GPS測(cè)量原理與應(yīng)用

1、第一章 緒 論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展 第二節(jié)：GPS系統(tǒng)組成 第三節(jié)：GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,1.人類(lèi)最初的導(dǎo)航，只能通過(guò)石頭，樹(shù)，山脈等作為參照物，漸漸發(fā)展到天文觀測(cè)法，即通過(guò)天上的太陽(yáng)，月亮和星星來(lái)判斷位置。而中國(guó)四大發(fā)明之一的指南針是人類(lèi)導(dǎo)航領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。 2.20世紀(jì)20年代，第一個(gè)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)-無(wú)線電信標(biāo)的問(wèn)世，開(kāi)創(chuàng)了海洋船舶和航空飛行器導(dǎo)航的新篇章； 3.1957年10月4日，原蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，開(kāi)創(chuàng)了空間技術(shù)造福人類(lèi)的新時(shí)代。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,G

2、PS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,東方紅一號(hào)衛(wèi)星,第一顆人造衛(wèi)星斯普特尼克 1957年10月4日由P-7捆綁式洲際 導(dǎo)彈送入軌道，正常工作了3個(gè)月,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,在衛(wèi)星定位系統(tǒng)出現(xiàn)之前，遠(yuǎn)程導(dǎo)航與定位主要用無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)。 一、無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng) 1.羅蘭-C：工作在100KHZ，由三個(gè)地面導(dǎo)航臺(tái)組成，導(dǎo)航工作區(qū)域 2000KM，一般精度200-300M。 2.Omega（奧米茄）：工作在十幾千赫，由八個(gè)地面導(dǎo)航臺(tái)組成，可覆蓋全球，精度幾英里。 3.多卜勒系統(tǒng)：利用多卜勒頻移原理，通過(guò)測(cè)量其頻移得到運(yùn)動(dòng)物參數(shù)（地 速和偏流

3、角），推算出飛行器位置，屬自備式航位推算系統(tǒng)，誤差隨航程增加而累加。缺點(diǎn)：覆蓋的工作區(qū)域小；電波傳播受大氣影響；定位精度不高,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,二、早期的衛(wèi)星定位技術(shù) 早期的衛(wèi)星定位技術(shù)主要有兩種方法： （）衛(wèi)星三角網(wǎng)： （）衛(wèi)星測(cè)距網(wǎng)：,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,三、子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用及其缺陷 第一代衛(wèi)星電子導(dǎo)航系統(tǒng)的代表是美國(guó)海軍武器實(shí)驗(yàn)室委托霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制的海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（Navy Navigation Satellite System NNSS）。在該系統(tǒng)中衛(wèi)星的軌道都

4、通過(guò)地極，故也稱(chēng)“子午儀（Transit）衛(wèi)星系統(tǒng)”。 1964年該系統(tǒng)建成后即被美國(guó)軍方使用，1967年將星歷解密而提供民用服務(wù)。實(shí)踐表明，子午儀衛(wèi)星系統(tǒng)具有精度均勻、不受時(shí)間和天氣限制等優(yōu)點(diǎn)，只要系統(tǒng)的衛(wèi)星在視界內(nèi)，就可在地球表面任何地方進(jìn)行單點(diǎn)定位或聯(lián)測(cè)定位，從而獲得觀測(cè)點(diǎn)的三維地心坐標(biāo)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的缺陷 盡管子午儀衛(wèi)星系統(tǒng)具有以往導(dǎo)航系統(tǒng)所無(wú)法比擬的優(yōu)越性，但也存在一些嚴(yán)重的缺陷，這主要是由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少（56顆），運(yùn)行高度較低（平均約為1000Km），從地面觀測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間間隔較長(zhǎng)（平均1.5小時(shí)），

5、因而無(wú)法連續(xù)地提供實(shí)時(shí)三維定位信息，難以充分滿足軍事用戶和某些民事用戶的定位要求。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,四、GPS全球定位系統(tǒng)的建立 GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段： 第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。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)及建立地面跟蹤網(wǎng)。 第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從1979年到1984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(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日，第一顆

6、GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，宣告了GPS系統(tǒng)進(jìn)入了工程建設(shè)階段，這種工作衛(wèi)星稱(chēng)為Block 和BlockA型衛(wèi)星。這兩組衛(wèi)星差別是：Block 只能存儲(chǔ)14天用的導(dǎo)航電文（每天更新三次）；而B(niǎo)lockA衛(wèi)星能存儲(chǔ)180天用的導(dǎo)航電文，確保在特殊情況下使用GPS衛(wèi)星。實(shí)用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已建立，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,五、GLONASS（ the Global Navigation Satellite System ）全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) 本世紀(jì)70年代，作為對(duì)美國(guó)宣布建立和發(fā)展GPS的反應(yīng)，前蘇聯(lián)國(guó)防部構(gòu)想

7、了GLONASS。該系統(tǒng)是82年底由前蘇聯(lián)開(kāi)始承建，期間因蘇聯(lián)解體，幾經(jīng)周折最后由俄羅斯于96年建成全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。 在1993年，俄羅斯政府正式將GLONASS交由俄空軍（VKS）負(fù)責(zé)。VKS負(fù)責(zé)GLONASS的航天器部署及在軌維護(hù)，并通過(guò)科學(xué)信息中心將GLONASS的信息傳播給公眾。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,在80年代，GLONASS的信息鮮為人知，除了衛(wèi)星軌道的一般特征和傳送導(dǎo)航信息的頻率之外，前蘇聯(lián)國(guó)防部未披露任何其它信息。然而，Leeds大學(xué)的Peter Daly教授和它的研究生們經(jīng)過(guò)努力，偵察出了GLONASS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)的一些細(xì)節(jié)。

8、隨著前蘇聯(lián)的解體，俄羅斯解密了界面控制文件（the Interface Control Document：ICD）。ICD描述了系統(tǒng)及其組成，信號(hào)結(jié)構(gòu)以及供民用的導(dǎo)航信息。1995年11月4日在加拿大蒙特利爾國(guó)際民用航空組織第二次會(huì)議上，俄羅斯將其最新版本的ICD交給大會(huì)的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)討論組。自此，有關(guān)GLONASS的信息越來(lái)越明朗。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)的組成： 與GPS一樣，GLONASS也由三部分組成： 空間部分 ； 控制部分； 用戶部分。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,1.衛(wèi)

9、星星座（空間部分） 由分布在三個(gè)獨(dú)立橢圓軌道的24顆（GLONASS）衛(wèi)星組成（另加1顆備用衛(wèi)星），平均每個(gè)軌道上分布8顆衛(wèi)星，各軌道升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差120；軌道偏心率e=0.01；衛(wèi)星軌道傾角i =64.8；衛(wèi)星運(yùn)行周期T=11h15m（恒星時(shí)11.28小時(shí)）；衛(wèi)星高度H=19100km；衛(wèi)星設(shè)計(jì)的使用壽命為4.5年，直至1995年衛(wèi)星星座布成，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加載、調(diào)整和檢驗(yàn)，已于1996年1月18日整個(gè)系統(tǒng)正式運(yùn)轉(zhuǎn)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,2.地面系統(tǒng)： 地面控制站組（GCS）設(shè)有1個(gè)系統(tǒng)控制中心（在莫斯科區(qū)的G

10、olitsyno-2），1個(gè)指令跟蹤站（CTS），整個(gè)跟蹤網(wǎng)絡(luò)分布于俄羅斯境內(nèi)；CTS跟蹤遙測(cè)著所有GLONASS可視衛(wèi)星，對(duì)其進(jìn)行測(cè)距數(shù)據(jù)的采集和處理，并向各衛(wèi)星發(fā)送控制指令和導(dǎo)航信息。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,3.用戶設(shè)備 接收GLONASS衛(wèi)星信號(hào)并測(cè)量其偽距和速度，同時(shí)從衛(wèi)星信號(hào)中選出并處理導(dǎo)航電文。接收機(jī)中計(jì)算機(jī)對(duì)所有輸入數(shù)據(jù)處理并量算出位置坐標(biāo)的三個(gè)分量、速度矢量的三個(gè)分量和時(shí)間。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,項(xiàng)目： GPS系統(tǒng) GLONASS系統(tǒng) 星座衛(wèi)星數(shù)： 24 24 軌道面?zhèn)€數(shù)： 6 3 軌道高度： 20183公里 19

11、100公里 運(yùn)行周期： 11小時(shí)58分 11小時(shí)15分 軌道傾角： 55度 65度 載波頻率： L1:1575.42MHz L1:1602.56-1615.50MHz L2:1227.60MHz L2:1246.44-1256.50MHz 傳輸方式： 碼分多址 頻分多址 調(diào)制碼： C/A-碼和P-碼 S碼和P碼 時(shí)間系統(tǒng)： UTC UTC 坐標(biāo)系統(tǒng)： WGS-84 SGS-E90 SA： 有（2000年5月1日取消） 無(wú) AS： 有 無(wú),GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,GPS+GLONASS系統(tǒng)： 1.可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)增加一倍：GLONASS衛(wèi)星星座組網(wǎng)完成后，

12、可用于導(dǎo)航定位的衛(wèi)星總數(shù)將增加一倍。在地平線以上的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)純GPS系統(tǒng)時(shí)，一般為7-11顆；GPS+GLONASS系統(tǒng)則可達(dá)到14-20顆。 2.提高觀測(cè)結(jié)果的可靠性：用衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量定位的觀測(cè)結(jié)果的可靠性主要決定于用于定位計(jì)算的衛(wèi)星顆數(shù)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,3.提高生產(chǎn)效率：觀測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)或可觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)越多，則用于求解載波相位整周模糊度的數(shù)據(jù)也就越多，求解結(jié)果的可靠性越好。 4.提高觀測(cè)結(jié)果的精度：觀測(cè)衛(wèi)星相對(duì)于測(cè)站的幾何分布(DOP值)直接影響觀測(cè)結(jié)果的精度。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,六

13、、伽利略（Galileo）GNSS系統(tǒng) 歐盟在1999年2月首次提出“伽利略”計(jì)劃。 計(jì)劃分成四個(gè)階段： 論證階段，時(shí)間為2000年； 系統(tǒng)研制和在軌確認(rèn)階段，包括研制衛(wèi)星及地面設(shè)施，系統(tǒng)在軌確認(rèn)，時(shí)間為2001年至2005年；,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,星座布設(shè)階段，包括制造和發(fā)射衛(wèi)星，地面設(shè)施建設(shè)并投入使用，時(shí)間為2006年至2007年； 運(yùn)營(yíng)階段，從2008年開(kāi)始。 2000年度的論證工作為“伽利略”計(jì)劃勾畫(huà)出一個(gè)輪廓。論證報(bào)告指出，計(jì)劃投入32.5億歐元的資金，服務(wù)范圍覆蓋全球，可以提供導(dǎo)航、定位、時(shí)間、通信等項(xiàng)服務(wù)。 其服務(wù)方式包括開(kāi)放服務(wù)

14、、商業(yè)服務(wù)與官方服務(wù)三個(gè)方面。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)組成： 衛(wèi)星星座：由3個(gè)獨(dú)立的圓形軌道，30顆GNSS衛(wèi)星組 成（27顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星） 。衛(wèi)星的軌道傾角i =56；衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期T=14h23m14S恒星時(shí)；軌 道高度H=23616km 。 地面系統(tǒng)：在歐洲建立2個(gè)控制中心；在全球構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)。 定位原理：與GPS相同。 定位精度：導(dǎo)航定位精度比目前任何系統(tǒng)都高。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,提供服務(wù) 免費(fèi)信號(hào)使用服務(wù)：OSA(開(kāi)放服務(wù)) 收費(fèi)信號(hào)使用服務(wù)：CAS(管制服務(wù)) - CAS

15、 1 : 商業(yè)性服務(wù) - CAS 2 - SAS : 高精密服務(wù) CAS2 - GAS : 用于非民用領(lǐng)域的政府服務(wù)(使用密碼的信號(hào)),GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,七、雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號(hào)） 1982年7月，美國(guó)L.A.Lvarez和C.Trophy及F.Rose三位科學(xué)家提出主動(dòng)式衛(wèi)星導(dǎo)航通信系統(tǒng)，并于1982年12月完成了總體設(shè)計(jì),定名為GEOSTAR 。該系統(tǒng)是一個(gè)局域?qū)崟r(shí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，據(jù)1991年9月的報(bào)導(dǎo)，由于GEOSTAR系統(tǒng)缺乏競(jìng)爭(zhēng)能力，擬投資的用戶日漸減少，最后不得不中斷該系統(tǒng)的建設(shè)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：

16、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)類(lèi)似GEOSTAR系統(tǒng)的雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號(hào)），已于2000年底發(fā)射了兩顆同步靜止定位衛(wèi)星，并完成了大量的測(cè)試工作。該系統(tǒng)的第三顆同步靜止定位衛(wèi)星，在2003年5月25日發(fā)射，于6月3日5時(shí)順利定點(diǎn)，系統(tǒng)大功告成。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,1.雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成: （1）衛(wèi)星星座：由3顆同步靜止衛(wèi)星組成（其中1顆在軌備用）。軌道傾角i =0；公轉(zhuǎn)周期T=24h恒星時(shí)；軌道高度H=36000km 。 （2）地面系統(tǒng)：一個(gè)中心站：負(fù)責(zé)系統(tǒng)測(cè)控、定位信號(hào)的發(fā)射與接收、用戶坐標(biāo)的解算與發(fā)布、雙向授時(shí)等。,GPS測(cè)量原

17、理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,2.雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)： （1）服務(wù)區(qū)域：70-145E； 5-55N （2）用戶設(shè)備：定位收發(fā)機(jī)的瞬間發(fā)射功率較大。 （3）定位精度：平面精度20m；垂直精度10m,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,3.雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的定位原理 地面中心站通過(guò)2顆同步靜止定位衛(wèi)星傳送測(cè)距問(wèn)詢信號(hào)，如果用戶需要定位則馬上回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。地面中心站可根據(jù)用戶的應(yīng)答信號(hào)的時(shí)差計(jì)算出戶星距離，這樣以兩顆定位衛(wèi)星為中心以兩個(gè)戶星距離為半徑可作出兩個(gè)定位球。而兩個(gè)定位球又和地面交出兩個(gè)定位圓，用戶必定位于兩個(gè)定位圓相交

18、的兩個(gè)點(diǎn)上（這兩個(gè)交點(diǎn)一定是以赤道為對(duì)稱(chēng)軸南北對(duì)稱(chēng)的）。地面中心站求出用戶坐標(biāo)后，再根據(jù)坐標(biāo)在地面數(shù)字高程模型讀出用戶高程進(jìn)而讓衛(wèi)星轉(zhuǎn)告用戶 。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第一節(jié)：GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展,雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單投資少，而最大缺點(diǎn)是他只能實(shí)施局域定位，接收發(fā)射機(jī)功率大且笨重還會(huì)暴露用戶目標(biāo)，在戰(zhàn)時(shí)這是兵家最忌諱的事情。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,GPS系統(tǒng)包括三大部分： 1.空間部分GPS衛(wèi)星星座； 2.地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)； 3.用戶設(shè)備部分GPS信號(hào)接收機(jī)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)

19、用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,一、GPS衛(wèi)星星座 1.工作衛(wèi)星 GPS工作衛(wèi)星及其星座 由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作（21+3）GPS星座。 24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個(gè)軌道平面之間相距60度， 即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差60度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度， 一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,衛(wèi)星星座,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論

20、,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS BLOCK II R 衛(wèi)星,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,2.定位星座與間隙段 定位星座：在用GPS信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)，為了結(jié)算測(cè)站的三維坐標(biāo)，必須觀測(cè)4顆 GPS衛(wèi)星，稱(chēng)為定位星座。 間隙段：這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。對(duì)于某地某時(shí)，甚至不能測(cè)得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時(shí)間段叫做“間隙段”。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,3.GPS衛(wèi)星的作用 （1）用L波段的兩個(gè)無(wú)線載波（19cm和24cm）

21、向用戶連續(xù)不斷地導(dǎo)航定位信號(hào)； （2）在衛(wèi)星飛越注入站上空時(shí)，接收由地面注入站用S波段（10cm）發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其他有關(guān)信息，并通過(guò)GPS信號(hào)電路，適時(shí)地發(fā)送給廣大用戶； （3）接收地面主控站通過(guò)注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令，適時(shí)地改正運(yùn)行偏差或起用備用時(shí)鐘等。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,二、地面監(jiān)控系統(tǒng) 對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,地面監(jiān)控系統(tǒng)的作用 （1）監(jiān)控

22、衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常 工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行； （2）保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)（GPS時(shí)間系統(tǒng)）。這就需要地面站監(jiān)測(cè) 各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)組成： GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。 1.主控站：設(shè)在科羅拉多的法爾孔（Falcon）空軍基地。主控站除協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)外，其主要任務(wù)是： （1）根據(jù)本站和其他監(jiān)測(cè)站的所有資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層的修正參數(shù)等，并把這些數(shù)據(jù)送到注入

23、站；,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,（2）提供全球定位系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)。各測(cè)站和GPS衛(wèi)星的原子鐘，均應(yīng)與主控站的原子鐘同步，或測(cè)出其間的鐘差，并把這些鐘差信息編入導(dǎo)航電文，送到注入站； （3）調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定的軌道運(yùn)行； （4）啟用備用衛(wèi)星，以代替失效的工作衛(wèi)星。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,2.監(jiān)測(cè)站 監(jiān)測(cè)站是在主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心。站內(nèi)設(shè)有雙頻GPS接收機(jī)、高精度原子鐘、計(jì)算機(jī)各一臺(tái)和若干臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。接收機(jī)對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，以采集數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀況。原子鐘提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而環(huán)境傳感器

24、收集有關(guān)當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。所有觀測(cè)資料有計(jì)算機(jī)進(jìn)行初步處理，并存儲(chǔ)和傳送到主控站，用以確定衛(wèi)星的軌道。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS監(jiān)測(cè)站分布圖,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,3.注入站 共有三個(gè)，分別設(shè)在印度洋的迭哥加西亞（Diego Garcia）、南大西洋的阿松森島（Ascension）和南太平洋的卡瓦加蘭（Kwajalein）。 設(shè)備：包括一臺(tái)直徑3.6m的天線，一臺(tái)C波段發(fā)射機(jī)和一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 任務(wù)：在主控站控制下將主控站推算的編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其他控制指令等

25、，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)，并檢測(cè)注入星系的正確性。 地面監(jiān)控系統(tǒng)只有主控站有人值守。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,三、用戶部分 GPS的用戶部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)氣象儀器等所組成。 它的作用是接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，利用這些信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等工作。 以上這三個(gè)部分共同組成了一個(gè)完整的GPS系統(tǒng)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第二節(jié) GPS系統(tǒng)組成,GPS接收機(jī)的基本類(lèi)型分導(dǎo)航型和大地型。 大地型接收機(jī)又分單頻型和雙頻型。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,

26、第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,導(dǎo)航型GPS機(jī),手持型GPS機(jī),車(chē)載型GPS機(jī),GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,單頻機(jī),雙頻機(jī),GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,一、GPS系統(tǒng)的特點(diǎn) GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等。 1.定位精度高 在300-1500M工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于1mm，,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,2.觀測(cè)時(shí)間短 當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1-2分鐘，然后可隨時(shí)定位

27、，每站觀測(cè)只需幾秒鐘。 3.觀測(cè)時(shí)間短 可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用和經(jīng)典大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測(cè)量工作。 4.可提供三維坐標(biāo) GPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,5、操作簡(jiǎn)便 6、全天候作業(yè) 目前GPS觀測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行,不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。 7、功能多、應(yīng)用廣 GPS系統(tǒng)不僅可用于測(cè)量、導(dǎo)航，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,二、GPS的應(yīng)用前景 1、GPS的最初用途 GPS最初就是為軍方提供精確定位而建立的，至

28、今它仍然由美國(guó)軍方控制。軍用GPS產(chǎn)品主要用來(lái)確定并跟蹤在野外行進(jìn)中的士兵和裝備的坐標(biāo)，給海中的軍艦導(dǎo)航，為軍用飛機(jī)提供位置和導(dǎo)航信息等。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,2、GPS系統(tǒng)用途廣泛 可以應(yīng)用GPS信號(hào)可以進(jìn)行海、空和陸地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈的制導(dǎo)，大地測(cè)量和工程測(cè)量的精密定位，時(shí)間的傳遞和速度的測(cè)量等。對(duì)于測(cè)繪領(lǐng)域，該技術(shù)已經(jīng)用于建立高精度的全國(guó)性的大地測(cè)量控制網(wǎng)，測(cè)定全球性的地球動(dòng)態(tài)參數(shù)；用于建立陸地海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)，進(jìn)行高精度的海島陸地聯(lián)測(cè)以及海洋測(cè)繪；用于監(jiān)測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形變；用于工程測(cè)量，成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段；用于

29、測(cè)定航空航天攝影瞬間的相機(jī)位置，實(shí)現(xiàn)僅有少量地面控制或無(wú)地面控制的航測(cè)快速成圖。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,典型應(yīng)用: 、測(cè)量 GPS技術(shù)給測(cè)繪界帶來(lái)了一場(chǎng)革命。利用載波相位差分技術(shù)（RTK），在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)觀測(cè)站的載波相位的基礎(chǔ)上，可以達(dá)到厘米級(jí)的精度。與傳統(tǒng)的手工測(cè)量手段相比，GPS技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢(shì)： a 測(cè)量精度高。b 操作簡(jiǎn)便，儀器體積小，便于攜帶。 c 全天候操作。 d 觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)須通視。 e 測(cè)量結(jié)果統(tǒng)一在WGS84坐標(biāo)下，信息自動(dòng)接收、存儲(chǔ)，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)。 當(dāng)前，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、資源勘查、地殼運(yùn)動(dòng)、地籍

30、測(cè)量等領(lǐng)域。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,、交通 出租車(chē)、租車(chē)服務(wù)、物流配送等行業(yè)利用GPS技術(shù)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行跟蹤、調(diào)度管理，合理分布車(chē)輛，以最快的速度響應(yīng)用戶的乘車(chē)或送請(qǐng)求，降低能源消耗，節(jié)省運(yùn)行成本。 GPS在車(chē)輛導(dǎo)航方面發(fā)揮了重要的角色，在城市中建立數(shù)字化交通電臺(tái)，實(shí)時(shí)發(fā)播城市交通信息，車(chē)載設(shè)備通過(guò)GPS進(jìn)行精確定位，結(jié)合電子地圖以及實(shí)時(shí)的交通狀況，自動(dòng)匹配最優(yōu)路徑，并實(shí)行車(chē)輛的自主導(dǎo)航。 民航運(yùn)輸通過(guò)GPS接收設(shè)備，使駕駛員著陸時(shí)能準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)跑道，同時(shí)還能使飛機(jī)緊湊排列，提高機(jī)場(chǎng)利用率，引導(dǎo)飛機(jī)安全進(jìn)離場(chǎng)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第

31、三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,、救援 利用GPS定位技術(shù)，可對(duì)火警、救護(hù)、警察進(jìn)行應(yīng)急調(diào)遣，提高緊急事件處理部門(mén)對(duì)火災(zāi)、犯罪現(xiàn)場(chǎng)、交通事故、交通堵塞等緊急事件的響應(yīng)效率。特種車(chē)輛（如運(yùn)鈔車(chē)）等，可對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行報(bào)警、定位，將損失降到最低。 有了GPS的幫助，救援人員就可在人跡罕至、條件惡劣的大海、山野、沙漠，對(duì)失蹤人員實(shí)施有效的搜索、拯救。裝有GPS裝置的漁船，在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，可及時(shí)定位、報(bào)警，使之能更快更即使地獲得救援。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,、農(nóng)業(yè) 當(dāng)前，發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)始把GPS技術(shù)引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，即所謂的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)耕作。該方法利用GPS進(jìn)

32、行農(nóng)田信息定位獲取，包括產(chǎn)量監(jiān)測(cè)、土樣采集等，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，決策出農(nóng)田地塊的管理措施，把產(chǎn)量和土壤狀態(tài)信息裝入帶有GPS設(shè)備的噴施器中，從而精確地給農(nóng)田地塊施肥、噴藥。通過(guò)實(shí)施精準(zhǔn)耕作，可在盡量不減產(chǎn)的情況下，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，有效避免資源浪費(fèi)，降低因施肥除蟲(chóng)對(duì)環(huán)境造成的污染。 、娛樂(lè) 隨著GPS接收機(jī)的小型化以及價(jià)格的降低，GPS逐漸走進(jìn)了人們的日常生活，成為人們旅游、探險(xiǎn)的好幫手。通過(guò)GPS，人們可以在陌生的城市里迅速地找到目的地，并且可以最優(yōu)的路徑行駛；野營(yíng)者帶者GPS接收機(jī)，可快捷地找到合適的野營(yíng)地點(diǎn)，不必?fù)?dān)心迷路；甚至一些高檔的電子游戲，也使用了GPS仿真技術(shù)。,G

33、PS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,3、多元化空間資源環(huán)境的出現(xiàn) GPS，GLONASS，INMARSAT等系統(tǒng)都具備了導(dǎo)航定位功能，形成了多元化的空間資源環(huán)境。待到2010年前后，GNSS純民間系統(tǒng)建成，全球?qū)⑿纬蒅PS/GLONASS/GNSS三足鼎立之勢(shì)，才能從根本上擺脫對(duì)單一系統(tǒng)的依賴(lài)，形成國(guó)際共有、國(guó)際共享的安全資源環(huán)境?？傊捎诙嘣臻g資源環(huán)境的確立，給GPS的發(fā)展應(yīng)用創(chuàng)造了一個(gè)前所未有的良好的國(guó)際環(huán)境。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,4、發(fā)展GPS產(chǎn)業(yè) 今后GPS將像目前汽車(chē)、無(wú)線電通信等一樣形成

34、產(chǎn)業(yè)化。美國(guó)已將廣域增強(qiáng)系統(tǒng)WAAS計(jì)劃發(fā)展成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)目前也有一些單位生產(chǎn)車(chē)載GPS系統(tǒng)。為發(fā)展我國(guó)的GPS產(chǎn)業(yè)，武漢已經(jīng)成立中國(guó)GPS工程中心。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,5、GPS的應(yīng)用將進(jìn)入人們的日常生活 近幾年，越來(lái)越多普通消費(fèi)者買(mǎi)得起的GPS接收器出現(xiàn)了，價(jià)格逐年下跌。消費(fèi)類(lèi)GPS手持機(jī)的價(jià)格從幾百元到幾千元不等，它們基本上都有12個(gè)并行通道和數(shù)據(jù)功能。有些甚至能與便攜電腦相連，可以上傳/下載GPS信息，并且使用精確到街道級(jí)的地圖軟件，可以在PC的屏幕上實(shí)時(shí)跟蹤你的位置或自動(dòng)導(dǎo)航。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) G

35、PS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,盡管目前大多數(shù)人還不知道什麼是GPS，但有人預(yù)言，GPS將改變我們的生活方式。今后，所有運(yùn)載器，都將依賴(lài)于GPS。GPS就象移動(dòng)電話、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)我們生活的影響一樣，人們?nèi)粘Ｉ顚㈦x不開(kāi)它。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,三、我國(guó)GPS定位技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展情況 從1970年4月把第一顆人造衛(wèi)星送入軌道以來(lái)，我國(guó)已成功地發(fā)射了近百顆不同類(lèi)型的人造衛(wèi)星，為空間大地測(cè)量工作的開(kāi)展創(chuàng)造了有利條件。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星 東方紅一號(hào)，1970年4月24

36、日 成功發(fā)射。,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,70年代后期，引進(jìn)并試制成功了各種人造衛(wèi)星觀測(cè)儀器； 完成了全國(guó)天文大地網(wǎng)的整體平差，建立了1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系，進(jìn)行了南海群島的聯(lián)測(cè)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,80年代初期，我國(guó)一些院校和科研單位已開(kāi)始研究GPS技術(shù)。 80年代中期，我國(guó)引進(jìn)GPS接收機(jī)，并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)著手研究建立我國(guó)自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。至今據(jù)有關(guān)人士估計(jì)，目前我國(guó)的GPS接收機(jī)擁有量約在4萬(wàn)臺(tái)左右，其中測(cè)量類(lèi)約500700臺(tái)，航空類(lèi)約幾百臺(tái)，航海類(lèi)約3萬(wàn)多臺(tái)，車(chē)載類(lèi)數(shù)千臺(tái)。而且以每年兩萬(wàn)臺(tái)的速度增加。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論,第三節(jié) GPS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用,大地測(cè)量方面：利用GPS技術(shù)開(kāi)展國(guó)際聯(lián)測(cè)，建立全球性大地控制網(wǎng)，提供高精度的地心坐標(biāo)，測(cè)定和精化大地水準(zhǔn)面。 我國(guó)建成了平均邊長(zhǎng)約定100KM的GPS A級(jí)網(wǎng)，提供了亞米級(jí)精度地心坐標(biāo)基準(zhǔn)。此后，在A級(jí)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，又布設(shè)了邊長(zhǎng)為此30100KM的B級(jí)網(wǎng)，A、B級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)都聯(lián)廁了幾何水準(zhǔn)。這樣，就為我國(guó)各部門(mén)的測(cè)繪工作，建立各級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)，提供了高精度的平面和高程三維基準(zhǔn)。,GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,第一章 緒論