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《導(dǎo)航原理 4.3 GPS全球定位系統(tǒng)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、GPS全球定位系統(tǒng)西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院探測制導(dǎo)系二0一二年主要內(nèi)容了解GPS的發(fā)展與現(xiàn)狀GPS的前身GPS的原理簡介GPS計劃的變更GPS計劃的實施GPS衛(wèi)星GPS的組成GPS的現(xiàn)代化GPSIII熟悉GPS的基礎(chǔ)概念掌握GPS定位與導(dǎo)航的原理了解GPS的作用和應(yīng)用領(lǐng)域2GPS的前身近、現(xiàn)代的常規(guī)定位方法采用的儀器設(shè)備尺：銦鋼尺光學(xué)儀器：經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀電磁波或激光儀器：測距儀綜合多種技術(shù)儀器：全站儀觀測值角度或方向觀測距離觀測天文觀測方法3GPS的前身需要事先布設(shè)大量的地面控制點/地面站無法同時精確確
2、定點的三維坐標(biāo)觀測受氣候、環(huán)境條件限制觀測點之間需要保證通視需要修建標(biāo)志/架設(shè)高大的天線邊長受到限制觀測難度大效率低：無用的中間過渡點受系統(tǒng)誤差影響大，如地球旁折光難以確定地心坐標(biāo)4GPS的前身1957年，前蘇聯(lián)成功發(fā)射第一枚人造衛(wèi)星“斯普特尼克”1號(Sputnik-1)進(jìn)入軌道后不久，美國詹斯·霍普金斯（JohnsHopkins）大學(xué)應(yīng)用物理實驗室（APL）兩位科學(xué)家在跟蹤這顆蘇聯(lián)衛(wèi)星時無意中發(fā)現(xiàn)，他們收到的無線電信號有多普勒頻移效應(yīng)，即衛(wèi)星在飛近地面時，接收機(jī)收到的無線電頻率逐漸增高，飛遠(yuǎn)時則逐漸降低
3、?？茖W(xué)家研究后產(chǎn)生靈感，衛(wèi)星的軌道可由地面站測得的多普勒頻移曲線確定，若知道衛(wèi)星的精確軌道，不就能確定地面接收機(jī)的位置了嗎?5GPS的前身美國科學(xué)家們隨即倡議利用衛(wèi)星，為其核動力彈道導(dǎo)彈潛艇進(jìn)行定位導(dǎo)航，以修正慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的時間累積誤差。1958年底，美國海軍研究實驗室（NavalResearchLaboratory——NRL）提出利用“多普勒頻移效應(yīng)”與“標(biāo)準(zhǔn)時間差”定位原理的衛(wèi)星定位系統(tǒng)構(gòu)想，開始著手建立為美國海軍艦艇導(dǎo)航的衛(wèi)星系統(tǒng)NNSS——“海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)”（NavyNavigationSatel
4、liteSystem）。該系統(tǒng)衛(wèi)星都通過地極，也稱“子午儀衛(wèi)星系統(tǒng)(Transit)”。6GPS的前身1960年4月開始發(fā)射首顆衛(wèi)星，1964年1月正式運行，開始提供軍用服務(wù)，1967年7月系統(tǒng)解密，開放給民間使用，此后曾進(jìn)行兩次改進(jìn)，使系統(tǒng)精度有所提高。1988年8月進(jìn)行最后一次發(fā)射，2000年系統(tǒng)報廢。NNSS在導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展中具有劃時代的意義，研發(fā)部門對衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗，并驗證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位的可行性，為GPS系統(tǒng)的研制埋下了鋪墊。7GPS的前身但該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目少（5-6顆），運行軌道低（
5、1000km），觀測時間長（1.5小時），無法提供連續(xù)實時三維導(dǎo)航，同時獲得一次導(dǎo)航解的時間長，難以滿足軍事要求，尤其是高動態(tài)目標(biāo)（飛機(jī)、導(dǎo)彈等）導(dǎo)航要求。從大地測量看，定位速度慢，一個測站一般平均觀測1-2天；精度低，單點定位精度3-5m，相對定位精度1m，使得在大地測量和地球動力學(xué)研究方面的應(yīng)用，也受到很大限制。8GPS的前身衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性,且子午儀系統(tǒng)存在對潛艇和艦船導(dǎo)航方面巨大缺陷。為此美國海軍研究實驗室（NRL）提出了Tinmation計劃，用12到18顆衛(wèi)星組成1萬km高度
6、的全球定位網(wǎng)計劃，于67年、69年和74年各發(fā)射了一顆試驗衛(wèi)星。在這些衛(wèi)星上初步試驗了星載原子鐘計時系統(tǒng)，成為GPS系統(tǒng)精確定位的基礎(chǔ)。9GPS的前身美國空軍也提出了代號為621B的衛(wèi)星定位系統(tǒng)的概念研究，以每星群4到5顆衛(wèi)星組成3至4個星群的計劃，這些衛(wèi)星中除1顆采用同步軌道外其余的都使用周期為24h的傾斜軌道。衛(wèi)星采用偽隨機(jī)碼（PRN）調(diào)制傳播衛(wèi)星測距信號，其強大的功能，當(dāng)信號密度低于環(huán)境噪聲的１％時也能將其檢測出來。偽隨機(jī)碼的成功運用是GPS系統(tǒng)得以取得成功的又一個重要基礎(chǔ)。10GPS的前身海軍的計劃
7、主要用于為艦船提供低動態(tài)的2維定位，空軍的計劃能供提供高動態(tài)服務(wù)。然而系統(tǒng)過于復(fù)雜，又由于同時研制兩個系統(tǒng)會造成巨大的費用，而且這兩個計劃都是為了提供全球定位而設(shè)計的，所以1969年美國國防部長辦公室建立了國防衛(wèi)星計劃，將陸海空等各軍種的研制工作統(tǒng)一起來，以形成聯(lián)合使用的系統(tǒng)。11GPS計劃的提出1973年美國國防部將2者合二為一，并由國防部牽頭的衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計劃局（JPO）領(lǐng)導(dǎo)，還將辦事機(jī)構(gòu)設(shè)立在洛杉磯的空軍航天處。該機(jī)構(gòu)成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代
8、表。為滿足軍事和民用對連續(xù)實時和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年12月，經(jīng)過美國國防部批準(zhǔn)，正式進(jìn)行GPS系統(tǒng)的研制。12GPS計劃的提出GPS，即“導(dǎo)航衛(wèi)星授時測距/全球定位系統(tǒng)”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem），簡稱全球定位系統(tǒng)，是一種定時和測距的空間交會定點導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS是美國繼阿波羅登月計劃、航天飛機(jī)計劃之后的又一項
