gps全球定位系統(tǒng)原理與應(yīng)用

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1、GPS全球定位系統(tǒng)原理與應(yīng)用華東師范大學(xué)地理信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室二00五年課程主要內(nèi)容了解GPS技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀GPS技術(shù)的發(fā)展、GPS系統(tǒng)的建立、GPS系統(tǒng)的組成熟悉GPS的基礎(chǔ)概念坐標(biāo)系統(tǒng)、時(shí)間系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星星歷、導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號(hào)、GPS接收機(jī)的類型與工作原理掌握GPS導(dǎo)航與定位的原理偽距測量、載波相位測量、絕對(duì)定位和相對(duì)定位、SA和AS政策、導(dǎo)航原理與方法熟悉GPS技術(shù)的作用和應(yīng)用領(lǐng)域GPS在日常生活、生產(chǎn)應(yīng)用、科學(xué)研究中的作用和應(yīng)用領(lǐng)域2授課方式與時(shí)間安排以課堂講解為主，課后自學(xué)為輔主要講解原理，不注重公式推導(dǎo)下一次課程時(shí)間9月22日下午1：30～3：30考核形式：平時(shí)作業(yè)

2、（兩次）、課后考試3主要參考資料《GPS測量原理與應(yīng)用》徐紹詮武漢大學(xué)出版社《全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》劉基余測繪出版社《GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用》周忠謨測繪出版社4第一部分GPS技術(shù)及其發(fā)展GPS——GlobalPositioningSystem定義：GPS是美國研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置，三維速度和時(shí)間信息。5衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展的回顧1957年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，40年來，人造地球衛(wèi)星技術(shù)在通信、氣象、資源勘察、導(dǎo)航、遙感、大地測量、地球動(dòng)力學(xué)、天文學(xué)和軍事科學(xué)等眾多領(lǐng)域，得到了極廣泛應(yīng)用。6衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展的回顧人造地球衛(wèi)星的

3、出現(xiàn)，首先引起了各國軍事部門的高度重視。1958年底，美國海軍武器實(shí)驗(yàn)室，開始著手建立為美國海軍艦艇導(dǎo)航的衛(wèi)星系統(tǒng)，即“海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)”（NavyNavigationSatelliteSystem——NNSS）。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星都通過地極，也稱“子午(Transit)衛(wèi)星系統(tǒng)”。1964年該系統(tǒng)建成，并在美國軍方啟用。1967年美國政府批準(zhǔn)該系統(tǒng)解密，提供民用。該系統(tǒng)不受氣象條件的限制，自動(dòng)化程度高，具有良好的定位精度。7衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展的回顧盡管NNSS在導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展中具有劃時(shí)代的意義，但由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目少（5-6顆），運(yùn)行軌道低（1000km）,觀測時(shí)間長（1.5小時(shí)），無法提供連續(xù)

4、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，同時(shí)獲得一次導(dǎo)航解的時(shí)間長，難以滿足軍事要求，尤其是高動(dòng)態(tài)目標(biāo)（飛機(jī)、導(dǎo)彈等）導(dǎo)航要求。而從大地測量看，定位速度慢，一個(gè)測站一般平均觀測1-2天；精度低，單點(diǎn)定位精度3-5m，相對(duì)定位精度1m，使得在大地測量和地球動(dòng)力學(xué)研究方面的應(yīng)用，也受到很大限制。8衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展的回顧為滿足軍事和民用對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國國防部開始組織陸?？杖姡餐芯拷⑿乱淮l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的計(jì)劃，這就是目前所稱的“導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)測距/全球定位系統(tǒng)”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem）簡稱全球定

5、位系統(tǒng)（GPS）。為使GPS具有高精度連續(xù)實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航和定位能力，以及良好的抗干擾性能，在設(shè)計(jì)上采取了若干改善措施。9GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)全球性連續(xù)覆蓋，全天候工作定位精度高觀測時(shí)間短測站間無需通視可提供三維坐標(biāo)操作簡便功能多，用途廣10GPS定位系統(tǒng)的組成GPS定位技術(shù)是利用高空中的GPS衛(wèi)星，向地面發(fā)射L波段的載頻無線電測距信號(hào)，由地面上用戶接收機(jī)實(shí)時(shí)地連續(xù)接收，并計(jì)算出接收機(jī)天線所在的位置。因此，GPS定位系統(tǒng)是由以下三個(gè)部分組成：（1）GPS衛(wèi)星星座（空間部分）（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）（3）GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）。11這三部分有各自獨(dú)立的功能和作用，對(duì)于整個(gè)全球定位系

6、統(tǒng)來說，它們都是不可缺少的。12GPS衛(wèi)星星座組成共24顆衛(wèi)星，其中3顆備用，分布在6個(gè)軌道面上。軌道面相對(duì)地球赤道面的傾角為550，各軌道平面升交點(diǎn)赤經(jīng)相差600，相鄰軌道上衛(wèi)星的升交距角相差300。軌道平均高度約20200km，運(yùn)行周期11h58m。因此，同一測站上每天出現(xiàn)衛(wèi)星分布圖形相同，只是每天提前約4分鐘。每顆衛(wèi)星每天約有5小時(shí)在地平線以上，同時(shí)位于地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目，隨時(shí)間地點(diǎn)而異，最少4顆，最多達(dá)11顆。13GPS系統(tǒng)的空間部分由GPS衛(wèi)星組成，稱為衛(wèi)星星座。衛(wèi)星星座的分布設(shè)置要保證地球上任何地點(diǎn)，任何時(shí)刻至少可以同時(shí)觀測到四顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星星座組成14銫原子鐘計(jì)算機(jī)2塊7

7、m2的太陽能翼板無線電收發(fā)兩用機(jī)導(dǎo)航荷載（接收數(shù)據(jù)，發(fā)射測距和導(dǎo)航數(shù)據(jù)）姿態(tài)控制和太陽能板指向系統(tǒng)GPS衛(wèi)星15GPS衛(wèi)星結(jié)構(gòu)雙葉對(duì)日定向太陽能電池帆板，全長5.33m，接受日光面積7.2m2。采用鋁蜂巢結(jié)構(gòu)，主體呈柱形，直徑為1.5m多波束定向天線，這是一種由12個(gè)單元構(gòu)成的成形波束螺旋天線陣，能發(fā)射L1和L2波段的信號(hào)，其波束方向圖能覆蓋約半個(gè)地球。在星體兩端面上裝有全向遙測遙控天線，用于與地面監(jiān)控網(wǎng)通信