水利现代化技术及应用

第3节GlobalPositioningSystem

（GPS）全球定位系统1武汉大学水利水电学院3.1GPS定位系统简介全球定位系统（GlobalPositioningSystem——GPS）是一种定时和测距的空间交会定点的导航系统，可以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。2武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院3武汉大学水利水电学院4武汉大学水利水电学院53.2系统组成

GPS系统包括三大部分：地面控制部分；空间部分；用户部分6武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院7武汉大学水利水电学院8空间部分①卫星分布组成：最早由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座。9武汉大学水利水电学院②卫星分布情况

24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间夹角为60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角相差90度。每颗卫星的正常运行周期为11h58min，若考虑地球自转等因素，将提前4min进入下一周期。③GPS卫星信号

载波：L波段双频L11575.42MHz，L21227.60MHz

卫星识别：码分多址（CDMA）测距码：C/A码（民用），P码（美国军方及特殊授户）导航数据：卫星轨道坐标、卫星钟差方程式参数、电离层延迟修正。10武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院11地面控制部分：地面控制部分：主控站、监控站和注入站12武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院13①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，计算出卫星的星历和卫星时钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；对卫星进行控制，向卫星发布指令；当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；主控站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）。接收卫星信号，监测卫星的工作状态。③注入站：阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（DiegoGarcia）、和卡瓦加兰（Kwajalein）。其作用和功能是：注入站的作用是将主控站计算的卫星星历和卫星时钟的改正参数等注入到卫星中去。14武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院15武汉大学水利水电学院16武汉大学水利水电学院17武汉大学水利水电学院18用户部分①组成：GPS接收机、气象仪器、计算机、钢尺等仪器设成。②GPS接收机：天线单元，信号处理部分，记录装置和源。天线单元：由天线和前置放大器组成，灵敏度高，抗干扰性强。GPS天线分为单极天线、微带天线、锥型天线等。信号处理部分：是GPS接收机的核心部分，进行滤波和信号处理，由跟踪环路重建载波，解码得到导航电文，获得伪距定位结果。记录装置:主要有接收机的内存硬盘或记录卡（CF卡）。电源:分为外接和内接电池（12V），机内还有一锂电池。19武汉大学水利水电学院PTK系统导航型接收机大地型接收机③GPS接收机的基本类型：大地型、导航型和授时型三种。大地型接收机按接收载波信号的差异分为单频（L1）型和双频（L1，L2）型。20武汉大学水利水电学院3.3GPS系统的特点定位精度高GPS相对定位精度在50km以内可达10-6

，100-500km可达10-7

，1000km可达10-9

。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm。观测时间短20KM以内快速静态相对定位，仅需15-20分钟；RTK测量时，当每个流动站与参考站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟。测站间无须通视可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。21武汉大学水利水电学院可提供三维坐标

GPS可同时精确测定测站点的三维坐标(平面+大地高)。通过局部大地水准面精化，GPS水准可满足四等水准测量的精度。操作简便全天候作业

GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行。功能多、应用广

可用于测量、导航，精密工程的变形监测，还可用于测速、测时。22武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院233.4工作原理

GPS系统由三大部分：地面控制部分；空间部分；用户部分共同组成：23武汉大学水利水电学院24武汉大学水利水电学院GPS基本定位原理：---有源无线电定位技术：利用距离交会的原理确定接收机的三维位置及钟差空间距离交会原理图25武汉大学水利水电学院/p-174910772.html武汉大学水利水电学院26武汉大学水利水电学院27武汉大学水利水电学院28武汉大学水利水电学院29武汉大学水利水电学院30武汉大学水利水电学院31武汉大学水利水电学院32武汉大学水利水电学院33武汉大学水利水电学院34武汉大学水利水电学院35武汉大学水利水电学院36武汉大学水利水电学院37武汉大学水利水电学院38武汉大学水利水电学院39武汉大学水利水电学院40武汉大学水利水电学院41武汉大学水利水电学院42武汉大学水利水电学院43武汉大学水利水电学院44武汉大学水利水电学院45武汉大学水利水电学院463.5GPS的应用（1）GPS应用于导航主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航。船舶远洋导航和进港引水；机航路引导和进场降落；汽车自主导航；地面车辆跟踪和城市智能交通管理；紧急救生；个人旅游及野外探险；个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集一体）。47武汉大学水利水电学院（2）GPS应用于授时校频GPS时间系统建立的示意图

GPS全部卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正系统。采用协调世界时UTC（USNO/MC）为参考基准。GPS时间系统建立的示意图48武汉大学水利水电学院（3）GPS应用于高精度测量各种等级的大地测量，控制测量；道路和各种线路放样；水下地形测量；地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测；GIS数据动态更新；工程机械（轮胎吊，推土机等）控制；精细农业。49武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院50武汉大学水利水电学院5152武汉大学水利水电学院核心教材：

黄杏元等，地理信息系统概论（第二版），2001，高等教育出版社汤国安等，地理信息系统，2000，科学出版社参考文献：[1]王之卓.摄影测量原理（英文版）.武汉：武汉测绘科技大学出版社，1990

[2]MTPE/EOSReferenceHandbook,1995[3]乌伦等地理信息系统-原理、方法与应用，2001，北京大学出版社[4]龚健雅地理信息系统基础，2001，科学出版社[5]王家耀空间信息系统原理，2001，科学出版社[6]汤国安计算机地学制图与分析，1994，西北大学出版社[7]汤国安等，ArcView地理信息系统空间分析方法，2002，科学出版社[8]刘良明，ArcView基础教程，2001，测绘出版社期刊：《测绘学报》、《地理学报》、《遥感学报》、《武汉大学学报（信息版）》、《测绘通报》、《中国图形图像学报》、《计算机辅助图形学报》等相关期刊武汉大学水利水电学院主要网站：

53武汉大学水利水电学院/////http://www.S//53武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院54本课程主要参考文献：[1]JosG.TimmermanandSindreLangas,EnvironmentalInformationinEuropeanTrans-boundaryWaterManagement,IWAPublishing,Alliance,House,2004（图书馆工学分馆外文阅览室）[2]GlausBtenner,Stuttgart,47thPhotogrammeticWeek,Interactivemodelingtoolsfor3Dbuildingreconstruction，1999（图书馆工学分馆外文阅览室）；[3]常庆瑞等，遥感技术导论，科学出版社，2004年（图书馆工学分馆中文阅览室）；[4]郭生练主编，水问题研究与进展，湖北科学技术出版社，2003年（图书馆工学分馆中文阅览室）；[5]李树脂等，高效三维遥感集成技术系统，科学出版社，2000（图书馆工学分馆中文阅览室）；[6]李德仁等，空间信息系统集成，武汉测绘科技大学出版社，2000（图书馆工学分馆中文阅览室）；[7]中国水利现代化研究顾浩中国水利水电出版社2004年12月

（图书馆工学分馆中文阅览室）;54武汉大学水利水电学院55网络资源：[8]武汉大学图书馆-中国知网-高级检索-水利现代化+进展（关键词）；[9]武汉大学教务部-武汉大学课程中心-通识选修课-数学与自然科学类-1400373-水利工程现代化技术（P5)/Able.Acc2.Web/Template/View.aspx?action=view&courseType=0&courseId=26376；[10]课程邮箱：S