文档介绍：《数字工程前沿技术》课程报告三大卫星导航系统现今三大卫星导航系统是美国的全球定位系统(GPS),俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS)和中国的北斗卫星导航系统。一、全球定位系统(GPS)(一)、全球定位系统的介绍及其背景1、全球定位系统的定义利用GPS定位卫星,在全球范围内实时进行定位、导航的系统,称为全球***(GlobalPositioningSystem)系统,简称GPS。全球定位系统是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置,三维速度和时间信息。全球定位系统的产生与发展[1]——由TRANSIT到GPS1957年10月第一颗人造地球卫星上天,天基电子导航应运而生。利用多普勒频移原理1964年建成子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。美国从1973年开始筹建全球定位系统,1994年投入使用。经历20年,耗资300亿美元,是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。全球定位系统的计划最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了,该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星,地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样,粗码精度可达100m,精码精度为10m。由于预算压缩,GPS计划不得不减少卫星发射数量,改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改:21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。4、全球定位系统(GPS)卫星(如图1所示)24颗卫星(21+3)6个轨道平面图155º轨道倾角20200km轨道高度(地面高度)11小时58分(恒星时)轨道周期5个多小时出现在地平线以上(每颗星)在全球各处能观测到高度角>15°的卫星4颗以上(二)、全球定位系统的特点1、全球全天候定位GPS卫星的数目较多,且分布均匀,保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星,确保实现全球全天候连续的导航定位服务(除打雷闪电不宜观测外)。2、定位精度高应用实践已经证明,GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m,100-500km可达10-7m,1000km可达10-9m。在300-1500m工程精密定位中,1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm,与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较,,。实时单点定位(用于导航):P码1~2m;C/A码5~10m。静态相对定位:50km之内误差为几mm+(1~2ppm*D);~。实时伪距差分(RTD):精度达分米级。实时相位差分(RTK):精度达1~2cm。3、观测时间短随着GPS系统的不断完善,软件的不断更新,目前,20km以内相对静态定位,仅需15-20分钟;快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距在15KM以内时,流动站观测时间只需1-2分钟;采取实时动态定位模式时,每站观测仅需几秒钟。因而使用GPS技术建立控制网,可以大大提高作业效率。4、测站间无需通视GPS测量只要求测站上空开阔,不要求测站之间互相通视,因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间(一般造标费用约占总经费的30%~50%),同时也使选点工作变得非常灵活,也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。5、仪器操作简便随着GPS接收机的不断改进,GPS测量的自动化程度越来越高,有的已趋于“傻瓜化”。在观测中测量员只需安置仪器,连接电缆线,量取天线高,监视仪器的工作状态,而其它观测工作,如卫星的捕获,跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束测量时,仅需关闭电源,收好接收机,便完成了野外数据采集任务。如果在一个测站上需作长时间的连续观测,还可以通过数据通讯方式,将所采集的数据传送到数据处理中心,实现全自动化的数据采集与处理。另外,现在的接收机体积也越来越小,相应的重量也越来越轻,极大地减轻了测量工作者的劳动强度。6、可提供全球统一的三维地心坐标 GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度,另外,GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的,因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。7、应用广泛(三)、全球定位系统的系统组成1、系统组成GPS全球***系统由三部分组成:空间部分—GPS星座;地面控制部分—地面监控系统;用户设备部分—GPS信号接收机。如图2所示空间部分:提供星历和时间信息发射伪距和载表信号提供其它辅助信息地面控制部分:中心控制系统实现时间同步跟踪卫星进行定轨用户部分:接收并测卫星信号记录处理数据提供导航定位信息图22、地面控制站图3一个主控站