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第二章全球定位系统及其应用
基础知识
(1 )GPS定位系统的发展历史
GPS的实施计划,它可以分为三个阶级:
第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年,共发射了4颗试验卫星,研制了地面接收机及建立地面跟踪网,从硬件和软件上进行了试验,试验结果令人满意。
第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年,又陆续发射了7颗试验卫星。与此同时,研制了各种用途的接收机,主要是导航型接收机,同时测地型接收机也相继问世。试验表明,GPS的定位精度远远超过设计标准,利用粗码的定位精度几乎提高了一个数量级,达到14m。
第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功,宣告了GPS系统进入工程建设阶段。这种工作卫星称为 BlockⅡ和BlockⅡA卫星。这两组卫星的差别是:BlockⅡA卫星增强了军事应用功能,扩大了数据存储容量;BlockⅡ卫星只能存储供14天用的导航电文(每天更新三次);而BlockⅡA卫星能存储供180天用的导航电文,确保在特殊情况下使用GPS卫星。实用型的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成,今后将根据计划更换失效的卫星。
(2)其它独立的卫星导航与定位系统
GLONASS卫星星座
欧洲EGNOS系统
伽利略系统
日本MSAS系统
卫星定位系统种类
星座卫星数目(颗)
卫星平均高度(km)
卫星运行周期(min)
载波频率(MHz)
L1
L2
GPS(美国)
21+3
20200
718
1565~1586
1217~1238
GLONASS(前苏联)
21+3
19100
675
1603~1616
1246~1256
NAVSAT(欧洲空间局)
12+6
20178
720
1561~1569
1224~1232
伽利略系统
30
24000
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(3)GPS定位系统的特点GPS相对于其它导航与定位系统的特点
(1)全球地面连续覆盖。GPS有24颗卫星,且分布合理,所以在地球上和近地空间上任何一点,均可以连续同步地观测4颗以上卫星、实现全球、全天候连续导航定位。
(2)功能多,精度高。GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置,三维速度和时间信息。一般来说,目前其单点实时定位精度可达5m~10m,静态相对定位精度可达1~,,而测时精度约为数十纳秒。随着GPS测量技术和数据处理技术的发展,其定位、测速和测时的精度将进一步提高。
(3)实时定位速度快。利用全球定位系统一次定位和测速工作在一秒至数秒钟内便可完成(NNSS约需8—10分钟),这对高动态用户来说尤为重要。
(4)被动式全天候导航定位。这种导航定位不仅隐蔽性好,而且可以容纳无数多用户。
(5)抗干扰性能好,保密性强。由于GPS采用了数字通讯的特殊编码技术,即伪随机噪声码技术,因而GPS卫星所发送的信号,具有良好的抗干扰性和保密性。
GPS应用于测量的特点
相对于经典的测量学来说,这一新技术的主要特点如下:
(1)观测站之间无需通视。
(2)定位精度高。在小于50km的基线上,其相对定位精度可达1~2×10-6,而在100km~500km的基线上可达10-6~10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善,可望在大于1000km的距离上,相对定位精度达到或优于10-8。
(3)观测时间短。
(4)提供三维坐标。
(5)操作简便。
(6)全天候作业。
2全球定位系统GPS的组成概况
全球定位系统(GPS)主要由三部分组成,即由GPS卫星组成的空间部分、由若干地面站组成的控制部分和以接收机为主体的广大用户部分.