GPS測量原理與應(yīng)用-講義.ppt

GPS測量原理與應(yīng)用 The Principle and Application of GPS,主講：李克昭,第一講：GPS概述及理論基礎(chǔ) 第二講：GPS信號及其測量原理 測量平差基礎(chǔ) 第三講：GPS靜態(tài)定位原理 第四講 GPS動態(tài)定位原理 第五講 GPS控制網(wǎng)的設(shè)計與外業(yè)工作 第六講 GPS定位測量數(shù)據(jù)處理 第七講 GPS定位測量技術(shù)應(yīng)用 第八章 現(xiàn)代全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)發(fā)展,Basic course outline,實習(xí)安排： 第11周：周三上午 第一大節(jié) GPS接收機(jī)的認(rèn)識和使用 第13周：周三上午 第一大節(jié) GPS網(wǎng)的布設(shè)和數(shù)據(jù)采集 第13周：周五上午 第一大節(jié) 學(xué)院機(jī)房實習(xí)，GPS數(shù)據(jù)下載 第14周：周三上午 第一大節(jié) 學(xué)院機(jī)房實習(xí)，GPS數(shù)據(jù)處理 第15周：周三、五上午 第一大節(jié) RTK的認(rèn)識和使用 答疑時間：周四晚，地點：學(xué)院310,參考書籍及網(wǎng)址：(Text books) 1.張勤, 李家權(quán). GPS測量原理及應(yīng)用. 科學(xué)出版社. 2.徐紹銓, 張華海, 楊志強(qiáng) 等. GPS測量原理及應(yīng)用. 武漢大學(xué)出版社. 3.干國強(qiáng). 導(dǎo)航與定位現(xiàn)代戰(zhàn)爭的北斗星. 國防工業(yè)出版社. 4.袁建平 等. 衛(wèi)星導(dǎo)航原理與應(yīng)用. 中國宇航出版社. 5.張守信. GPS衛(wèi)星測量定位理論與應(yīng)用. 國防科技大學(xué)出版社. 6.董緒榮 等. GPS/INS組合導(dǎo)航定位及其應(yīng)用. 國防科技大學(xué)出版社. 7.許其鳳. GPS衛(wèi)星導(dǎo)航與精密定位. 解放軍出版社.,參考書籍及網(wǎng)址(續(xù))： 8. 麻省理工學(xué)院開放式課程網(wǎng)頁。/cocw/mit/Earth-Atmospheric-and-Planetary-Sciences/12-540Principles-of-the-Global-Positioning-SystemSpring2003/Calendar/index.htm. 9. 武漢大學(xué)GPS原理及其應(yīng)用課程專題網(wǎng)站。/jpkcsite/gps/gpscourse/index.asp. 10.卡爾加里大學(xué)Geomatics Engineering. http:/www.geomatics.ucalgary.ca/research/researchareas.,第一講：GPS概述及理論基礎(chǔ) （The Summarization and Basic Theory of GPS） 內(nèi)容（Contents）： 1.1 GPS概述 GPS的產(chǎn)生 GPS系統(tǒng)的組成 GPS的定位特點及優(yōu)勢 GPS的應(yīng)用發(fā)展及前景 1.2 GPS定位基本原理及基礎(chǔ),1.1.1 GPS的產(chǎn)生 (The Birth of GPS) GPS導(dǎo)航的本質(zhì)是將陸基的無線電導(dǎo)航搬到天基。這是一個發(fā)展的過程，也是GPS產(chǎn)生的過程。因此，在將GPS的產(chǎn)生史，我們就得先回顧一下無線電導(dǎo)航的發(fā)展史。 （a）第一次世界大戰(zhàn)，海上首次使用了無線電通信，與此同時，在海岸上開始安裝發(fā)射375kHz連續(xù)無線電波的無線電信標(biāo)臺。（無線電導(dǎo)航雛形） （b）第二次世界大戰(zhàn)，由于軍事需求，加速了無線電導(dǎo)航的發(fā)展。主要發(fā)明了羅蘭-A（LORAN-A）。,（c）二戰(zhàn)后，50年代末期，美國海岸警衛(wèi)隊研制了羅蘭-C（相對羅蘭-A而言，覆蓋范圍大，導(dǎo)航精度提高）。為了實現(xiàn)全球?qū)Ш剑绹诌M(jìn)一步研制了奧米伽系統(tǒng)。該系統(tǒng)雖然做到了全球覆蓋，但存在如下不足： （1）由于電磁波傳播受各種因素影響，定位精度到24海里； （2）多值性； （3）數(shù)據(jù)更新率低； （4）用戶設(shè)備昂貴，限制廣泛使用； （5）全球設(shè)站，維護(hù)代價很高。 怎么辦？,1957年10月4日晚，前蘇聯(lián)的拜科努爾發(fā)射場一聲巨吼，由P-7洲際導(dǎo)彈改進(jìn)的衛(wèi)星號運載火箭將世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克”1號（C-1，Sputnik-1）送入了近地軌道。,重83kg，直徑58cm,隨后3個月，即1958年1月31日，美國發(fā)射了“探索者1號“（重13.89，直徑13cm）。從此，美蘇的太空競爭就拉開了序幕。,既然衛(wèi)星上天了，能否將無線電導(dǎo)航設(shè)備放到衛(wèi)星平臺上以克服地基無線電導(dǎo)航的缺陷？ 1958年12月，美國海軍和霍普金斯大學(xué)物理實驗室就聯(lián)合研制NNSS（Navy Navigation Satellite System）。由于衛(wèi)星軌道近似圓形且經(jīng)過地球南、北極上空，又稱NNSS為子午衛(wèi)星系統(tǒng)（Transit )。,NNSS衛(wèi)星運行圖 衛(wèi)星軌道高度9501200km，運行周期約為107min,子午衛(wèi)星是第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，跨越了從地基無線電導(dǎo)航到天基無線電導(dǎo)航的歷程，但其仍然存在許多缺點，主要是： （1）衛(wèi)星數(shù)量少（6顆），不能實現(xiàn)連續(xù)實時導(dǎo)航； （2）衛(wèi)星軌道高度低，難以實現(xiàn)精密定軌； （3）信號頻率低，難以補償電離層效應(yīng)的影響。 正因為如此，美國國防部于1973年12月批準(zhǔn)陸?？杖娐?lián)合研制新的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，于是乎，GPS就產(chǎn)生了。,1.1.2 GPS的系統(tǒng)組成 GPS的英文全稱是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System，簡稱GPS，有時也被稱作NAVSTAR GPS。其意為“導(dǎo)航星測時與測距全球定位系統(tǒng)”，或簡稱全球定位系統(tǒng)。,GPS系統(tǒng)由3部分組成： （1）空間部分； （2）地面監(jiān)控部分； （3）用戶接收部分。,空間部分GPS衛(wèi)星星座,GPS衛(wèi)星的3個基本功能： （1）執(zhí)行地面監(jiān)控站的指令，接收和存儲地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息； （2）向用戶播送導(dǎo)航電文，提供導(dǎo)航和定位信息； （3）授時。通過高精度的衛(wèi)星鐘，向用戶提供精密的時間基準(zhǔn)。,地面監(jiān)控部分 GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)區(qū)段目前由5個地面站組成，其中主要包括主控站（Master Control Station，MCS），地面天線站和監(jiān)測站。,用戶設(shè)備部分,GPS系統(tǒng)的用戶設(shè)備部分由GPS接收機(jī)硬件和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件及微機(jī)及其終端設(shè)備組成。,1.1.3 GPS的定位特點及優(yōu)勢 (1)提供全天候、全球性的導(dǎo)航和定位服務(wù)； （2）可進(jìn)行高精度、高速度的實時精密導(dǎo)航和定位； （3）用途廣泛，操作簡便。,1.1.4 GPS的應(yīng)用發(fā)展及前景 （The Development and Promotion of GPS Application),GPS在軍事中的應(yīng)用,交會對接空間科學(xué)研究中的應(yīng)用,ETS-VII空間自主交會對接仿真驗證示意圖,OE在軌實驗衛(wèi)星,GPS在交通運輸業(yè)中的應(yīng)用,航運、航空搜索 陸路交通（車輛導(dǎo)航、監(jiān)控） 船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水,GPS在測量中的應(yīng)用,建立和維持全球性的參考框架,GPS在測量中的應(yīng)用（續(xù)）,板塊運動和監(jiān)測,GPS在測量中的應(yīng)用（續(xù)）,建立各級國家平