文档介绍：GPS 测量原理与应用
2008年3月20日
第一章 GPS系统简介
第二章 GPS定位原理
第三章高精度GPS定位的各项误差改正
第四章 GPS定位技术应用
第五章 GPS数据处理
提纲
第一章、GPS系统简介
什么是GPS ?
GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging / Global Positioning System的缩写。
是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。
1973年计划批准,1978第一颗卫星发射,1994年系统完全建成,历时20年,耗资300亿美元,成为继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。
实时提供地面和空中三维坐标,从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题,给导航和定位技术带来了新的技术革命。
第一章、GPS系统简介
GPS定位基本原理
测量学上的空间距离后方交会
平面后方距离交会
已知两点的坐标,从未知点观测两已知点的距离,可获得待测点的坐标
空间后方距离交会
已知两点的坐标,从未知点观测两已知点的距离,可获得待测点的坐标
卫星的坐标
由广播星历计算
第一章、GPS系统简介
系统组成
GPS系统包括三大部分:地面控制部分;空间部分;用户分。
空间部分—GPS卫星星座。
第一章、GPS系统简介
由24颗卫星组成(包括3颗备用卫星),分布在6个轨道面上,轨道倾角55°,升交点赤经相差60°,相邻轨道升交点角距相差30°。近圆轨道,轨道平均高度20200km,运行周期12h恒星时。
保证地球上任意地点颗观测到4颗以上卫星。
可采用STK仿真软件可设计星座方案
卫星参数:(质量、体积、相位偏心等)
第一代:Block Ⅰ:11颗,1978-1984
第二代:Block Ⅱ:28颗,1989-1994
第三代:Block Ⅲ,ⅡR:20颗,1995-
目前能够观测到的卫星数达到29颗
地面控制部分:主控站、监控站和注入站。
第一章、GPS系统简介
①主控站:位于美国科罗拉多( Colorado )的法尔孔( Falcon )空军基地。
根据各监控站对 GPS 的观测数据,推算卫星星历、钟差、大气改正参数等,并将这些数据通过注入站注入到卫星中去;
提供GPS时间标准,均与主控站的原子钟同步,调度卫星。
还具有监控站的功能。
②监控站:主控站、夏威夷( Hawaii )、阿松森群岛( Ascencion )、迭哥伽西亚( Diego Garcia )、和卡瓦加兰( Kwajalein )。
功能: 接收卫星信号,传送到主控站。
③注入站:阿松森群岛( Ascencion )、迭哥伽西亚( Diego Garcia )、和卡瓦加兰( Kwajalein )。
功能:向卫星注入星历,发送控制指令。
用户部分:接收机
第一章、GPS系统简介
导航型:GarMin,测码,不记录原始观测量,定位精度几十米
测地型:Leica,AOA(Rogue-8000),Trimble,Topcon(Javad、Ashtech)等品牌,观测载波相位,用于大地测量、测绘, 毫米精度.
受时型:AOA
星载型: Rockwell,高度>18km,耐高低温,高动态,低轨卫星定轨。
第一章、GPS系统简介
其它卫星导航系统
GLONASS:前苏联(俄罗斯)
GLONASS constellation
GLONASS与GPS的比较
参数
GLONASS
NAVSTAR GPS
系统中的卫星数
21+3
21+3
轨道平面数
3
6
轨道倾角
°
55°
轨道高度
19100km
20180km
轨道周期(恒星时)
11h15min
12h
卫星信号的区分
FDMA
CDMA
L1频率
1602~1615MHz
1575MHz
L2频率
1246~1256MHz
1228MHz
由于多种原因,目前运行情况不佳
第一章、GPS系统简介
伽俐略(Galileo) :欧盟
伽俐略(Galileo)卫星导航定位系统
2002年3月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统—— Galileo系统。
Galileo卫星星座将由27颗工作卫星和3颗备用卫星组成,共30颗卫星将均匀分布在3个轨道平面上,卫星高度为23616km,轨道倾角为56°。
Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统,具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能,但只有前两种服务是自由公开的,后两种服务则需经