球北极
x指向格林尼治平子午面与地球赤道的交点
y形成右手系
地心大地坐标系
大地纬度为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角。
大地经度为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角。
大地高为地面点沿椭球法线至椭球面的距离，以远离方向为正。
极移
概念：地球自转轴相对地球体位置变化，从而地极点在地
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