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《導(dǎo)航原理 4.3 GPS全球定位系統(tǒng)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
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(cè)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(jiǎn)介GPS計(jì)劃的變更GPS計(jì)劃的實(shí)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(cè)距儀綜合多種技術(shù)儀器：全站儀觀測(cè)值角度或方向觀測(cè)距離觀測(cè)天文觀測(cè)方法3GPS的前身需要事先布設(shè)大量的地面控制點(diǎn)/地面站無(wú)法同時(shí)精確確
2、定點(diǎn)的三維坐標(biāo)觀測(cè)受氣候、環(huán)境條件限制觀測(cè)點(diǎn)之間需要保證通視需要修建標(biāo)志/架設(shè)高大的天線(xiàn)邊長(zhǎng)受到限制觀測(cè)難度大效率低：無(wú)用的中間過(guò)渡點(diǎn)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(hào)(Sputnik-1)進(jìn)入軌道后不久，美國(guó)詹斯·霍普金斯（JohnsHopkins）大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）兩位科學(xué)家在跟蹤這顆蘇聯(lián)衛(wèi)星時(shí)無(wú)意中發(fā)現(xiàn)，他們收到的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)有多普勒頻移效應(yīng)，即衛(wèi)星在飛近地面時(shí)，接收機(jī)收到的無(wú)線(xiàn)電頻率逐漸增高，飛遠(yuǎn)時(shí)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(cè)得的多普勒頻移曲線(xiàn)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(guó)科學(xué)家們隨即倡議利用衛(wèi)星，為其核動(dòng)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(shí)間累積誤差。1958年底，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NavalResearchLaboratory——NRL）提出利用“多普勒頻移效應(yīng)”與“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間差”定位原理的衛(wèi)星定位系統(tǒng)構(gòu)想，開(kāi)始著手建立為美國(guó)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(guò)地極，也稱(chēng)“子午儀衛(wèi)星系統(tǒng)(Transit)”。6GPS的前身1960年4月開(kāi)始發(fā)射首顆衛(wèi)星，1964年1月正式運(yùn)行，開(kāi)始提供軍用服務(wù)，1967年7月系統(tǒng)解密，開(kāi)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(bào)廢。NNSS在導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展中具有劃時(shí)代的意義，研發(fā)部門(mén)對(duì)衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗(yàn)，并驗(yàn)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(yùn)行軌道低（
5、1000km），觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)（1.5小時(shí)），無(wú)法提供連續(xù)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(zhǎng)，難以滿(mǎn)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。從大地測(cè)量看，定位速度慢，一個(gè)測(cè)站一般平均觀測(cè)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(cè)量和地球動(dòng)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(duì)潛艇和艦船導(dǎo)航方面巨大缺陷。為此美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）提出了Tinmation計(jì)劃，用12到18顆衛(wèi)星組成1萬(wàn)km高度
6、的全球定位網(wǎng)計(jì)劃，于67年、69年和74年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星。在這些衛(wèi)星上初步試驗(yàn)了星載原子鐘計(jì)時(shí)系統(tǒng)，成為GPS系統(tǒng)精確定位的基礎(chǔ)。9GPS的前身美國(guó)空軍也提出了代號(hào)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(gè)星群的計(jì)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(cè)距信號(hào)，其強(qiáng)大的功能，當(dāng)信號(hào)密度低于環(huán)境噪聲的１％時(shí)也能將其檢測(cè)出來(lái)。偽隨機(jī)碼的成功運(yùn)用是GPS系統(tǒng)得以取得成功的又一個(gè)重要基礎(chǔ)。10GPS的前身海軍的計(jì)劃
7、主要用于為艦船提供低動(dòng)態(tài)的2維定位，空軍的計(jì)劃能供提供高動(dòng)態(tài)服務(wù)。然而系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，又由于同時(shí)研制兩個(gè)系統(tǒng)會(huì)造成巨大的費(fèi)用，而且這兩個(gè)計(jì)劃都是為了提供全球定位而設(shè)計(jì)的，所以1969年美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)辦公室建立了國(guó)防衛(wèi)星計(jì)劃，將陸?？盏雀鬈姺N的研制工作統(tǒng)一起來(lái)，以形成聯(lián)合使用的系統(tǒng)。11GPS計(jì)劃的提出1973年美國(guó)國(guó)防部將2者合二為一，并由國(guó)防部牽頭的衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計(jì)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(guó)陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、交通部、國(guó)防制圖局、北約和澳大利亞的代
8、表。為滿(mǎn)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12月，經(jīng)過(guò)美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)，正式進(jìn)行GPS系統(tǒng)的研制。12GPS計(jì)劃的提出GPS，即“導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)測(cè)距/全球定位系統(tǒng)”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem），簡(jiǎn)稱(chēng)全球定位系統(tǒng)，是一種定時(shí)和測(cè)距的空間交會(huì)定點(diǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS是美國(guó)繼阿波羅登月計(jì)劃、航天飛機(jī)計(jì)劃之后的又一項(xiàng)
