GNSS定位測(cè)量技術(shù)PPT完整全套教學(xué)課件

項(xiàng)目1子項(xiàng)目1GNSS定位技術(shù)的發(fā)展.ppt項(xiàng)目1子項(xiàng)目2坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng).ppt項(xiàng)目1子項(xiàng)目3GPS的組成與GPS的信號(hào).ppt項(xiàng)目1子項(xiàng)目4GPS定位的基本原理.ppt項(xiàng)目1子項(xiàng)目5GPS測(cè)量的主要誤差來源及其影響.ppt項(xiàng)目2GPS測(cè)量技術(shù)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).ppt項(xiàng)目3子項(xiàng)目1各級(jí)GNSS控制測(cè)量的實(shí)施.pptx項(xiàng)目3子項(xiàng)目2GNSS測(cè)量數(shù)據(jù)處理.pptxGNSS定位測(cè)量技術(shù)子項(xiàng)目一：

GNSS定位技術(shù)的發(fā)展任務(wù)一衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況常規(guī)（地面）定位方法：

采用的儀器設(shè)備尺：鋼尺光學(xué)儀器：經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀電磁波或激光儀器：測(cè)距儀綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀

觀測(cè)值高差測(cè)量角度或方向觀測(cè)距離觀測(cè)天文觀測(cè)方常規(guī)定位方法的局限性需要事先布設(shè)大量的地面控制點(diǎn)/地面站無法同時(shí)精確確定點(diǎn)的三維坐標(biāo)觀測(cè)受氣候、環(huán)境條件限制觀測(cè)點(diǎn)之間需要保證通視1)需要修建覘標(biāo)/架設(shè)高大的天線2)邊長受到限制3)觀測(cè)難度大4)效率低：無用的中間過渡點(diǎn)受系統(tǒng)誤差影響大，如地球旁折光難以確定地心坐標(biāo)

隨著我們第一顆人造地球衛(wèi)星的成功發(fā)射，人們就進(jìn)入了空間科學(xué)技術(shù)的研究和應(yīng)用，衛(wèi)星定位技術(shù)將我們的大地測(cè)量帶入到了一個(gè)嶄新的時(shí)代。早期的衛(wèi)星定位技術(shù)1、實(shí)質(zhì)就是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量的技術(shù)2、原理

（1）攝影測(cè)量：測(cè)站點(diǎn)至衛(wèi)星的方向—衛(wèi)星三角網(wǎng)（2）激光技術(shù)：測(cè)站至衛(wèi)星的方向—衛(wèi)星測(cè)距三角網(wǎng)后期還出現(xiàn)了無線電技術(shù)，即利用衛(wèi)星發(fā)射的無線電波進(jìn)行距離測(cè)量3、優(yōu)點(diǎn)：遠(yuǎn)距離定位不足：使用條件受限（受天氣和衛(wèi)星可見條件影響）；耗時(shí)大；定位精度不高（±5m的點(diǎn)位精度）；不能獲得地心坐標(biāo)

很快就被淘汰了，由子午衛(wèi)星系統(tǒng)所取代。第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—NNSS系統(tǒng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)），由于其衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛(wèi)星系統(tǒng)）采用利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng)美國研制、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用子午衛(wèi)星子午衛(wèi)星星座第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—NNSS系統(tǒng)系統(tǒng)組成空間部分衛(wèi)星：發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)（信號(hào)：4.9996MHz

30=149.988MHz；4.9996MHz

80=399.968MHz；星歷）衛(wèi)星星座–

由6顆衛(wèi)星構(gòu)成，6軌道面，軌道高度1075km地面控制部分包括：跟蹤站、計(jì)算中心、注入站、控制中心和海軍天文臺(tái)用戶部分多普勒接收機(jī)大地測(cè)量多普勒接收機(jī)-1（MX1502）大地測(cè)量多普勒接收機(jī)-2（CMA751）第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—NNSS系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域海上船舶的定位大地測(cè)量精度單點(diǎn)定位：15次合格衛(wèi)星通過（兩次通過之間的時(shí)間間隔為0.8h~1.6h），精度約為10m聯(lián)測(cè)定位：各站共同觀測(cè)17次合格衛(wèi)星通過，精度約為0.5m多普勒聯(lián)測(cè)定位多普勒單點(diǎn)定位第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—NNSS系統(tǒng)NNSS系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)不受天氣和時(shí)間限制可獲得三維地心坐標(biāo)經(jīng)濟(jì)快速精度提高遠(yuǎn)距離觀測(cè)NNSS系統(tǒng)缺陷衛(wèi)星少，觀測(cè)時(shí)間和間隔時(shí)間長，無法進(jìn)行全球性的實(shí)時(shí)連續(xù)導(dǎo)航定位衛(wèi)星軌道低，難以精密定軌衛(wèi)星信號(hào)頻率低，不利于消除電離層效應(yīng)導(dǎo)航定位精度低

為什么子午衛(wèi)星系統(tǒng)很快被取代，而不是修改該系統(tǒng)？？11導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)

GPS（美國）

GLONASS系統(tǒng)（蘇聯(lián)） 北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（中國）

NAVSAT衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（歐空局） 伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（歐盟）GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)建立國家：美國海陸空三軍聯(lián)合研制，投資300億美元。初期目的：為軍方提供實(shí)時(shí)、連續(xù)、全天候、全球性的導(dǎo)航服務(wù)，情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)及應(yīng)急通訊等軍事目的。開始籌建時(shí)間：1973年完全建成時(shí)間：1995年服務(wù)方式：通過由多顆衛(wèi)星所組成的衛(wèi)星星座提供導(dǎo)航定位服務(wù)定位原理：空間距離后方交會(huì)測(cè)距原理：被動(dòng)式電磁波測(cè)距特點(diǎn)：以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性（能為各類用戶（陸地，海洋，航空，航天）提供精密的三維坐標(biāo)，速度和時(shí)間），全球性，全天候，連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航，定位和定時(shí)的功能。應(yīng)用：各種運(yùn)載工具導(dǎo)航、高精度大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、地殼形變測(cè)量等。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS系統(tǒng)構(gòu)成空間部分GPS衛(wèi)星星座用戶部分GPS信號(hào)接收機(jī)控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史

——方案論證階段1973年12月，美國國防部批準(zhǔn)研制GPS。1978年2月22日，第1顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤從1979年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史

——實(shí)用組網(wǎng)階段1989年2月14日，第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。1991年，在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，GPS首次大規(guī)模用于實(shí)戰(zhàn)。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。

1995年7月17日，GPS達(dá)到FOC–完全運(yùn)行能力（FullOperationalCapability）。其他全球定位系統(tǒng)GLONASS－GlobalNavigationSatelliteSystem（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）開發(fā)者俄羅斯（前蘇聯(lián)）設(shè)計(jì)：軍用；民用免費(fèi)建設(shè)時(shí)間：1982~1996系統(tǒng)構(gòu)成衛(wèi)星星座地面控制部分用戶設(shè)備GLONASSsatelliteGLONASS衛(wèi)星發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)—GLONASS問題：從理論上有24顆衛(wèi)星，但由于衛(wèi)星使用壽命和資金緊張等問題，實(shí)際上目前只有8顆。民用精度：?jiǎn)吸c(diǎn)定位精度水平方向?yàn)?6m，垂直方向?yàn)?5m。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)—GLONASS

恐怕很少有人知道，GLONASS的正式組網(wǎng)比GPS還早，這也是美國加快GPS建設(shè)的重要原因之一。不過蘇聯(lián)的解體讓GLONASS受到很大影響，正常運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量大減，甚至無法為為俄羅斯本土提供全面導(dǎo)航服務(wù)，更不要說和GPS競(jìng)爭(zhēng)。到了21世紀(jì)初隨著俄羅斯經(jīng)濟(jì)的好轉(zhuǎn)，GLONASS也開始恢復(fù)元?dú)?，推出了GLONASS-M和更現(xiàn)代化的GLONASS-K衛(wèi)星更新星座。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)—GLONASS衛(wèi)星運(yùn)行狀況從1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星起，至1995年12月14日共發(fā)射了73顆衛(wèi)星。由于衛(wèi)星壽命過短，加之俄羅斯前一段時(shí)間經(jīng)濟(jì)狀況欠佳，無法及時(shí)補(bǔ)充新衛(wèi)星，故該系統(tǒng)不能維持正常工作。到2006年3月20日為止,GLONASS系統(tǒng)共有17顆衛(wèi)星在軌。其中有11顆衛(wèi)星處于工作狀態(tài)，2顆備用，4顆已過期而停止使用。俄羅斯計(jì)劃到2007年使GLONASS系統(tǒng)的工作衛(wèi)星數(shù)量至少達(dá)到18顆，開始發(fā)揮導(dǎo)航定位功能。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)—GLONASS目前該系統(tǒng)在軌衛(wèi)星總數(shù)為26顆，其中20顆正常工作，4顆正接受技術(shù)維護(hù)，另有2顆處于“預(yù)備役”狀態(tài)。2013年7月2日上午，在哈薩克斯坦拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)，俄羅斯“質(zhì)子M”運(yùn)載火箭搭載三顆俄國“GLONASS”導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空后，火箭離地不久即發(fā)生故障，箭體大角度偏離航線并空中解體，最后墜地爆炸。GLONASS與GPS的比較參數(shù)GLONASSNAVSTARGPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星數(shù)21＋321＋3衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命6~7年（實(shí)際3年）8年（實(shí)際超過8年）軌道傾角64.8°55°軌道高度19100km20180km軌道周期（恒星時(shí)）11h15min12h衛(wèi)星信號(hào)的區(qū)分FDMA（頻分多址）CDMA（碼分多址）L1頻率1602~1615MHz頻道間隔0.5625MHz1575MHzL2頻率1246~1256MHz頻道間隔0.4375MHz1228MHz

技術(shù)難點(diǎn)1．目前GLONASS工作不穩(wěn)定，衛(wèi)星工作壽命短，前景不明2．GLONASS用戶設(shè)備發(fā)展緩慢，生產(chǎn)廠家少，設(shè)備體積大而笨重；3．由于GLONASS采用的是FDMA，所以用戶接收機(jī)中頻率綜合器復(fù)雜；4．對(duì)GPS/GLONASS兼容接收機(jī)，需解決兩系統(tǒng)的時(shí)間和坐標(biāo)系統(tǒng)問題其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo2002年3月24日歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo系統(tǒng)。特點(diǎn)：共享的獨(dú)立于GPS的適于海陸空的系統(tǒng)。參股共建，收費(fèi)。參數(shù)：Galileo衛(wèi)星星座將由27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，這30顆衛(wèi)星將均勻分布在3個(gè)軌道平面上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為56°。功能：具有公開服務(wù)、安全服務(wù)、商業(yè)服務(wù)和政府服務(wù)等功能，（前兩種服務(wù)是自由公開的，后兩種服務(wù)則需經(jīng)過批準(zhǔn)后才能使用）。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——GalileotheGalileosatelliteconstellation

其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo2005年12月28日第一顆Galileo試驗(yàn)衛(wèi)星（GalileoIn-OrbitValidationElements--GlOVE-A）成功進(jìn)入高度為2.3萬Km的預(yù)定軌道。2006年1月12日，GlOVE-A已開始向地面發(fā)送信號(hào)。這標(biāo)志著總投資為34億歐元（約合41億美元）的計(jì)劃已進(jìn)入實(shí)施階段。到2010年歐洲將發(fā)射30顆服役期約為20年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作。伽利略系統(tǒng)建成后，美歐兩大相互兼容的導(dǎo)航定位系統(tǒng)將大大有助于提供導(dǎo)航定位的精度和可靠性。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——GalileoGalileo的主要目標(biāo):

頻率信號(hào)測(cè)試；驗(yàn)證一些關(guān)鍵技術(shù)（比如銣原子鐘、氫原子鐘）；軌道環(huán)境特征測(cè)試；并行2或3通道信號(hào)傳輸測(cè)試。GIOVEAGIOVEB其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo精度：為用戶提供精確的時(shí)間和誤差不超過一米的全球精確定位服務(wù)主要困難：投資巨大：高達(dá)36億歐元的造價(jià)美國政府的極力反對(duì)：美國的干擾在一定程度上推遲了“伽利略”計(jì)劃的通過。

Galileo系統(tǒng)的典型功能是信號(hào)中繼，即向用戶接收機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸可以通過一種特殊的聯(lián)系方式或其他系統(tǒng)的中繼來實(shí)現(xiàn)，例如通過移動(dòng)通信網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)?！百だ浴苯邮諜C(jī)不僅可以接受本系統(tǒng)信號(hào)，而且可以接受GPS、“GLONASS”這兩大系統(tǒng)的信號(hào)，并且具有導(dǎo)航功能與移動(dòng)電話功能相結(jié)合、與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)越性能。由于種種原因，伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展并不理想。2012年10月12日再發(fā)射2顆IOV在軌驗(yàn)證衛(wèi)星，可使衛(wèi)星數(shù)量增加到4顆，可滿足導(dǎo)航定位的最低要求，包括測(cè)量經(jīng)、緯度和高度等，可用來進(jìn)行地面系統(tǒng)的性能評(píng)估。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo

伽利略系統(tǒng)確定地面位置或近地空間位置要比GPS精確10倍。其水平定位精度優(yōu)于10米，時(shí)間信號(hào)精度達(dá)到100ns。必要時(shí)，免費(fèi)使用的信號(hào)精確度可達(dá)6米，如與GPS合作甚至能精確至4米。一位電子工程師舉例說明了這個(gè)區(qū)別：“如今的GPS只能找到街道，而‘伽利略’系統(tǒng)則能找到車庫門?！辟だ韵到y(tǒng)與GPS系統(tǒng)的主要區(qū)別

導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)軌道參數(shù)對(duì)比衛(wèi)星定位系統(tǒng)子午NNSSGPSGLONASSGNSS衛(wèi)星數(shù)621+321+327+3軌道面6633軌道傾角905564.856平均軌道高度(km)1100202001910023616周期(min)10771867586333其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)我國的“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)第一顆衛(wèi)星：2000年11月1日凌晨第二顆衛(wèi)星：2000年12月22日凌晨備用衛(wèi)星：2003年5月25日繼美國、俄羅斯后，第三個(gè)自主建立導(dǎo)航系統(tǒng)的國家其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域東經(jīng)70°~145°；北緯5°~55°覆蓋我國和周邊國家及地區(qū)功能快速定位、精密授時(shí)、短報(bào)文通訊定位精度平面±20m，高程±10m；優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資少其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

我國自行研制的兩顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月20日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空并準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定的地球同步軌道（東經(jīng)80o和140o的赤道上空），此外另一顆備用衛(wèi)星也被送入預(yù)定軌道（東經(jīng)110.5o的赤道上空），標(biāo)志著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——BD–1。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BD–2

為了使我國的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的性能有實(shí)質(zhì)性的提高，中央已決定研制組建第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BD–2）。從導(dǎo)航體制、測(cè)距方法、衛(wèi)星星座、信號(hào)結(jié)構(gòu)及接收機(jī)等方面進(jìn)行全面改進(jìn)。衛(wèi)星星座計(jì)劃由GEO衛(wèi)星，IGSO衛(wèi)星和MEO衛(wèi)星組成。此項(xiàng)工作將成為”十一五”期間的一項(xiàng)重要工作。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由兩顆地球同步軌道衛(wèi)星組成星座，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間球面交會(huì)原理1、計(jì)算用戶到兩顆衛(wèi)星的距離；2、由中心站的數(shù)字地圖計(jì)算用戶到地心的距離；3、由衛(wèi)星和地心坐標(biāo)，計(jì)算出三維位置。4、高程由數(shù)字地面高程模型。衛(wèi)星1☆星下點(diǎn)1星下點(diǎn)2☆

定位圓1定位圓2地面中心站衛(wèi)星2其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗二號(hào)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

2004年國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)衛(wèi)星星座：5顆靜止軌道衛(wèi)星30顆非靜止軌道衛(wèi)星27顆中圓軌道3顆傾斜同步軌道設(shè)計(jì)精度：開放服務(wù)10m，廣域差分定位精度1m。截止2012年10月25日，已有16顆衛(wèi)星在軌其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2011年12月27日起，開始向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的導(dǎo)航定位和授時(shí)服務(wù)。2012年12月27日起，向亞太大部分地區(qū)正式提供連續(xù)無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)等服務(wù)；民用服務(wù)與GPS一樣免費(fèi)。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)東南亞實(shí)現(xiàn)全覆蓋。中國科技部2013年4月份表示，老撾和文萊將通過研究與合作協(xié)議初步采用該導(dǎo)航系統(tǒng)。3月底，泰國和中國簽署了類似協(xié)議，泰國成為中國國產(chǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)的首個(gè)海外顧客。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位，導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，包括開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種方式。

開放服務(wù)是向全球免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度10米，測(cè)速精度0.2米/秒，授時(shí)精度10ns。

授權(quán)服務(wù)是為有高精度、高可靠衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶，提供定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。

導(dǎo)航精度上不遜于歐美之外，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)解決了何人、何時(shí)、何地的問題，這就是北斗的特色服務(wù)，靠北斗一個(gè)終端你就可以走遍天下。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

—北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用戶終端分為定位通信終端集團(tuán)用戶管理站終端差分終端校時(shí)終端等

北斗導(dǎo)航終端與GPS、“伽利略”和GLONASS相比，優(yōu)勢(shì)在于短信服務(wù)和導(dǎo)航結(jié)合，增加了通訊功能；全天候快速定位，極少的通信盲區(qū)，精度與GPS相當(dāng)。向全世界提供的服務(wù)都是免費(fèi)的，在提供無源定位導(dǎo)航和授時(shí)等服務(wù)時(shí)，用戶數(shù)量沒有限制，且與GPS兼容；特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理，以及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)，可同時(shí)解決“我在哪？”和“你在哪？”的問題；自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計(jì)，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。但北斗導(dǎo)航也存在著明顯的不足和差距，如用戶隱蔽性差；無測(cè)高和測(cè)速功能；用戶數(shù)量受限制；用戶的設(shè)備體積大、重量重、能耗大等。其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)任務(wù)二GPS測(cè)量的特點(diǎn)GPS系統(tǒng)是目前在導(dǎo)航定位領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)，以全球性、高精度、全天候、高效率、多功能、易操作等特點(diǎn)著稱，更具優(yōu)勢(shì)。46任務(wù)二GPS測(cè)量的特點(diǎn)功能多導(dǎo)航定位測(cè)速授時(shí)47任務(wù)二GPS測(cè)量的特點(diǎn)GPS定位精度高靜態(tài)定位：厘米級(jí)至毫米級(jí)動(dòng)態(tài)定位：亞米級(jí)至厘米級(jí)能滿足各種工程測(cè)量的要求速度測(cè)量：亞米級(jí)至厘米級(jí)時(shí)間測(cè)量：毫微秒級(jí)48任務(wù)二GPS測(cè)量的特點(diǎn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航觀測(cè)時(shí)間短測(cè)站無需通視操作簡(jiǎn)便全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)全球全天候作業(yè)任務(wù)三GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用GPS在軍事中的應(yīng)用GPS導(dǎo)航的艦載飛彈

配備GPS的士兵

美國海軍核潛艇

GPS在交通運(yùn)輸業(yè)中的應(yīng)用航運(yùn)、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(cè)量中的應(yīng)用1、建立和維持全球性的參考框架2、板塊運(yùn)動(dòng)和監(jiān)測(cè)GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程3、建立各級(jí)國家平面控制網(wǎng)4、布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測(cè)量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測(cè)量GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程5、在航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、海洋測(cè)量中的應(yīng)用GPS在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用精細(xì)農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星定軌資源勘探個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)電力、廣播、電視、

通訊等網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步、

時(shí)間傳遞….任務(wù)四美國政府的GPS政策1、SPS與PPSSPS–

標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)使用C/A碼，民用2DRMS水平=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時(shí)間=340nsPPS–

精密定位服務(wù)可使用P碼，軍用2DRMS水平=22m2DRMS垂直=27.7m2DRMS時(shí)間=200ns2、SA政策（1990.3.25~2000.5.1）SelectiveAvailability–

選擇可用性人為降低普通用戶的測(cè)量精度。方法:ε技術(shù)：降低星歷精度（加入隨機(jī)變化）δ技術(shù)：衛(wèi)星鐘加高頻抖動(dòng) （短周期，快變化）3、AS措施（1994.1.31~至今）Anti-Spoofing–反電子欺騙P碼加密，P+W

Y任務(wù)四美國政府的GPS政策GPS存在的問題1、軍用的國家安全及保密要求與民用精度要求相互沖突。2、對(duì)民用用戶無安全承諾3、三維測(cè)量精度不一致（高程誤差最大，X坐標(biāo)誤差次之，Y坐標(biāo)誤差最?。〨PS應(yīng)用的最新發(fā)展1、精密單點(diǎn)定位PPP2、GPS測(cè)高程因似大地水準(zhǔn)面模型已建立，目前GPS可代替三等水準(zhǔn)3、室內(nèi)GPS接收機(jī)發(fā)展趨勢(shì)：高精度，快速，小型，自動(dòng)，抗遮擋，抗電磁干擾GPS現(xiàn)代化1999年1月25日，美國副總統(tǒng)戈?duì)栃?，將斥資40億美元，進(jìn)行GPS現(xiàn)代化。GPS現(xiàn)代化實(shí)質(zhì)是要加強(qiáng)GPS對(duì)美軍現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的支撐和保持全球民用導(dǎo)航領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)地位。GPS現(xiàn)代化的內(nèi)涵：保護(hù)。即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護(hù)美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強(qiáng)化軍碼的保密性能，加強(qiáng)抗干擾能力；阻止。即阻擾敵對(duì)方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；保持。即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶有更精確更安全的使用。GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化第一階段發(fā)射12顆改進(jìn)型的BLOCKⅡR型衛(wèi)星。

GPS現(xiàn)代化第二階段發(fā)射6顆GPSBLOCKⅡF（“ⅡFLite”）。GPS現(xiàn)代化計(jì)劃的第三階段發(fā)射GPSBLOCKⅢ型衛(wèi)星，在2003年前完成代號(hào)為GPSⅢ的GPS完全現(xiàn)代化計(jì)劃設(shè)計(jì)工作。子項(xiàng)目二坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)任務(wù)一GPS測(cè)量的坐標(biāo)系統(tǒng)GPS定位是以GPS衛(wèi)星為動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)，根據(jù)GPS接收機(jī)觀測(cè)的星、站距離來確定接收機(jī)或者測(cè)站的位置，而位置的確定離不開坐標(biāo)系。GPS定位所采用的坐標(biāo)系的特點(diǎn)GPS定位的坐標(biāo)系既有空固坐標(biāo)系，又有地固坐標(biāo)系。建立的地球坐標(biāo)系是真正意義上的全球坐標(biāo)系。GPS定位的地球坐標(biāo)系原點(diǎn)在地球的質(zhì)量中心，即為地心坐標(biāo)系。必須要掌握坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換。GPS測(cè)量坐標(biāo)系的分類空固坐標(biāo)系與地固坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系與參心坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系與球面坐標(biāo)系國家統(tǒng)一坐標(biāo)系與地方獨(dú)立坐標(biāo)系三維坐標(biāo)與二維坐標(biāo)67GPS測(cè)量坐標(biāo)系分類坐標(biāo)系分類坐標(biāo)系特征①空固坐標(biāo)系地固坐標(biāo)系空固坐標(biāo)系與天球固連，與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，用來確定天體位置較方便。地固坐標(biāo)系與地球固連，隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，用來確定地面點(diǎn)位置較方便。②地心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系以地球的質(zhì)量中心為原點(diǎn)，如WGS-84坐標(biāo)系和ITRF參考框架均為地心坐標(biāo)系。而參心坐標(biāo)系以參考橢圓體的幾何中心為原點(diǎn)，如北京54坐標(biāo)系和80國家大地坐標(biāo)系。③空間直角坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系一是以大地經(jīng)緯度表示點(diǎn)位的大地坐標(biāo)系，二是空間直角坐標(biāo)系。測(cè)量中常用平面直角坐標(biāo)系，即將大地經(jīng)緯度進(jìn)行高斯投影或橫軸墨卡托投影后的平面直角坐標(biāo)系。④國家統(tǒng)一坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系我國國家統(tǒng)一坐標(biāo)系常用的是80國家大地坐標(biāo)系和北京54坐標(biāo)系，采用高斯投影，分6°帶和3°帶；而對(duì)于諸多城市和工程建設(shè)來說，因高斯投影變形以及高程歸化變形而引起實(shí)地上兩點(diǎn)間的距離與高斯平面距離有較大差異，為便于城市建設(shè)和工程的設(shè)計(jì)、施工，常采用地方獨(dú)立坐標(biāo)系，即以通過測(cè)區(qū)中央的子午線為中央子午線，以測(cè)區(qū)平均高程面代替參考橢圓體面進(jìn)行高斯投影而建立的坐標(biāo)系。天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系

全球定位系統(tǒng)（GPS）的最基本任務(wù)是確定用戶在空間的位置。而所謂用戶的位置，實(shí)際上是指該用戶在特定坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)，位置是相對(duì)于參考坐標(biāo)系而言的，為此，首先要設(shè)立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。坐標(biāo)系統(tǒng)是由原點(diǎn)位置、3個(gè)坐標(biāo)軸的指向和尺度所定義，根據(jù)坐標(biāo)軸指向的不同，可劃分為兩大類坐標(biāo)系：天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系。

由于坐標(biāo)系相對(duì)于時(shí)間的依賴性，每一類坐標(biāo)系又可劃分為若干種不同定義的坐標(biāo)系。不管采用什么形式，坐標(biāo)系之間通過坐標(biāo)平移、旋轉(zhuǎn)和尺度轉(zhuǎn)換，可以將一個(gè)坐標(biāo)系變換到另一個(gè)坐標(biāo)系去

69天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系地固坐標(biāo)系坐標(biāo)軸指向隨地球自轉(zhuǎn)而自轉(zhuǎn)（相對(duì)于地球靜止）描述地面點(diǎn)位置天球坐標(biāo)系空固坐標(biāo)系坐標(biāo)軸指向相對(duì)于宇宙不動(dòng)，與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)（相對(duì)于地球是運(yùn)動(dòng)的）常用于描述天體位置70天球坐標(biāo)系

天球——以地球質(zhì)心為球心，以任意長（無窮大）為半徑的假想球體。天球坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)系以某一時(shí)刻作為標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)軸指向。

天球坐標(biāo)系

1.天球空間直角坐標(biāo)系的定義坐標(biāo)原點(diǎn)O：地球質(zhì)心；

Z軸：天球北極；

X軸指向春分點(diǎn)；

Y軸:垂直于XOZ平面，與X軸和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。

2．天球球面坐標(biāo)系的定義

坐標(biāo)原點(diǎn)O：地球質(zhì)心；赤經(jīng)α

：天體所在天球子午面和春分點(diǎn)所在天球子午面之間的夾角。

赤緯δ

：天體到原點(diǎn)M的連線與天球赤道面之間的夾角。

向徑r

：天體至原點(diǎn)的距離為。

天球坐標(biāo)系

3.天球空間直角坐標(biāo)系與天球球面坐標(biāo)系的關(guān)系如圖2-1表示：

對(duì)同一空間點(diǎn)，天球空間直角坐標(biāo)系與其等效的天球球面坐標(biāo)系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：地球坐標(biāo)系

1．地球直角坐標(biāo)系的定義

原點(diǎn)O：與地球質(zhì)心重合；

Z軸：指向地球北極；

X軸：指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點(diǎn)；

Y軸：在赤道平面里與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。2.地球大地坐標(biāo)系的定義

原點(diǎn)O：與地球質(zhì)心重合；大地經(jīng)度L：過地面點(diǎn)P的子午面和起始子午面間的夾角大地緯度B：過點(diǎn)P的橢球法線和赤道面之間的夾角大地高H：點(diǎn)沿橢球法線到橢球面的距離3.地球直角坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系可用圖2-2表示：對(duì)同一空間點(diǎn)，直角坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：

地球坐標(biāo)系歲差與章動(dòng)

在外力作用下，地球的自轉(zhuǎn)軸在空間的指向并不保持固定的方向，而是不斷的變化，其中地球的長期遠(yuǎn)動(dòng)叫做歲差，而周期運(yùn)動(dòng)稱為章動(dòng)。

歲差：假定月球軌道固定，由于日月對(duì)地球赤道隆起部分的引力作用，北天極沿圓形軌道（歲差圓）繞北黃級(jí)的運(yùn)動(dòng)叫歲差在歲差影響下的北天極稱為瞬時(shí)平北天極，相應(yīng)的春分點(diǎn)稱為瞬時(shí)平春分點(diǎn)

章動(dòng)：由于月球軌道和月、地距離的變化，是實(shí)際北天極沿橢圓形軌道繞瞬時(shí)平北天極旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫做章動(dòng)衛(wèi)星測(cè)量中常用天球坐標(biāo)系

1．瞬時(shí)真（北天極）天球坐標(biāo)系：

原點(diǎn)：地球質(zhì)心

z軸指向瞬時(shí)北天極（真天極）

x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)），

y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。2.瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系

原點(diǎn)：地球質(zhì)心

z軸指向瞬時(shí)平北天極

x軸指向瞬時(shí)平春分點(diǎn)

y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。3、歷元（協(xié)議）平天球坐標(biāo)系

原點(diǎn)：地球質(zhì)心

z軸指向協(xié)議北天極

x軸指向協(xié)議北天極所對(duì)應(yīng)的春分點(diǎn)

y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。

（協(xié)議北天極為2000年1月15日的瞬時(shí)平北天極）天球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系-----------瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系-----------歷元平天球坐標(biāo)系

章動(dòng)改正歲差改正極移極移：在地幔對(duì)流以及其他物質(zhì)遷移的影響下，地球自轉(zhuǎn)軸的位置隨時(shí)間的不同而發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱極移。地球坐標(biāo)系1、瞬時(shí)地球坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心

z軸指向瞬時(shí)北極

x軸指向起始子午面與赤道面的交點(diǎn)

y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。2、協(xié)議地球坐標(biāo)系原點(diǎn)：地球質(zhì)心

z軸：指向CIO

x軸：指向與CIO相對(duì)應(yīng)的赤道面與起始子午面的交點(diǎn)

y軸：按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向（總地球橢球與參考橢球的差別（書上P109））國際協(xié)定原點(diǎn)CIO：采用國際上5個(gè)緯度服務(wù)站的資料，以1900至1905年地球自轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)位置的平均位置作為地球的固定極稱為國際協(xié)定原點(diǎn)CIO。地球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

瞬時(shí)地球坐標(biāo)系-----------------協(xié)議地球坐標(biāo)系

極移改正天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換

衛(wèi)星的位置是由天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)表示，測(cè)站的位置是由地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)表示，要想用衛(wèi)星的坐標(biāo)測(cè)出測(cè)站的坐標(biāo)，需將天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)。

轉(zhuǎn)換的步驟：歷元平天球坐標(biāo)系----瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系-------瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系--------------------瞬時(shí)地球坐標(biāo)系--------協(xié)議地球坐標(biāo)系在轉(zhuǎn)換過程中，因兩者的坐標(biāo)原點(diǎn)一樣，故只需要多次旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸即可只有X軸差一個(gè)GAST角度注：GAST為格林尼治恒星時(shí)高程系統(tǒng)一、正高（海拔高）H正

1、定義：指地面點(diǎn)沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的距離

2、特點(diǎn)：（1）正高高程是唯一的；（2）一點(diǎn)在不同深度處的重力加速度的平均值二、正常高H常

1、定義：指地面點(diǎn)沿鉛垂線到似大地水準(zhǔn)面的距離。

我國采用的高程系統(tǒng)?；鶞?zhǔn)面為似大地水準(zhǔn)面三、大地高（橢球高）H

1、地面點(diǎn)沿橢球法線到橢球面得距離叫該點(diǎn)的大地高

2、特點(diǎn)：大地高是純幾何量，不具物理意義。同一個(gè)點(diǎn)在不同基準(zhǔn)下有不同的大地高橢球面大地水準(zhǔn)面似大地水準(zhǔn)面P地面大地高正常高正高大地水準(zhǔn)面差距高程異常高程系統(tǒng)大地高與正高、正常高關(guān)系：N——大地水準(zhǔn)面差距；

——高程異常。大地水準(zhǔn)面差距：橢球面與大地水準(zhǔn)面之間的距離。高程異常：橢球面與似大地水準(zhǔn)面之間的距離。

86GPS水準(zhǔn)GPS水準(zhǔn)精度GPS測(cè)定的大地高精度，可優(yōu)于1cm。大地高轉(zhuǎn)換為正高、正常高時(shí)，需要采用其他方法測(cè)定的大地水準(zhǔn)面差距或高程異常。綜合實(shí)際情況，當(dāng)前能達(dá)到三等水準(zhǔn)的要求GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)

一、大地測(cè)量基準(zhǔn)的概念

大地測(cè)量基準(zhǔn)：描述地球大小，形狀和地球在空間定位，定向的參數(shù)，包括幾何參數(shù)：長半徑a；地球重力場(chǎng)二階帶諧系數(shù)C20，J2；物理參數(shù)：GM；定向定位參數(shù)：ω

。經(jīng)典大地測(cè)量基準(zhǔn)是由幾何測(cè)量確定的，缺少物理參數(shù)，現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)是由物理測(cè)量確定的，參數(shù)齊全GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)二、大地測(cè)量的坐標(biāo)系與大地測(cè)量基準(zhǔn)的差別

大地測(cè)量坐標(biāo)系是理論定義，空間一點(diǎn)在不同坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換不影響點(diǎn)位大地測(cè)量基準(zhǔn)是依據(jù)若干觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)確定的大地測(cè)量坐標(biāo)系，因觀測(cè)有誤差，故空間一點(diǎn)在不同基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換會(huì)帶來誤差。在多數(shù)場(chǎng)合下，兩者不加區(qū)別。我們常用的坐標(biāo)系都是大地測(cè)量基準(zhǔn)89GPS測(cè)量中常用的坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系

1.WGS-84坐標(biāo)系2.ITRF參考框架國家大地坐標(biāo)系

1.北京54坐標(biāo)系

2.西安80坐標(biāo)系3.新北京54坐標(biāo)系4.2000坐標(biāo)系

5.地方坐標(biāo)系GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)

協(xié)議地球坐標(biāo)系

1.WGS-84坐標(biāo)系

WGS-84的定義：WGS-84是修正NSWC9Z-2參考系的原點(diǎn)和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考子午面與BIH定義的零度子午面一致而得到的一個(gè)新參考系。原點(diǎn)在地球質(zhì)心

Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)定地球極（CTP）方向

X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)

Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個(gè)地固坐標(biāo)系。

它是協(xié)議地球坐標(biāo)系的一種

GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)

WGS-84坐標(biāo)系采用的橢球是國際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)推薦值，其四個(gè)基本參數(shù)

長半徑：a=6378137±2（m）；

地球引力常數(shù)：

GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2；

正?；A帶諧系數(shù)：

C20=-484.16685×10-6±1.3×10-9；

J2=108263×10-8

地球自轉(zhuǎn)角速度：

ω=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-192GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)2.ITRF坐標(biāo)框架IERS---指國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)機(jī)構(gòu)。ITRS---指國際地球參考系統(tǒng)。IERS每年將全球各站觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合處理，得出一種協(xié)議地球參考系統(tǒng)ITRS。ITRF---指構(gòu)成ITRS的地面控制點(diǎn)網(wǎng)，即有“框架”之意。IGS---國際GPS地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)。幾乎所有的IGS精密星歷都是在ITRF框架下提供的。GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)2.ITRF參考框架

ITRF是國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)局（IERF）根據(jù)分布全球的地面觀測(cè)站，以最先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)確定的大地測(cè)量基準(zhǔn)，是世界工人的精度最高的大地測(cè)量基準(zhǔn)。目前尚未普遍采用，但其日后必將代替WGS-84.IERF已發(fā)布了ITRF88、89、90、91、92、93、94、96、97、2000等多個(gè)地心參考框架，橢球參數(shù)與WGS-84相同，定向不同94WGS-84地面站坐標(biāo)精度為1m到2m的精度，ITRF則為厘米級(jí)精度引力常數(shù)不同WGS-84與ITRF的關(guān)系WGS84與ITRF的轉(zhuǎn)換關(guān)系GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)國家大地坐標(biāo)系

1.1954年北京坐標(biāo)系（BJ54舊）坐標(biāo)原點(diǎn)：前蘇聯(lián)的普爾科沃。參考橢球：克拉索夫斯基橢球。平差方法：分區(qū)分期局部平差。

存在的問題：

（1）橢球參數(shù)有較大誤差。（2）參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面差距大，不能達(dá)到最佳擬合，存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性傾斜。（3）坐標(biāo)誤差累計(jì)大（坐標(biāo)從東北傳遞到西北和西南的，未進(jìn)行整體平差，各部分結(jié)合點(diǎn)有1~2米的誤差）。（4）定向不明確即X,Y軸的指向不明。（5）屬參心坐標(biāo)系。（和衛(wèi)星坐標(biāo)的原點(diǎn)不一致）GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)2.1980年國家大地坐標(biāo)系（GDZ80）坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。參考橢球：1975年國際橢球。平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。特點(diǎn)：

（1）采用1975年國際橢球。（2）大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程。（3）橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)最為擬合。（4）定向明確。（5）大地原點(diǎn)地處我國中部。（6)其大地點(diǎn)的高程起算面是似大地水準(zhǔn)面，是局部基準(zhǔn)而非全球基準(zhǔn)。（7）二維坐標(biāo)系，不適合衛(wèi)星定位GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)3.新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54新）新1954年北京坐標(biāo)系是由1980年國家大地坐標(biāo)（GDZ80）轉(zhuǎn)換得來的。坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。參考橢球：克拉索夫斯基橢球。平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。BJ54新的特點(diǎn)：（1）采用克拉索夫斯基橢球。（2）是綜合GDZ80和BJ54舊建立起來的參心坐標(biāo)系。（3）橢球面與大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)不是最佳擬合。（4）定向明確。（5）大地原點(diǎn)與GDZ80相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。（6）大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程。（7）與BJ54舊相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，但定向于GDZ80相同。（8）BJ54舊與BJ54新無全國統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，只能進(jìn)行局部轉(zhuǎn)換。98GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)4.2000國家大地坐標(biāo)系我國地心坐標(biāo)系原點(diǎn)：地球質(zhì)心右手地固直角坐標(biāo)系99GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)5.地方坐標(biāo)系國家統(tǒng)一坐標(biāo)系在由于投影會(huì)產(chǎn)生兩種變形：高程歸化變形一般工程要求，變形不超過1/40000；要求對(duì)應(yīng)的大地高不超過160m。東部沿?？梢院雎裕形鞑啃韪恼?。方法：將地面點(diǎn)投影到平均高程面上。100GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)5.地方坐標(biāo)系國家統(tǒng)一坐標(biāo)系由于投影會(huì)產(chǎn)生兩種變形：高斯投影變形一般工程要求，變形不超過1/40000；要求離中央子午線的距離不超過45km；對(duì)于3度帶，最遠(yuǎn)距離可達(dá)167km;方法：選擇測(cè)區(qū)中央的經(jīng)度作為中央子午線進(jìn)行投影。GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)5.地方坐標(biāo)系

地方坐標(biāo)系選自己的地方參考橢球，基準(zhǔn)面為當(dāng)?shù)氐钠骄０胃叱堂?。地方與國家的參考橢球的關(guān)系:

中心一致軸向一致扁率一致長半徑有一增量

什么情況需要建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系？GPS測(cè)量中的常用坐標(biāo)系統(tǒng)5.地方坐標(biāo)系建立當(dāng)測(cè)區(qū)高程大于160m時(shí)或離中央子午線距離大于45km時(shí)，應(yīng)建立地方坐標(biāo)系：確定地方坐標(biāo)系中央子午線，進(jìn)行換帶計(jì)算；（通常選在測(cè)區(qū)中央）用測(cè)區(qū)平均高程面進(jìn)行坐標(biāo)增量改正；用一個(gè)已知點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)。由坐標(biāo)原點(diǎn)及改正后坐標(biāo)增量計(jì)算其他點(diǎn)坐標(biāo)。坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換GPS：WGS—84坐標(biāo)系工程測(cè)量常用：54坐標(biāo)系、80坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系通常需要將WGS—84坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？臻g直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換：七參數(shù)法平移：3個(gè)平移分量旋轉(zhuǎn)：3個(gè)旋轉(zhuǎn)角度分量尺度：一個(gè)尺度分量總計(jì)7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)，兩個(gè)坐標(biāo)系至少需要3個(gè)公共點(diǎn)，即可解算。105空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換在求解轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，公共點(diǎn)坐標(biāo)的誤差對(duì)所求參數(shù)影響很大，因此所選公共點(diǎn)應(yīng)滿足下列條件：點(diǎn)的數(shù)目要足夠多，以便檢核；坐標(biāo)精度要足夠高；分布要均勻；覆蓋面要大，以免因公共點(diǎn)坐標(biāo)誤差引起較大的尺度比因子誤差和旋轉(zhuǎn)角度誤差。106平面直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換平面直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換：四參數(shù)法兩個(gè)平移參數(shù)，一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個(gè)尺度因子。為求四個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)，應(yīng)至少有兩個(gè)公共點(diǎn)。

坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換七參數(shù)法：定參數(shù)需要三個(gè)點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)四參數(shù)法：定參數(shù)需要兩個(gè)點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)108高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換WGS—84：橢球面為高程起算面。1985黃海高程系：似大地水準(zhǔn)面為起算面。轉(zhuǎn)換方法：高程擬合法地球模型法等值線圖法區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化法高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換任務(wù)二GPS測(cè)量的時(shí)間系統(tǒng)GPS測(cè)量中，時(shí)間的意義：確定GPS衛(wèi)星的在軌位置確定星、站之間的距離確定地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的關(guān)系時(shí)間包括時(shí)刻（絕對(duì)時(shí)間）與時(shí)間間隔（相對(duì)時(shí)間）兩概念測(cè)量時(shí)間同樣需要建立測(cè)量基準(zhǔn)，包括尺度基準(zhǔn)與原點(diǎn)?？勺鳛闀r(shí)間基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象必須是周期性的，且其周期應(yīng)有復(fù)現(xiàn)性和足夠的穩(wěn)定性。任務(wù)二GPS測(cè)量的時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)ST

定義：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間稱為恒星時(shí)。

計(jì)量時(shí)間單位：恒星日、恒星小時(shí)、恒星分、恒星秒

一個(gè)恒星日=24個(gè)恒星小時(shí)=1440個(gè)恒星分=86400個(gè)恒星秒分類：真恒星時(shí)和平恒星時(shí)。恒星時(shí)具有地方性，同一瞬間對(duì)不同測(cè)站的恒星時(shí)是不同的。任務(wù)二GPS測(cè)量的時(shí)間系統(tǒng)平太陽時(shí)MT

定義：以平太陽作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間稱為平太陽時(shí)。計(jì)量時(shí)間單位：平太陽日、平太陽小時(shí)、平太陽分、平太陽秒一個(gè)平太陽日=24個(gè)平太陽小時(shí)=1440平太陽分=86400個(gè)平太陽秒。平太陽時(shí)與日常生活中使用的時(shí)間系統(tǒng)是一致的，通常鐘表所指示的時(shí)刻正是平太陽時(shí)。（以真太陽周年視運(yùn)動(dòng)的平均速度確定一個(gè)假想的太陽，且其在天球赤道上做周年視運(yùn)動(dòng)稱為平太陽）任務(wù)二GPS測(cè)量的時(shí)間系統(tǒng)世界時(shí)（UT）以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)不均勻的時(shí)間系統(tǒng)原子時(shí)（AT）穩(wěn)定度高，晝夜交替不一致原子時(shí)的秒長與世界時(shí)的秒長不相等，一年大約相差一秒左右世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC）綜合世界時(shí)與原子時(shí)的計(jì)時(shí)方法，即秒長采用原子時(shí)的秒長，而時(shí)刻則采用世界時(shí)時(shí)刻。GPS時(shí)間系統(tǒng)（GPST）任務(wù)二GPS測(cè)量的時(shí)間系統(tǒng)GPS時(shí)間系統(tǒng)（GPST）由主控站原子鐘控制屬于原子時(shí)系統(tǒng)，秒長與原子時(shí)相同。時(shí)間零點(diǎn)：1980年1月6日零時(shí)最大單位為周（week）

GPST的原點(diǎn)與國際原子時(shí)IAT相差19s。關(guān)系式：

IAT-GPST=19（s）GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程子項(xiàng)目三GPS衛(wèi)星信號(hào)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)任務(wù)一GPS衛(wèi)星的載波信號(hào) 任務(wù)二GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼信號(hào)任務(wù)三GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文任務(wù)四GPS衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng) 任務(wù)五GPS衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng) 任務(wù)六GPS衛(wèi)星星歷GPS系統(tǒng)包括地面監(jiān)控部分，空間衛(wèi)星部分，用戶接收部分等三大部分。

三大部分之間用數(shù)字通信技術(shù)聯(lián)絡(luò)傳達(dá)各種信號(hào)信息，靠各種計(jì)算軟件處理繁復(fù)的數(shù)據(jù)，最后由用戶接收信號(hào)來解決導(dǎo)航定位問題。

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

GPS定位系統(tǒng)包括三大部分：（1）地面監(jiān)控部分；（2）空間衛(wèi)星部分；（3）用戶接收部分。

一、空間衛(wèi)星部分

24顆衛(wèi)星(21+3)6個(gè)軌道平面

55o軌道傾角

20200km軌道高度(地面高度)12小時(shí)(恒星時(shí))軌道周期（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次）每顆衛(wèi)星有5個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以上

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

一、空間衛(wèi)星部分

星座的分布保證了地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻至少可以同時(shí)觀測(cè)到四顆衛(wèi)星，最多時(shí)可以達(dá)到11顆。任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成一、空間衛(wèi)星部分GPS衛(wèi)星

作用：接收、存儲(chǔ)導(dǎo)航電文生成用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（測(cè)距碼、載波）發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文）接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測(cè)核暴等。主要設(shè)備太陽能電池板原子鐘（2臺(tái)銫鐘、2臺(tái)銣鐘）信號(hào)生成與發(fā)射裝置導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器GPS衛(wèi)星類型試驗(yàn)衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲(chǔ)星歷能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲(chǔ)星歷能力為180天BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設(shè)第三民用頻率任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同類型的GPS衛(wèi)星任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成二、地面監(jiān)控部分（GroundSegment）組成主控站：1個(gè)注入站：3個(gè)監(jiān)測(cè)站：5個(gè)通訊與輔助系統(tǒng)二、地面監(jiān)控部分

一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司三個(gè)注入站：阿松森(Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia) 卡瓦加蘭(kwajalein)五個(gè)監(jiān)測(cè)站=1個(gè)主控站+3個(gè)注入站+夏威夷(Hawaii)1.地面監(jiān)控站的分布

組成如下頁圖所示任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

126卡瓦加蘭（注入站）夏威夷科羅拉多（主控站）狄哥伽西亞（注入站）阿森松島（注入站）地面監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

作用：

a、管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作（監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)

）

b、收集各監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星（收集數(shù)據(jù)

與數(shù)據(jù)處理）

c、監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令（控制衛(wèi)星）

d、衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。（維護(hù)衛(wèi)星）地點(diǎn)：美國科羅拉多州法爾孔空軍基地。二、地面監(jiān)控部分2.監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（1）主控站二、地面監(jiān)控部分2.監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（2）監(jiān)控站監(jiān)控站偽距導(dǎo)航數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)主控站測(cè)傳送作用地點(diǎn)：夏威夷、主控站及三個(gè)注入站二、地面監(jiān)控部分2.監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（3）注入站

注入站的主要作用是將主控站需傳輸給衛(wèi)星的資料以既定的方式注入到衛(wèi)星存儲(chǔ)器中，供衛(wèi)星向用戶發(fā)送。

地點(diǎn)：阿松森群島（大西洋）迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）作用130地面監(jiān)控系統(tǒng)流程圖接收機(jī)調(diào)制解調(diào)器銫鐘氣象傳感器監(jiān)測(cè)站觀測(cè)星歷與時(shí)鐘主控站計(jì)算誤差編算注入導(dǎo)航電文調(diào)制解調(diào)器高功率放大器指令發(fā)生器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部設(shè)備注入站數(shù)據(jù)處理機(jī)數(shù)據(jù)處理機(jī)L1L2S波段GPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

二、地面監(jiān)控部分地面控制部分的作用監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是否正常工作，是否沿預(yù)定的軌道運(yùn)行；跟蹤計(jì)算衛(wèi)星的軌道參數(shù)并發(fā)送給衛(wèi)星，由衛(wèi)星通過導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶；保持各顆衛(wèi)星的時(shí)間同步；必要時(shí)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行調(diào)度。任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

用戶接收部分GPS接收機(jī)接收跟蹤GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)，獲得定位信息數(shù)據(jù)處理軟件相應(yīng)的用戶設(shè)備三、用戶接收部分

GPS信號(hào)接收機(jī)天線前置放大器射電部分微處理器電源部分?jǐn)?shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號(hào)信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

射電部分：即信號(hào)通道，是接收機(jī)中用來跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成。任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

三、用戶接收部分

GPS接收機(jī)結(jié)構(gòu)天線單元接收單元三、用戶接收部分按用途按攜帶形式

按工作原理

按載波頻率

GPS信號(hào)接收機(jī)分類

導(dǎo)航型、測(cè)地型和授時(shí)型

碼接收機(jī)和無碼接收機(jī)

單頻接收機(jī)和雙頻接收機(jī)

袖珍式、背負(fù)式、車載式、艦用式、空（飛機(jī)）載式、彈載式和星載式任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成天線的作用接收來自衛(wèi)星的信號(hào)放大進(jìn)行頻率變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤、

處理、量測(cè)天線基本類型單極天線微帶天線四絲螺旋天線扼流圈天線三、用戶接收部分任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成天線單元單極天線—單頻或雙頻（雙極結(jié)構(gòu)）、需要較大的底板、相位中心穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單微帶天線—結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單頻或雙頻、側(cè)視角低（適合于機(jī)載應(yīng)用）、低增益、應(yīng)用最為廣泛錐形（螺旋）天線1）四絲螺旋天線—單頻、難以調(diào)整相位和極化方式、非方位對(duì)稱、增益特性好、不需要底板2）空間螺旋天線—雙頻、增益特性好、側(cè)視角高、非方位對(duì)稱扼流圈天線

—可有效地抑制多路徑誤差的影響。但體積大，重量重。三、用戶接收部分任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成GPS接收機(jī)天線應(yīng)滿足以下要求天線與前置放大器應(yīng)密封為整體，以應(yīng)對(duì)惡劣天氣，減小小信號(hào)損失；能接收天空任何方向的衛(wèi)星信號(hào)；應(yīng)有防護(hù)和屏蔽多路徑效應(yīng)的措施；保持天線相位中心高度穩(wěn)定，并與其幾何中心一致。三、用戶接收部分任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成接收單元接收（信號(hào)）通道定義：接收機(jī)中用來跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成。存儲(chǔ)器微處理器輸入輸出設(shè)備電源三、用戶接收部分任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成GPS接收機(jī)分類按用途分：導(dǎo)航型接收機(jī)：精度5~10米測(cè)量性接收機(jī)：厘米級(jí)甚至更高授時(shí)型接收機(jī)：用于時(shí)間頻標(biāo)的同步測(cè)定測(cè)量型接收機(jī)按載波頻率又分為：?jiǎn)晤l接收機(jī)：只接收L1載波信號(hào)雙頻接收機(jī)：同時(shí)接收L1，L2載波信號(hào)三、用戶接收部分GPS接收機(jī)導(dǎo)航型143GPS接收機(jī)知名品牌測(cè)量型GPS美國天寶144GPS接收機(jī)知名品牌瑞士徠卡GPS接收機(jī)知名品牌日本拓普康GPS接收機(jī)國產(chǎn)品牌中海達(dá)147GPS接收機(jī)國產(chǎn)品牌南方GPS接收機(jī)國產(chǎn)品牌華測(cè)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)用戶接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)來測(cè)定測(cè)站坐標(biāo)，那么究竟什么是GPS衛(wèi)星信號(hào)呢?任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)

GPS衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)，包含載波信號(hào)、測(cè)距碼、數(shù)據(jù)碼等多種分量，它能滿足多用戶系統(tǒng)的導(dǎo)航、高精度定位的需要。

GPS信號(hào)的產(chǎn)生

GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成部分載波L1L2測(cè)距碼C/A碼（目前只被調(diào)制在L1上）P(Y)碼（被分別調(diào)制在L1和L2上）衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文GPS衛(wèi)星信號(hào)的生成關(guān)鍵設(shè)備–原子鐘任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號(hào)的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻一、GPS衛(wèi)星信號(hào)的生成二、GPS衛(wèi)星信號(hào)的內(nèi)容GPS載波信號(hào)L1載波GPS的測(cè)距碼C/A碼P碼數(shù)據(jù)碼衛(wèi)星的星歷衛(wèi)星工作狀態(tài)時(shí)間系統(tǒng)衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)軌道攝動(dòng)改正大氣折射改正L2載波GPS衛(wèi)星信號(hào)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)三、GPS信號(hào)的結(jié)構(gòu)

GPS衛(wèi)星信號(hào)的構(gòu)成示意圖。圖中說明所有信號(hào)分量是根據(jù)同一基準(zhǔn)頻率（圖中A點(diǎn)）產(chǎn)生的，其中包括載波（B點(diǎn)），（C點(diǎn)），調(diào)制在載波上的調(diào)相信號(hào)C/A碼（D點(diǎn)），P碼（F點(diǎn)）和數(shù)據(jù)碼（G點(diǎn)），經(jīng)衛(wèi)星發(fā)射天線（H點(diǎn)）發(fā)射的信號(hào)分量包括：C/A碼信號(hào)（J點(diǎn)），L1—P碼信號(hào)（K點(diǎn)）和L2—P碼信號(hào)（L點(diǎn)）。GPS信號(hào)的構(gòu)成

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)作用搭載其它調(diào)制信號(hào)測(cè)距測(cè)定多普勒頻移類型目前L1–

頻率：154f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2–

頻率：120f0=1227.60MHz；波長：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–

頻率：115f0=1176.45MHz；波長：25.48cm四、載波任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)特點(diǎn)所選擇的頻率有利于測(cè)定多普勒頻移所選擇的頻率有利于減弱信號(hào)所受的電離層折射影響選擇兩個(gè)頻率可以較好地消除信號(hào)的電離層折射延遲（電離層折射延遲于信號(hào)的頻率有關(guān)）四、載波任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)作用測(cè)距性質(zhì)為偽隨機(jī)噪聲碼（PRN－PseudoRandomNoise）不同的碼（包括未對(duì)齊的同一組碼）間的相關(guān)系數(shù)為0或1/n（n為碼元數(shù)）對(duì)齊的同一組碼間的相關(guān)系數(shù)為1五、測(cè)距碼任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)碼表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合，是一組二進(jìn)制的數(shù)碼序列每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)碼元或一個(gè)比特。數(shù)碼率：每分鐘傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)碼碼可以看作是以0和1為幅度的時(shí)間函數(shù)，用u(t)來表示?！ぁぁぁぁぁ01

111101011000100100······信號(hào)波形信號(hào)序列GPS衛(wèi)星碼信號(hào)159任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)GPS衛(wèi)星的偽隨機(jī)測(cè)距碼(PRN)周期性二進(jìn)制序列具有良好相關(guān)特性具有確定的編碼規(guī)則可人工復(fù)制任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)C/A碼碼長較短，易于捕獲；但碼元寬度較大，測(cè)距精度較低。

C/A碼的碼長：碼元寬度：一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)的距離：293.1m

周期：數(shù)碼率：

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)C/A碼特點(diǎn)易捕獲，可用于捕獲P碼，捕獲碼。在GPS導(dǎo)航和定位中，為了捕獲C/A碼以測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間，通常需要對(duì)C/A碼逐個(gè)進(jìn)行搜索。因?yàn)镃/A碼總共只有1023個(gè)碼元，若以每秒50個(gè)碼元的速度搜索，約需20.5s便可達(dá)到目的，易捕獲。精度低，粗碼。由于C/A碼的碼元寬度較大，如果兩個(gè)序列的碼元對(duì)齊誤差為碼元寬度的1/10～1/100，相應(yīng)的測(cè)距精度為29.3～2.9m。公開的明碼，全球免費(fèi)使用。只調(diào)制在L1載波上，無法精確消除電離層延遲。任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)P碼P碼即精密測(cè)距碼或稱精碼。它的特征是：碼長：碼元寬度：一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)距離：29.3m；周期：數(shù)碼率：164任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)P碼碼長較長，借助C/A碼信息捕獲。P碼的周期被分成38部分，每一部分為7d，其中5部分給地面監(jiān)測(cè)站使用，32部分分配給不同的衛(wèi)星，1個(gè)部分閑置。這樣，每顆衛(wèi)星使用P碼的不同部分，碼長和周期相同，但結(jié)構(gòu)不同。碼元寬度小，測(cè)距精度高。由于P碼的碼元寬度為C/A碼的1/10，如果碼元的對(duì)齊精度仍為碼元寬度的1/10～1/100，則由此引起的距離誤差約為2.93～0.29m，僅為C/A碼的1/10，所以P碼用于精密的導(dǎo)航和定位。任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)P碼結(jié)構(gòu)不公開，專供美國軍方及特許用戶使用。目前P碼的結(jié)構(gòu)正逐漸被大家所熟悉而難以繼續(xù)保密，所以美國從1994年開始實(shí)施AS政策，即將P碼再加密生成Y碼，以防止電子干擾和電子欺騙。測(cè)距精度高。P碼同時(shí)調(diào)制在L1和L2載波上，可以較完善的消除電離層延遲，測(cè)距更為精確。任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)偽碼測(cè)距衛(wèi)星依據(jù)自己時(shí)鐘（鐘脈沖）發(fā)出測(cè)距碼U（t），經(jīng)過△t時(shí)的傳播到達(dá)GPS接收機(jī)。接收機(jī)在自己鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼U‘（t）。通過時(shí)延器使之延遲時(shí)間τ，對(duì)兩碼進(jìn)相關(guān)比較。直至兩碼完全對(duì)齊，相關(guān)系數(shù)R（t）=max=1，則該時(shí)間延遲τ即為傳播時(shí)間△t（τ=△t）偽距：ρ=c·△t=c·τ六、GPS信號(hào)的傳播

GPS采用了信號(hào)擴(kuò)頻調(diào)制，把窄帶信號(hào)擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上發(fā)射出去，以達(dá)到抗干擾、保密和省電的目的。

在信息理論中我們把一組不包含我們想要的有用信息的量稱為噪聲。

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)七、導(dǎo)航電文

GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文主要包括衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延改正、工作狀態(tài)和捕獲C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息。

將這些信息以數(shù)據(jù)，即以二進(jìn)制碼的形式向用戶發(fā)送，所以導(dǎo)航電文又稱為數(shù)據(jù)碼，即D碼。

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)作用：向用戶提供衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘參數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息及其它信息基本結(jié)構(gòu)七、導(dǎo)航電文七、導(dǎo)航電文123451234567891030s6s0.02s0.6s25頁10個(gè)字30比特導(dǎo)航電文的基本構(gòu)成

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)基本內(nèi)容七、導(dǎo)航電文一個(gè)子幀6s長，10個(gè)字，每字30比特1幀30s1500比特任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)遙測(cè)碼（TLM–TelemetryWord）每一子幀的第1個(gè)字主要作用是指明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)用作捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)共30bit。其中，1-8bit為同步碼，識(shí)別電文內(nèi)容的先兆，使用戶易于解調(diào)導(dǎo)航電文；9-22bit為遙測(cè)電文，包括注入數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)信息、診斷信息和其他信息，指示用戶是否選用該衛(wèi)星；23-24bit為連接作用；25-30bit為奇偶檢驗(yàn)碼，用于發(fā)現(xiàn)并糾正個(gè)別錯(cuò)誤，確保正確地傳送導(dǎo)航電文。七、導(dǎo)航電文任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)換碼（HOW–HandOverWord）每一子幀的第2個(gè)字主要內(nèi)容：幫助用戶從獲得的C/A碼換到P碼的捕獲。其中，1-17bit為Z計(jì)數(shù)；獲得Z計(jì)數(shù)，即知道了觀測(cè)瞬間在P碼周期中所處的準(zhǔn)確位置，可樣便可順利捕獲P碼。七、導(dǎo)航電文任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)第一數(shù)據(jù)塊第1子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容：WN–GPS周L1所調(diào)制測(cè)距碼標(biāo)識(shí)符–

“10”表示C/A碼，“01”表示P(Y)碼傳輸參數(shù)N–URATgd–

信號(hào)在衛(wèi)星內(nèi)部的時(shí)延星鐘數(shù)據(jù)齡期AODC星鐘改正參數(shù)a0（鐘偏），a1（鐘速），a2（鐘漂）七、導(dǎo)航電文任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)第二數(shù)據(jù)塊第2、3子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容該發(fā)送信號(hào)衛(wèi)星的星歷－廣播星歷星歷參數(shù)

—開普勒軌道六參數(shù)

—軌道攝動(dòng)九參數(shù)

—時(shí)間二參數(shù)七、導(dǎo)航電文任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)第三數(shù)據(jù)塊第4、5子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容：所有衛(wèi)星歷書（概略星歷）概略星歷時(shí)鐘改正衛(wèi)星工作狀態(tài)等第三數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容每12.5分鐘重復(fù)一次七、導(dǎo)航電文GPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)理論衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)取決于所受到的各種力的作用：地球引力太陽、月球及其他天體引力大氣阻力、地球潮汐作用力等為了研究衛(wèi)星基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將作用力分為：地球質(zhì)心引力，主要作用力攝動(dòng)力，非中心引力任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道一、理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)(無攝運(yùn)動(dòng)）

攝動(dòng)力與中心引力相比，僅為10-3

量級(jí)。地球引力決定了衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。所謂理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，是將地球視作勻質(zhì)球體，且不顧及其它攝動(dòng)力的影響，衛(wèi)星只是在地球質(zhì)心引力作用下而運(yùn)動(dòng)。

它是衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的第一近似描述研究意義它是至今唯一能得到的嚴(yán)密分析解的運(yùn)動(dòng)它是全部作用力下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)更精確解的基礎(chǔ)GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

開普勒第一定律——衛(wèi)星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，地球質(zhì)心位居橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。

該定律表明，衛(wèi)星相對(duì)于地球質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌道是一個(gè)橢圓，該橢圓有著固定的形狀和大小，橢圓上距離地球質(zhì)心最遠(yuǎn)的一點(diǎn)稱為遠(yuǎn)地點(diǎn)，距離地球質(zhì)心最近的一點(diǎn)稱為近地點(diǎn)。

衛(wèi)星運(yùn)行軌道橢圓任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

開普勒第二定律——衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過的面積相等。

開普勒第二定律表明，衛(wèi)星沿軌道橢圓的運(yùn)行速度在不斷變化，在近地點(diǎn)處速度最大，在遠(yuǎn)地點(diǎn)處速度最小。

相等時(shí)間地心向徑掃過的面積任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

開普勒第三定律——衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)行的周期的平方與軌道橢圓長半徑的立方成正比，其比值等于地球引力常數(shù)的倒數(shù)。開普勒第三定律的數(shù)學(xué)形式為：

式中——

T為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期

任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程二、衛(wèi)星運(yùn)行的軌道

待解問題軌道橢圓的形狀和大?。╝s,es)軌道平面與地球體的相關(guān)位置(i,Ω)軌道橢圓在軌道平面上的方位（ωs）衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置(ν（fs）)衛(wèi)星軌道參數(shù)

任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

as：長半徑es：軌道偏心率i：軌道面的傾角Ω：升交點(diǎn)赤經(jīng)ωs：近地點(diǎn)角ν（fs）：真近點(diǎn)角GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程三、攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道的影響

地球體不規(guī)則及質(zhì)量分布不均勻而引起的作用力太陽和月球的引力太陽的直接與間接輻射壓力大氣的阻力攝動(dòng)力的影響地球潮汐的作用力、磁力任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程任務(wù)四衛(wèi)星星歷與衛(wèi)星位置計(jì)算