第一章GPS緒論

1、全球定位系統(tǒng)原理及應(yīng)用全球定位系統(tǒng)原理及應(yīng)用 陳華根 趙晶趙晶海洋與地球科學(xué)學(xué)院海洋與地球科學(xué)學(xué)院20092009年年2 2月月2323日日學(xué)時與課程安排 51學(xué)時，考試課程； 期末考試為主，實驗、作業(yè)及課堂表現(xiàn)為輔； 理論課為主； 實驗為輔；理論課安排 GPS的定義、特點、組成、發(fā)展歷史及應(yīng)用簡介的定義、特點、組成、發(fā)展歷史及應(yīng)用簡介 GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)及時間系統(tǒng)定位的坐標(biāo)系統(tǒng)及時間系統(tǒng) 衛(wèi)星運動及衛(wèi)星運動及GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號 GPS定位原理定位原理 GPS測量的誤差來源測量的誤差來源 GPS測量技術(shù)設(shè)計與外業(yè)施測測量技術(shù)設(shè)計與外業(yè)施測 GPS測量的數(shù)據(jù)處理測量的數(shù)據(jù)處理 GPS的應(yīng)用

2、的應(yīng)用 GPS衛(wèi)星信號接收機原理衛(wèi)星信號接收機原理實驗課安排 GPS接收機使用； GPS接收機硬件組裝；課程要求 有比較扎實的數(shù)理基礎(chǔ) 積極思考活躍的思想 有實際動手能力 不遲到，不缺課教材及參考書 教材：GPS原理及應(yīng)用，李天文編著，科學(xué)出版社，2003. 參考書：GPS測量原理及應(yīng)用，徐紹銓等編著，武漢測繪科技大學(xué)出版社，2001.第一章第一章 緒論緒論回顧回顧3S技術(shù)技術(shù) RSRemote Sensing，綜合了空間、電子、光學(xué)、，綜合了空間、電子、光學(xué)、計算機技術(shù)的最新成就，我國計算機技術(shù)的最新成就，我國RS技術(shù)應(yīng)用位于世技術(shù)應(yīng)用位于世界先進水平；界先進水平； GISGeographi

3、cal Information System，涉及計，涉及計算機、空間技術(shù)、現(xiàn)代地理和測繪以及管理等領(lǐng)算機、空間技術(shù)、現(xiàn)代地理和測繪以及管理等領(lǐng)域，正應(yīng)用于我國大中城市的域，正應(yīng)用于我國大中城市的UIS建設(shè)中；建設(shè)中； GPSGlobal Positioning System，涉及航天、衛(wèi)，涉及航天、衛(wèi)星、現(xiàn)代通訊等領(lǐng)域，我國星、現(xiàn)代通訊等領(lǐng)域，我國GPS技術(shù)應(yīng)用進入民技術(shù)應(yīng)用進入民用和商業(yè)化；用和商業(yè)化；我們在定位. 廣義的定位：智慧 實際生活中的定位工具：眼睛，耳朵，第六感官.主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況二、二、GPS系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成三、三、GPS系

4、統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點四、四、GPS的應(yīng)用的應(yīng)用五、五、GPS的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況(一)衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展歷史第一代早期事件：早期事件： 1957年，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星。年，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星。 1958年，美國，海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)年，美國，海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(Navy Navigation Navy Navigation Satellite System-NNSSSatellite System-NNSS)，由于衛(wèi)星軌道通過地極，因，由于衛(wèi)星軌道通過地極，因此又稱為此又稱為“子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)子午衛(wèi)

5、星導(dǎo)航系統(tǒng)”(Transit)。 1965年，前蘇聯(lián)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)年，前蘇聯(lián)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)CICADA(12顆衛(wèi)顆衛(wèi)星星)。 1967年，美國，解密子午衛(wèi)星系統(tǒng)的部分導(dǎo)航電文供民年，美國，解密子午衛(wèi)星系統(tǒng)的部分導(dǎo)航電文供民間使用。間使用。第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特點：第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特點： 衛(wèi)星僅僅作為一種空間的觀測目標(biāo)，并非是專用衛(wèi)星僅僅作為一種空間的觀測目標(biāo)，并非是專用衛(wèi)星；衛(wèi)星； 地面測站觀測內(nèi)容：測站至衛(wèi)星的方向，測站至地面測站觀測內(nèi)容：測站至衛(wèi)星的方向，測站至衛(wèi)星的距離；衛(wèi)星的距離； 缺點：受天氣及可見條件影響，精度低，不能測缺點：受天氣及可見條件影響，精度低，不能測得點位的地心坐標(biāo)；得

6、點位的地心坐標(biāo)； 子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(NNSS) 6顆衛(wèi)星分布在6個軌道平面內(nèi)； 軌道高度：1075km 運行周期：107min 載波頻率：150MHz、400MHz 定位時間間隔：35 to 100min 定位精度：200m子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(NNSS) 特點：衛(wèi)星發(fā)射無線電信號，地面測站接收。特點：衛(wèi)星發(fā)射無線電信號，地面測站接收。 優(yōu)點：快速，不受天氣、時間影響，只要能收優(yōu)點：快速，不受天氣、時間影響，只要能收到信號就能定位，能測得地心坐標(biāo)。到信號就能定位，能測得地心坐標(biāo)。 子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(NNSS)的缺陷衛(wèi)星數(shù)目少，觀測時間和間隔時間長，不能實現(xiàn)實時導(dǎo)航定位；衛(wèi)星軌道高度低，難以實現(xiàn)精密

7、定軌；衛(wèi)星信號頻率低，難以修正電離層延遲誤差，定位精度低；(二)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GPS GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的提出： 為更有效地滿足全球范圍精確導(dǎo)航定位的軍事需要，1973年，美國國防部批準(zhǔn)它的海陸空三軍聯(lián)合研制新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System導(dǎo)航衛(wèi)星授時與測距/全球定位系統(tǒng)，簡稱全球定位系統(tǒng)。 GPS系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導(dǎo)航、定位和定時的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間信

8、息(定義)。 美國從1973年開始籌建GPS，1994年投入使用，歷經(jīng)20年，耗資300億美元，是繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的第三項龐大空間計劃。 導(dǎo)致測繪行業(yè)的深刻技術(shù)革命。 1995年7月17日，GPS達到完全運行能力 (Full Operational Capability)。GPS與與NNSS的主要特征比較的主要特征比較系統(tǒng)特征系統(tǒng)特征NNSSGPS載波頻率載波頻率GHz0.15, 0.401.23, 1.58衛(wèi)星高度衛(wèi)星高度km100020200衛(wèi)星數(shù)衛(wèi)星數(shù)5-621+3衛(wèi)星周期衛(wèi)星周期min1:4711:58衛(wèi)星鐘穩(wěn)定度衛(wèi)星鐘穩(wěn)定度10-1110-12 GPS在各領(lǐng)域的應(yīng)用

9、： 軍事：美國有90的武器帶有導(dǎo)航系統(tǒng)，其中98用的是GPS 民用：導(dǎo)航、搜索、測量、遙感、通訊、電力、授時 問題：GPS信號的抗干擾能力較弱 歸根結(jié)底：Where?(靜態(tài)） Where to go?(動態(tài)) When?(校時) (二)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GLONASS 起步于起步于1982年，比年，比GPS晚晚9年，年，1996年整個系統(tǒng)正式年整個系統(tǒng)正式運行，現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。運行，現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。 計劃計劃21+3顆衛(wèi)星，軌道平均高度：顆衛(wèi)星，軌道平均高度：19100km； 單點定位精度：水平方向為單點定位精度：水平方向為16m，垂直方向為，垂直方向為25m 。 由于由于

10、GLONASS的衛(wèi)星軌道傾角大于的衛(wèi)星軌道傾角大于GPS衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星的軌道傾角，所以在高緯度地區(qū)（傾角，所以在高緯度地區(qū)（50度以上）可視性更好。度以上）可視性更好。 俄羅斯對該系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。俄羅斯對該系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。 GPS與與GLONASSS的主要特征比較的主要特征比較 1982.10.12，發(fā)射第一顆，發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星，至衛(wèi)星，至1995.12.14，共發(fā)射了共發(fā)射了73顆衛(wèi)星。顆衛(wèi)星。 由于缺乏資金，無法及時補充新衛(wèi)星，目前僅有由于缺乏資金，無法及時補充新衛(wèi)星，目前僅有11顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星正常工作，要達到最好的效果應(yīng)為正常工作，要

11、達到最好的效果應(yīng)為15-18顆衛(wèi)星在軌才能顆衛(wèi)星在軌才能發(fā)揮其所有功能。發(fā)揮其所有功能。(二)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)伽利略計劃 總投資總投資35億歐元，是歐洲自主的、獨立的民用衛(wèi)星導(dǎo)航億歐元，是歐洲自主的、獨立的民用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，一旦建成，將取代或者超過系統(tǒng)，一旦建成，將取代或者超過GPS系統(tǒng)，打破美國系統(tǒng)，打破美國的壟斷地位。的壟斷地位。 中國是第一個參與伽利略計劃的非歐盟國家，中國是第一個參與伽利略計劃的非歐盟國家，2006年年7月月28日與伽利略聯(lián)合執(zhí)行體簽署了三個應(yīng)用項目合同承日與伽利略聯(lián)合執(zhí)行體簽署了三個應(yīng)用項目合同承諾提供諾提供2億歐元億歐元的研發(fā)經(jīng)費。中方已投入的研發(fā)經(jīng)費。中方已

12、投入7000萬歐元用萬歐元用于技術(shù)開發(fā)，其余于技術(shù)開發(fā)，其余1.3億歐元用于空間和地面設(shè)備的部署。億歐元用于空間和地面設(shè)備的部署。獲得了伽利略計劃獲得了伽利略計劃1/16的平等權(quán)益。的平等權(quán)益。 韓國也加入了伽利略計劃，借以擺脫單純依靠美國韓國也加入了伽利略計劃，借以擺脫單純依靠美國GPS的局面。的局面。(二)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)伽利略計劃 Galileo衛(wèi)星星座由衛(wèi)星星座由27顆工作衛(wèi)星和顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，這顆備用衛(wèi)星組成，這30顆衛(wèi)星將均勻分布在顆衛(wèi)星將均勻分布在3個軌道平面上，衛(wèi)星高度為個軌道平面上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為，軌道傾角為56，其空間信號等效于，其

13、空間信號等效于GPS衛(wèi)星衛(wèi)星上的信號，具有在上的信號，具有在L頻段上和頻段上和GPS兼容的多頻體制。兼容的多頻體制。 2005年年12月月28日第一顆日第一顆Galileo試驗衛(wèi)星試驗衛(wèi)星(GlOVE-A)成功成功進入預(yù)定軌道，進入預(yù)定軌道，2006年年1月月12日，日，GlOVE-A已開始向地面已開始向地面發(fā)送信號。發(fā)送信號。 到到2010年，將發(fā)射年，將發(fā)射30顆服役期約為顆服役期約為20年的正式衛(wèi)星，完年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作。成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作。伽利略伽利略 PK GPS “伽利略伽利略”將為用戶提供誤差不超過將為用戶提供誤差不超過1 1米、時間精確的定米、時

14、間精確的定位服務(wù)。位服務(wù)。 “伽利略伽利略”系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量多、軌道位置高、軌道面少。系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量多、軌道位置高、軌道面少。 “伽利略伽利略”更多用于民用，可為地面用戶提供更多用于民用，可為地面用戶提供3種信號：種信號：免費使用的信號、加密且需交費使用的信號、加密且需滿免費使用的信號、加密且需交費使用的信號、加密且需滿足更高要求的信號，其精度依次提高。足更高要求的信號，其精度依次提高。 最高精度比最高精度比GPS高高10倍，即使是免費使用的信號精度也達倍，即使是免費使用的信號精度也達到到6米，如果說米，如果說GPS只能只能找到街道，找到街道，“伽利略伽利略”則可找到則可找到車庫門。車庫門。 “

15、伽利略伽利略”的用戶可根據(jù)需要進行選擇，且定位精度優(yōu)于的用戶可根據(jù)需要進行選擇，且定位精度優(yōu)于GPS。 (二)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng) 1994年國家批準(zhǔn)建設(shè)第一年國家批準(zhǔn)建設(shè)第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)；代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)； 2000年年10月月31日和日和12月月21日，中國兩次成功發(fā)射日，中國兩次成功發(fā)射“北斗一號北斗一號”導(dǎo)航定位衛(wèi)導(dǎo)航定位衛(wèi)星；星； 2003年年5月月25日又成功發(fā)日又成功發(fā)射了第三顆射了第三顆“北斗一號北斗一號”導(dǎo)航定位衛(wèi)星導(dǎo)航定位衛(wèi)星(備份星備份星)，標(biāo)志著我國標(biāo)志著我國“北斗北斗”衛(wèi)星衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)建成。導(dǎo)航定位系統(tǒng)建成。 北斗一號 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成：空間

16、衛(wèi)星、地面控制中心站和北斗用戶終端。：空間衛(wèi)星、地面控制中心站和北斗用戶終端。 工作原理工作原理：衛(wèi)星上帶有信號轉(zhuǎn)發(fā)裝置，完成地面控制站：衛(wèi)星上帶有信號轉(zhuǎn)發(fā)裝置，完成地面控制站和用戶終端之間的雙向無線電信號的中繼任務(wù)。所有用和用戶終端之間的雙向無線電信號的中繼任務(wù)。所有用戶終端位置的計算都是在戶終端位置的計算都是在地面控制站地面控制站完成?？刂浦行目赏瓿伞？刂浦行目梢员Ａ羧勘倍方K端用戶機的位置及時間信息，同時負以保留全部北斗終端用戶機的位置及時間信息，同時負責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。 定位精度定位精度：水平精度：水平精度100米，設(shè)立標(biāo)校站之后為米，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米米

17、(類似類似差分狀態(tài)差分狀態(tài))。工作頻率：。工作頻率：2491.75MHz，系統(tǒng)能容納的最大，系統(tǒng)能容納的最大用戶數(shù)為每小時用戶數(shù)為每小時54萬戶。萬戶。 突出持點：投資少，組建快；具有通信功能；捕獲信號突出持點：投資少，組建快；具有通信功能；捕獲信號快等?？斓取?缺陷：用戶隱蔽性差；無測高和測速功能；用戶數(shù)量受缺陷：用戶隱蔽性差；無測高和測速功能；用戶數(shù)量受限制；用戶的設(shè)備體積大、重量重、能耗大等。限制；用戶的設(shè)備體積大、重量重、能耗大等?！氨倍芬惶柋倍芬惶枴?與與GPS系統(tǒng)比較系統(tǒng)比較區(qū)別區(qū)別北斗一號北斗一號GPS覆蓋范圍覆蓋范圍我國本土的區(qū)域：東經(jīng)約我國本土的區(qū)域：東經(jīng)約70一一140，北

18、緯，北緯5一一55 全球全球 衛(wèi)星數(shù)量衛(wèi)星數(shù)量和軌道特和軌道特性性 赤道平面上設(shè)置赤道平面上設(shè)置2顆同步星，顆同步星，衛(wèi)星的赤道角距約衛(wèi)星的赤道角距約60 6個軌道平面上設(shè)置個軌道平面上設(shè)置24顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星 ，赤道傾角赤道傾角55 定位原理定位原理主動式雙向測距二維導(dǎo)航主動式雙向測距二維導(dǎo)航 被動式偽碼單向測距三維導(dǎo)航。被動式偽碼單向測距三維導(dǎo)航。 定位精度定位精度三維定位精度約幾十米，三維定位精度約幾十米，授時精度約授時精度約100ns。 P碼定位精度為碼定位精度為6m ，C/A碼碼 為為12m，授時精度日前約，授時精度日前約20ns 用戶容量用戶容量用戶設(shè)備容量是有限的用戶設(shè)備容量是有限的

19、 用戶設(shè)備容量是無限的用戶設(shè)備容量是無限的生存能力生存能力 完全依賴于中心控制系統(tǒng)完全依賴于中心控制系統(tǒng)發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，即發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，即使中心控制中心被毀，也可以使中心控制中心被毀，也可以獨立運行獨立運行 實時性實時性定位誤差大定位誤差大單向測距，定位誤差較小單向測距，定位誤差較小 第二代北斗定位系統(tǒng)第二代北斗定位系統(tǒng) 4顆靜止星、顆靜止星、12顆中軌星和顆中軌星和9顆高軌星為顆高軌星為一網(wǎng)系，并能覆蓋全球的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。一網(wǎng)系，并能覆蓋全球的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。 2005開始組網(wǎng)，到開始組網(wǎng)，到2009年可對全球?qū)嵤┠昕蓪θ驅(qū)嵤┚_覆蓋，它將大幅提升中國人民解放精確覆蓋，它將

20、大幅提升中國人民解放軍精準(zhǔn)打擊能力。軍精準(zhǔn)打擊能力。二、二、GPS系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成GPS系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成 空間星座部分：24顆工作衛(wèi)星 地面控制部分：地面監(jiān)控系統(tǒng) 用戶設(shè)備部分：GPS信號接收機1個主控站3個注入站5個監(jiān)測站空間部分： 提供星歷和時間信息 發(fā)射偽距和載表信號 提供其它輔助信息地面控制部分： 中心控制系統(tǒng) 實現(xiàn)時間同步 跟蹤衛(wèi)星進行定軌用戶部分： 接收并測衛(wèi)星信號 記錄處理數(shù)據(jù) 提供導(dǎo)航定位信息GPS衛(wèi)星衛(wèi)星:Block 衛(wèi)星衛(wèi)星Block 衛(wèi)星衛(wèi)星Block R 衛(wèi)星衛(wèi)星GPS工作衛(wèi)星星座工作衛(wèi)星星座(21顆工作衛(wèi)星顆工作衛(wèi)星) GPS星座星座 設(shè)計星座：設(shè)計星座：21

21、+3顆顆 21顆工作衛(wèi)星顆工作衛(wèi)星+3顆備用衛(wèi)星顆備用衛(wèi)星 6個軌道面，平均軌道高度個軌道面，平均軌道高度20200km，軌道傾角，軌道傾角55 ，衛(wèi)星運行周期，衛(wèi)星運行周期11h58min(顧及地球自轉(zhuǎn)，地球顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次重復(fù)一次) 在在15 高度角以上，能夠同時觀測到高度角以上，能夠同時觀測到4至至11顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星 當(dāng)前星座：當(dāng)前星座：28顆顆 26顆顆Block II，2顆顆Block II R，無，無 Block I衛(wèi)星衛(wèi)星 GPS衛(wèi)星的核心設(shè)備：衛(wèi)星的核心設(shè)備： 高精度原子鐘：高精度原子鐘：2臺銣鐘，臺銣鐘，2臺銫鐘臺

22、銫鐘 提供高穩(wěn)定度的頻率提供高穩(wěn)定度的頻率定位成功的關(guān)鍵定位成功的關(guān)鍵(10-9 s的時間誤差，站星距離誤差為的時間誤差，站星距離誤差為30cm) 導(dǎo)航電文存儲器導(dǎo)航電文存儲器 無線電發(fā)射無線電發(fā)射/接收機接收機 微處理機微處理機 GPS衛(wèi)星的功能：衛(wèi)星的功能： 接收并存儲由地面注入站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接收接收并存儲由地面注入站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行地面監(jiān)控站通過注入站發(fā)來的控制指令；并執(zhí)行地面監(jiān)控站通過注入站發(fā)來的控制指令； 用用L波段的兩個無線載波波段的兩個無線載波(19cm和和24cm波波)向用戶向用戶發(fā)送導(dǎo)航定位信號；發(fā)送導(dǎo)航定位信號； 通過原子鐘提供精密的時間標(biāo)準(zhǔn)；通過原子鐘提供精

23、密的時間標(biāo)準(zhǔn)； 進行部分必要的數(shù)據(jù)處理工作；進行部分必要的數(shù)據(jù)處理工作； 在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進器調(diào)整衛(wèi)星的在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星；姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星；2. 地面控制部分地面控制部分 整個系統(tǒng)的中樞：進行整個系統(tǒng)的中樞：進行GPS定位的先決條件是必定位的先決條件是必須知道觀測瞬間須知道觀測瞬間GPS衛(wèi)星在空間的位置。衛(wèi)星在空間的位置。 一個主控站一個主控站 三個注入站三個注入站 五個監(jiān)測站五個監(jiān)測站2. 地面控制部分地面控制部分l主控站：科羅拉多主控站：科羅拉多.斯平士斯平士根據(jù)監(jiān)測站的觀測資料，編制計算衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星根據(jù)監(jiān)測站的觀測資料，編制計算

24、衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層修正參數(shù)，并外推未來鐘差和大氣層修正參數(shù)，并外推未來26小時的衛(wèi)星小時的衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘參數(shù)，將這些數(shù)據(jù)傳送到注入站；軌道和衛(wèi)星鐘參數(shù)，將這些數(shù)據(jù)傳送到注入站；提供全球定位系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)，將鐘差信息編入導(dǎo)提供全球定位系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)，將鐘差信息編入導(dǎo)航電文，送到注入站；航電文，送到注入站；衛(wèi)星維護與異常情況的處理；衛(wèi)星維護與異常情況的處理；2. 地面控制部分地面控制部分l注入站注入站 數(shù)量：數(shù)量：3 分布：阿松森群島分布：阿松森群島(南大西洋南大西洋)、迭戈加西亞、迭戈加西亞(印度洋印度洋)和卡瓦加蘭和卡瓦加蘭(南太平洋南太平洋)； 為什么選擇這為什么選擇這3個地址？個

25、地址？ 設(shè)備：天線、設(shè)備：天線、C波段發(fā)射機、計算機；波段發(fā)射機、計算機； 作用：將主控站發(fā)來的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電作用：將主控站發(fā)來的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其他控制指令注入相應(yīng)衛(wèi)星存儲器，每天注文和其他控制指令注入相應(yīng)衛(wèi)星存儲器，每天注入三次，每次注入入三次，每次注入14天的星歷；天的星歷；2. 地面控制部分地面控制部分 監(jiān)測站監(jiān)測站 數(shù)量：數(shù)量：5 分布：分布： 1個主控站個主控站+3個注入站個注入站+夏威夷；夏威夷； 作用：使用作用：使用GPS接收機對每顆可見衛(wèi)星每接收機對每顆可見衛(wèi)星每6分鐘進行一次觀測，同時采集氣象信息，并分鐘進行一次觀測，同時采集氣象信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳

26、送給主控站；將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站；5555HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinColorado springsGPS的地面控制部分的地面控制部分 注入站 衛(wèi) 星 主控站 監(jiān)測站星 歷衛(wèi)星信息GPS衛(wèi)星信號星 歷地面監(jiān)控部分的工作流程3. 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分 GPS接收機硬件接收機硬件 GPS接收機軟件接收機軟件 GPS數(shù)據(jù)后處理軟件包數(shù)據(jù)后處理軟件包 GPS信號接收機的作用信號接收機的作用 捕獲衛(wèi)星信號，對捕獲衛(wèi)星信號，對GPS信號進行處理；信號進行處理； 測量測量GPS信號從衛(wèi)星到接收機的傳播時間；信號從衛(wèi)星到接收機的傳播時間； 解譯解譯GP

27、S導(dǎo)航電文；導(dǎo)航電文； 計算測站三維位置，三維速度及時間；計算測站三維位置，三維速度及時間；3. 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分3. 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分lGPS信號接收機的類型信號接收機的類型 依用途：導(dǎo)航型、測量型與授時型依用途：導(dǎo)航型、測量型與授時型 依能否接收測距碼依能否接收測距碼(偽距碼偽距碼)：有碼與無碼：有碼與無碼 依接收偽距碼的種類：依接收偽距碼的種類：P碼與碼與C/A碼碼 依接收不同頻率的載波：單頻與雙頻依接收不同頻率的載波：單頻與雙頻導(dǎo)航型導(dǎo)航型GPS接收機接收機手持型手持型車載型車載型測量型測量型GPS接收機接收機單頻機單頻機雙頻機雙頻機 GPS接收機的發(fā)展趨勢接收機的發(fā)展

28、趨勢 小型化、兼容小型化、兼容GPS和和GLONASS； 三、三、GPS系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點近、現(xiàn)代的常規(guī)定位方法近、現(xiàn)代的常規(guī)定位方法 常規(guī)（地面）定位方法常規(guī)（地面）定位方法 儀器設(shè)備儀器設(shè)備 尺：銦鋼尺尺：銦鋼尺 光學(xué)儀器：經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀光學(xué)儀器：經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀 電磁波或激光儀器：測距儀電磁波或激光儀器：測距儀 綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀 觀測值觀測值 角度或方向觀測角度或方向觀測 距離觀測距離觀測 天文觀測方法天文觀測方法常規(guī)定位方法的局限性常規(guī)定位方法的局限性 需要事先布設(shè)大量的地面控制點需要事先布設(shè)大量的地面控制點/地面站；地面站； 無法同時精確確定點的三

29、維坐標(biāo)；無法同時精確確定點的三維坐標(biāo)； 觀測受氣候、環(huán)境條件限制；觀測受氣候、環(huán)境條件限制； 觀測點之間需要保證通視；觀測點之間需要保證通視； 需要修建覘標(biāo)需要修建覘標(biāo)/架設(shè)高大的天線架設(shè)高大的天線 邊長受到限制邊長受到限制 觀測難度大觀測難度大 效率低：無用的中間過渡點效率低：無用的中間過渡點 受系統(tǒng)誤差影響大，如地球旁折光；受系統(tǒng)誤差影響大，如地球旁折光； 難以確定地心坐標(biāo)；難以確定地心坐標(biāo)；GPS系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點 相對于其他導(dǎo)航定位系統(tǒng)的特點：相對于其他導(dǎo)航定位系統(tǒng)的特點： 功能多、用途廣功能多、用途廣 定位精度高定位精度高 實時定位實時定位GPS系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點 相對于常規(guī)測量

30、技術(shù)的特點：相對于常規(guī)測量技術(shù)的特點： 定位精度高定位精度高 觀測時間短觀測時間短 測站間無需通視測站間無需通視 提供三維坐標(biāo)提供三維坐標(biāo) 操作簡便操作簡便 全天候作業(yè)全天候作業(yè)四、四、GPS的應(yīng)用的應(yīng)用GPS的應(yīng)用的應(yīng)用GPS在軍事上的應(yīng)用：在軍事上的應(yīng)用：1. GPS在海灣戰(zhàn)爭中的應(yīng)用在海灣戰(zhàn)爭中的應(yīng)用2. GPS應(yīng)用于應(yīng)用于B-52、F-163. 精確標(biāo)定戰(zhàn)場重點設(shè)施的位置精確標(biāo)定戰(zhàn)場重點設(shè)施的位置4. 用于空戰(zhàn)指揮和控制用于空戰(zhàn)指揮和控制5. GPS用于地面部隊用于地面部隊6. 用于掃雷用于掃雷GPS導(dǎo)航的艦載飛彈 配備GPS的士兵 美國海軍核潛艇 GPS的應(yīng)用的應(yīng)用GPS在民間的應(yīng)用

31、：在民間的應(yīng)用： 1. GPS在汽車導(dǎo)航和城市交通管理中的應(yīng)用在汽車導(dǎo)航和城市交通管理中的應(yīng)用 2. GPS用于農(nóng)業(yè)用于農(nóng)業(yè) 3. GPS用于緊急救援用于緊急救援 4. GPS用于森林防火用于森林防火 5. GPS用于地震預(yù)報用于地震預(yù)報 6. GPS用于大壩及地面沉降的監(jiān)測用于大壩及地面沉降的監(jiān)測 7. GPS用于繪制道路圖用于繪制道路圖GPS的應(yīng)用的應(yīng)用 GPS在民間的應(yīng)用：在民間的應(yīng)用： 8. 船舶遠洋導(dǎo)航和進港引水船舶遠洋導(dǎo)航和進港引水 9. 飛機航路引導(dǎo)和進場降落飛機航路引導(dǎo)和進場降落 10. 汽車自主導(dǎo)航汽車自主導(dǎo)航 11. 個人旅游及野外探險個人旅游及野外探險 12. 個人通訊終

32、端個人通訊終端(與手機，電子地圖等集成一與手機，電子地圖等集成一體體)GPS的應(yīng)用的應(yīng)用GPS應(yīng)用于高精度測量：應(yīng)用于高精度測量： 1. 建立各級國家平面控制網(wǎng)；建立各級國家平面控制網(wǎng)； GPS應(yīng)用于高精度測量：應(yīng)用于高精度測量： 2. 板塊運動和監(jiān)測；板塊運動和監(jiān)測；GPS應(yīng)用于高精度測量：應(yīng)用于高精度測量： 3. 布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進行各布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進行各種工程測量；種工程測量；市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)深圳市連續(xù)運行衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及通信網(wǎng)絡(luò)示意圖深圳市連續(xù)運行衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及通信網(wǎng)絡(luò)示意圖市電信局監(jiān)控分析中心衛(wèi)星定位信號發(fā)射臺FM

33、電臺基準(zhǔn)站1基準(zhǔn)站2基準(zhǔn)站3基準(zhǔn)站4基準(zhǔn)站5進入移動電話系統(tǒng)用戶用戶全向天線定向天線ModemGPS應(yīng)用于高精度測量：應(yīng)用于高精度測量： 4. 在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的應(yīng)用；應(yīng)用；五、五、GPS的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢美國政府的美國政府的GPS政策政策 SA技術(shù)技術(shù)(1990.3.252000.5.1) Selective Availability 選擇可用性選擇可用性 人為降低普通用戶的測量精度。方法人為降低普通用戶的測量精度。方法: 技術(shù)：降低星歷精度技術(shù)：降低星歷精度(加入隨機變化加入隨機變化) 技術(shù)：衛(wèi)星鐘加高頻抖動技術(shù)：衛(wèi)星鐘加高頻抖動(短周期，快變化短周期，快變化) AS技術(shù)技術(shù)(1994.1.31至今至今) Anti-Spoofing 反電子欺騙反電子欺騙 P碼加密，碼加密，P+WYGPS的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢 衛(wèi)星導(dǎo)航手段在多數(shù)國家和地區(qū)可能成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航手段在多數(shù)國家和地區(qū)可能成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)航、定位和定時的唯一手段。定位和