刘根友 GPS测量原理与应用1 (系统简介)

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1.1什么是GPS？GPS是英文NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem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1.2GPS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1.3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：BlockⅠ:11颗，1978-1984第二代：BlockⅡ：28颗，1989-1994第三代：BlockⅢ,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（DiegoGarcia）、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（DiegoGarcia）、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1.4其它卫星导航系统GLONASS：前苏联（俄罗斯）GLONASSconstellationGLONASS与GPS的比较参数GLONASSNAVSTARGPS系统中的卫星数21＋321＋3轨道平面数36轨道倾角64.8°55°轨道高度19100km20180km轨道周期（恒星时）11h15min12h卫星信号的区分FDMACDMAL1频率1602~1615MHz频道间隔0.5625MHz1575MHzL2频率1246~1256MHz频道间隔0.4375MHz1228MHz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，后两种服务则需经过批准后才能使用。theGalileosatelliteconstellation2005.12.28已发射一颗试验卫星，项目推迟第一章、GPS系统简介北斗导航系统：中国属于区域导航系统

由两颗赤道同步卫星和地面控制计算站组成。覆盖范围有限，经费投入少，建设快。主动定位

卫星具备通信功能，接收机将接收信号通过卫星发给地面站，由地面站结合DEM数据，计算出接收机位置再通知用户。具备监控高空能，用户量有限。2000年10月31日和12月20日从西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步轨道（东经80º和140º的赤道上空）2003年备用卫星发射后（110°E），可开展无源定位（被动定位）第一章、GPS系统简介1.5GPS限制政策SPS与PPSSPS–标准定位服务使用C/A码，民用，20-40m精度PPS–精密定位服务可使用P码，军用，5-10m精度SA政策(可用性选择)

对卫星星历施加ε干扰技术，对信号采用δ干扰技术，定位精度降低到100-150m，2000.5取消。AS政策（反电子欺骗）加密P码，