文档介绍：第一章概论
第一节 GPS的兴起与特点
一、GPS的建立
1973年由美国国防部(DOD)开始建立,称为全球定位系统 global positioning system ,目的是用于美国军队的定位、导航、武器制导等。拟定由21+3颗卫星组成。到今天为止经历了4个阶段:
1973年12月~1978年2月22日为理论研究阶段;
1978~1989年2月14日为建设阶段;
1990~1999为建成运行阶段, 1993年满24颗,1995年达预定工作能力;
2000年5月2日~2030为改进更新阶段。
二、GPS测量的特点与问题
1)特点
精度高; 速度快; 无需通视;
操作简便; 全球布网; 全天候作业;
三维坐标; 应用广泛。
2)问题
军民两用;
无安全承诺。
三维精度不一致。如图
三、GPS的应用领域
1、控制测量(全球、全国、城市、工程)
2、工程测量
3、地形地籍测量
4、海洋测绘
5、航测、遥感
6、卫星定轨
7、月球、火星测绘
8、飞机、轮船导航与地面交通管理
9、通信、旅游等各行各业
一、GPS组成概况
GPS由空间段、控制段和用户段三部分组成。
1)空间段
24颗(目前32颗)卫星分布在6个轨道面上,轨道面与地球赤道面的夹角为55°,轨道面间隔为60°,在地面上任何一点,最少可见到4颗卫星,最多可见到11颗卫星。如图
卫星上有四台高精度原子钟,卫星的主要作用是向用户发送定位信息和提供时间标准。
2)控制段
监测站:5个,用双频接收机接收卫星信号,高精度原子钟提供时间标准,环境数据传感器采集环境数据。如图
主控站:1个,计算星历、钟差、大气折射并控制卫星轨道与姿态。
注入站:3个,向卫星发送数据与命令。
三者连网,除主控站外均无人值守。
3) 用户段
接收机和数据处理软件。
第二节 GPS组成及基本原理
二、GPS定位的基本原理
卫星发射信号的时间为t1,接收机收到信号的时间为t2,则
Δt=t2-t1 ρ=cΔt
其中ρ为星站距离,由接收机测得。因卫星钟很精确,而接收机钟有误差δt,故
ρ=cΔt+c δt
在地面任一点最少可观测4颗卫星,得4个距离,解4个未知数x , y , z , δt。(原理图)
观测四颗卫星,列出四个方程式如下:
第三节 GPS的加密措施
一、精密定位服务与标准定位服务
1)精密定位服务(5~10m):PPS
美国军方使用,包括:
L1:C/A码,P码;
L2:P码;
消除SA的密匙,导航电文。
2)标准定位服务(100m):SPS
出于经济考虑,83年提供民用。
L1:C/A, 导航电文。
二、A-S措施 P码保密,只有美国军方可用,后来被解密。美国引入W码,并将P码与W码进行模二相加得Y码,难以破解。
三、SA政策
84年民用结果,精度远高于100m,美国为保证自身安全,1990年3月25日起对民用信号进行干扰,包括:
ε技术:干扰卫星星历;
δ技术:干扰定位信号。
因美国国内的就业压力及国际竞争,1996年3月29日,克林顿宣布10年内终止SA, 2000年5月2日终止,但可随时在区域内恢复。
四、政策调整与技术更新
1、美国对GPS的政策调整与技术改进
1)政策调整
(1)1983年提供民用;
(2)1990年实施SA政策;
(3)2000年5月取消SA;
(4)1999年决定既保证军用安全,又提高民用精度。