GS測量原理與應(yīng)用講義

GPS測量原理與應(yīng)用

ThePrincipleandApplicationofGPS主講：李克昭第一講：GPS概述及理論基礎(chǔ)第二講：GPS信號(hào)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(dòng)態(tài)定位原理第五講GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)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Basiccourseoutline實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)和使用答疑時(shí)間：周四晚，地點(diǎn)：學(xué)院310參考書籍及網(wǎng)址：(Textbooks)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)GeomaticsEngineering.http://www.geomatics.ucalgary.ca/research/researchareas.第一講：GPS概述及理論基礎(chǔ)

（TheSummarizationandBasicTheoryofGPS）內(nèi)容（Contents）：1.1GPS概述

GPS的產(chǎn)生 GPS系統(tǒng)的組成GPS的定位特點(diǎn)及優(yōu)勢GPS的應(yīng)用發(fā)展及前景1.2GPS定位基本原理及基礎(chǔ)1.1.1GPS的產(chǎn)生

(TheBirthofGPS)

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(gè)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(shí)，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(tái)。（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(duì)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(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш?，美國又進(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2~4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(jià)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(hào)運(yùn)載火箭將世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克”1號(hào)（CΠ-1，Sputnik-1）送入了近地軌道。重83kg，直徑58cm隨后3個(gè)月，即1958年1月31日，美國發(fā)射了“探索者1號(hào)“（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(tái)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(shí)驗(yàn)室就聯(lián)合研制NNSS（NavyNavigationSatelliteSystem）。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(yùn)行圖衛(wèi)星軌道高度950~1200km，運(yùn)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(diǎn)，主要是：（1）衛(wèi)星數(shù)量少（6顆），不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)導(dǎo)航；（2）衛(wèi)星軌道高度低，難以實(shí)現(xiàn)精密定軌；（3）信號(hào)頻率低，難以補(bǔ)償電離層效應(yīng)的影響。

正因?yàn)槿绱?，美國國防部?973年12月批準(zhǔn)陸海空三軍聯(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。1.1.2GPS的系統(tǒng)組成

GPS的英文全稱是NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem，簡稱GPS，有時(shí)也被稱作NAVSTARGPS。其意為“導(dǎo)航星測時(shí)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(gè)基帶本功講能：（1）執(zhí)她行地悼面監(jiān)夠控站會(huì)的指妨令，懼接收事和存廣儲(chǔ)地冰面監(jiān)產(chǎn)控站串發(fā)來畫的導(dǎo)遞航信臣息；（2）向碎用戶鳥播送奮導(dǎo)航暈電文匙，提像供導(dǎo)繪航和敞定位蒜信息白；（3）授畝時(shí)。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(shí)間國基準(zhǔn)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(wǎng)中絡(luò)區(qū)騰段目后前由5個(gè)地咱面站哭組成聯(lián)，其酷中主棵要包換括主產(chǎn)控站種（Ma逝st脖er富C殘on姑tr題ol載S畫ta臺(tái)ti公on，MC錯(cuò)S），南地面典天線俯站和犧監(jiān)測舌站。用戶秩設(shè)備畝部分GP籮S系統(tǒng)杏的用匙戶設(shè)寧備部壤分由GP悉S接收僑機(jī)硬么件和園相應(yīng)貞的數(shù)烈據(jù)處櫻理軟澇件及逗微機(jī)壺及其震終端害設(shè)備橡組成粗。1.坑1.咸3躺GP炊S的定欺位特虜點(diǎn)及貼優(yōu)勢(1廁)提供蜻全天蚊候、中全球母性的駕導(dǎo)航擦和定抹位服陡務(wù)；（2）可慢進(jìn)行志高精連度、隙高速品度的泛實(shí)時(shí)雖精密西導(dǎo)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(yīng)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(yīng)殘用GPS導(dǎo)航的艦載飛彈

配備GPS的士兵

美國海軍核潛艇

交會(huì)扇對接殼空間領(lǐng)科學(xué)曾研究嬸中的嘗應(yīng)用ET行S-漫VI雙I空間和自主膊交會(huì)情對接墻仿真佩驗(yàn)證落示意般圖OE在軌維實(shí)驗(yàn)澤衛(wèi)星GP惱S在交弱通運(yùn)尺輸業(yè)膊中的教應(yīng)用航運(yùn)腹、航趟空搜掩索陸路符交通惠（車登輛導(dǎo)懸航、咱監(jiān)控召）船舶希遠(yuǎn)洋指導(dǎo)航跪和進(jìn)惕港引娃水GP春S在測虎量中基的應(yīng)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(yīng)報(bào)用（具續(xù)）板塊敬運(yùn)動(dòng)憂和監(jiān)熄測GP笨S在測寺量中志的應(yīng)膊用（泥續(xù)）建立惠各級稍國家羅平面己控制糠網(wǎng)GP嶼S在測框量中沃的應(yīng)櫻用（推續(xù)）布設(shè)撤城市查控制寧網(wǎng)、里工程蜜測量繪控制煤網(wǎng)，位進(jìn)行坡各種回工程現(xiàn)測量GP嗓S在測疲