GS測量原理與應用講義

GPS測量原理與應用

ThePrincipleandApplicationofGPS主講：李克昭第一講：GPS概述及理論基礎第二講：GPS信號及其測量原理測量平差基礎第三講：GPS靜態(tài)定位原理第四講GPS動態(tài)定位原理第五講GPS控制網的設計與外業(yè)工作第六講GPS定位測量數據處理第七講GPS定位測量技術應用第八章現代全球導航定位系統(tǒng)發(fā)展Basiccourseoutline實習安排：第11周：周三上午第一大節(jié)GPS接收機的認識和使用第13周：周三上午第一大節(jié)GPS網的布設和數據采集第13周：周五上午第一大節(jié)學院機房實習，GPS數據下載第14周：周三上午第一大節(jié)學院機房實習，GPS數據處理第15周：周三、五上午第一大節(jié)RTK的認識和使用答疑時間：周四晚，地點：學院310參考書籍及網址：(Textbooks)1.張勤,李家權.GPS測量原理及應用.科學出版社.2.徐紹銓,張華海,楊志強等.GPS測量原理及應用.武漢大學出版社.3.干國強.導航與定位——現代戰(zhàn)爭的北斗星.國防工業(yè)出版社.4.袁建平等.衛(wèi)星導航原理與應用.中國宇航出版社.5.張守信.GPS衛(wèi)星測量定位理論與應用.國防科技大學出版社.6.董緒榮等.GPS/INS組合導航定位及其應用.國防科技大學出版社.7.許其鳳.GPS衛(wèi)星導航與精密定位.解放軍出版社.參考書籍及網址(續(xù))：8.麻省理工學院開放式課程網頁。/cocw/mit/Earth--Atmospheric--and-Planetary-Sciences/12-540Principles-of-the-Global-Positioning-SystemSpring2003/Calendar/index.htm.9.武漢大學《GPS原理及其應用》課程專題網站。/jpkcsite/gps/gpscourse/index.asp.10.卡爾加里大學GeomaticsEngineering.http://www.geomatics.ucalgary.ca/research/researchareas.第一講：GPS概述及理論基礎

（TheSummarizationandBasicTheoryofGPS）內容（Contents）：1.1GPS概述

GPS的產生 GPS系統(tǒng)的組成GPS的定位特點及優(yōu)勢GPS的應用發(fā)展及前景1.2GPS定位基本原理及基礎1.1.1GPS的產生

(TheBirthofGPS)

GPS導航的本質是將陸基的無線電導航搬到天基。這是一個發(fā)展的過程，也是GPS產生的過程。因此，在將GPS的產生史，我們就得先回顧一下無線電導航的發(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臺。（無線電導航雛形）（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，導航精度提高）。為了實現全球導航，美國又進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2~4海里；（2）多值性；（3）數據更新率低；（4）用戶設備昂貴，限制廣泛使用；（5）全球設站，維護代價很高。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洲際導彈改進的衛(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（CΠ-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，能否將無線電導航設備放到衛(wèi)星平臺上以克服地基無線電導航的缺陷？

1958年12月，美國海軍和霍普金斯大學物理實驗室就聯(lián)合研制NNSS（NavyNavigationSatelliteSystem）。由于衛(wèi)星軌道近似圓形且經過地球南、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950~1200km，運行周期約為107min

子午衛(wèi)星是第一代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，跨越了從地基無線電導航到天基無線電導航的歷程，但其仍然存在許多缺點，主要是：（1）衛(wèi)星數量少（6顆），不能實現連續(xù)實時導航；（2）衛(wèi)星軌道高度低，難以實現精密定軌；（3）信號頻率低，難以補償電離層效應的影響。

正因為如此，美國國防部于1973年12月批準陸?？杖娐?lián)合研制新的軍用衛(wèi)星導航系統(tǒng)，于是乎，GPS就產生了。1.1.2GPS的系統(tǒng)組成

GPS的英文全稱是NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem，簡稱GPS，有時也被稱作NAVSTARGPS。其意為“導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。空間葬部分——撐GP緒S衛(wèi)星大星座GP索S衛(wèi)星扣的3個基帶本功講能：（1）執(zhí)她行地悼面監(jiān)夠控站會的指妨令，懼接收事和存廣儲地冰面監(jiān)產控站串發(fā)來畫的導遞航信臣息；（2）向碎用戶鳥播送奮導航暈電文匙，提像供導繪航和敞定位蒜信息白；（3）授畝時。后通過自高精育度的勻衛(wèi)星糟鐘，努向用賊戶提喝供精伐密的墨時間國基準陣。地面革監(jiān)控剃部分GP各S系統(tǒng)靜的地住面監(jiān)泄控網中絡區(qū)騰段目后前由5個地咱面站哭組成聯(lián)，其酷中主棵要包換括主產控站種（Ma逝st脖er富C殘on姑tr題ol載S畫ta臺ti公on，MC錯S），南地面典天線俯站和犧監(jiān)測舌站。用戶秩設備畝部分GP籮S系統(tǒng)杏的用匙戶設寧備部壤分由GP悉S接收僑機硬么件和園相應貞的數烈據處櫻理軟澇件及逗微機壺及其震終端害設備橡組成粗。1.坑1.咸3躺GP炊S的定欺位特虜點及貼優(yōu)勢(1廁)提供蜻全天蚊候、中全球母性的駕導航擦和定抹位服陡務；（2）可慢進行志高精連度、隙高速品度的泛實時雖精密西導航鐵和定庸位；（3）用饒途廣刻泛，市操作廉簡便春。1.范1.懇4張GP融S的應疑用發(fā)萌展及隨前景（Th念e下De輪ve拒lo限pm初en聾t晃an慕d詳Pr懸om含ot凍io嫩n常of暗G瀉PS屬A崖pp癥li膜ca懂ti燒on)GP槽S在軍燦事中瀉的應殘用GPS導航的艦載飛彈

配備GPS的士兵

美國海軍核潛艇

交會扇對接殼空間領科學曾研究嬸中的嘗應用ET行S-漫VI雙I空間和自主膊交會情對接墻仿真佩驗證落示意般圖OE在軌維實驗澤衛(wèi)星GP惱S在交弱通運尺輸業(yè)膊中的教應用航運腹、航趟空搜掩索陸路符交通惠（車登輛導懸航、咱監(jiān)控召）船舶希遠洋指導航跪和進惕港引娃水GP春S在測虎量中基的應專用建立殺和維南持全候球性癥的參津考框瘡架GP紙S在測鎮(zhèn)量中辛的應報用（具續(xù)）板塊敬運動憂和監(jiān)熄測GP笨S在測寺量中志的應膊用（泥續(xù)）建立惠各級稍國家羅平面己控制糠網GP嶼S在測框量中沃的應櫻用（推續(xù)）布設撤城市查控制寧網、里工程蜜測量繪控制煤網，位進行坡各種回工程現測量GP嗓S在測疲