GPS原理及其应用GPS原理及其应用第一章绪论§1.1全球定位系统的产生、发展及前景§1.2GPS在各个领域中的应用GPS原理及其应用§1.1全球定位系统的产生、发展及前景GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>什么是全球定位系统什么是GPS？•GPS的英文全称是NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem简称GPS，有时也被称作NAVSTARGPS。其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定位系统。GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>GPS概述①GPS概述①•建立国家–美国•目的–在全球范围内，提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务•开始筹建时间–1973年•完全建成时间–1995年GPS原理及其应用绪论绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>GPS概述②GPS概述②•系统构成–空间部分、地面控制部分、用户部分•服务方式–通过由多颗卫星所组成的卫星星座提供导航定位服务•定位原理–距离交会•测距原理–被动式电磁波测距•特点–全球覆盖、全天候、不间断、精度高GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>常规（地面）定位方法常规（地面）定位方法•近、现代的常规定位方法–采用的仪器设备•尺：铟钢尺•光学仪器：经纬仪，水准仪•电磁波或激光仪器：测距仪•综合多种技术的仪器：全站仪–观测值•角度或方向观测•距离观测•天文观测方法GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>常规（地面）定位方法的局限性常规定位方法的局限性•需要事先布设大量的地面控制点/地面站•无法同时精确确定点的三维坐标•观测受气候、环境条件限制•观测点之间需要保证通视–需要修建觇标/架设高大的天线–边长受到限制–观测难度大–效率低：无用的中间过渡点•受系统误差影响大，如地球旁折光•难以确定地心坐标GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>子午卫星系统及其局限性子午卫星系统及其局限性•系统简介–NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统）子午卫星–采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统–美国研制、建立–1964年1月建成–1967年7月解密供民用子午卫星星座GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>子午卫星系统及其局限性子午卫星系统及其局限性•系统组成–空间部分•卫星：发送导航定位信号（信号：4.9996MHz×30=149.988MHz；4.9996MHz×80=399.968MHz；星大地测量多普勒接收机-1历）（MX1502）•卫星星座–由6颗卫星构成，6轨道面，轨道高度1075km–地面控制部分•包括：跟踪站、计算中心、注入站、控制中心和海军天文台用户部分大地测量多普勒接收–机-2•多普勒接收机（CMA751）GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>子午卫星系统及其局限性子午卫星系统及其局限性•应用领域–海上船舶的定位–大地测量•精度–单点定位：15次合格卫星通多普勒单点定位过（两次通过之间的时间间隔为0.8h~1.6h），精度约为10m–联测定位：各站共同观测17次合格卫星通过，精度约为多普勒联测定位0.5mGPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>子午卫星系统及其局限性子午卫星系统及其局限性•系统缺陷–卫星少，观测时间和TRANSIT系统间隔时间长，无法提ƒ卫星：6颗ƒ极地轨道供实时导航定位服务ƒ轨道高度：1075kmƒ信号频率：400MHz、150MHz–导航定位精度低ƒ绝对定位精度：1mƒ相对定位精度：0.1m~0.5m卫星信号频率低，不ƒ定位原理：多普勒定位–ƒ存在问题：卫星少，无法实现实时定利于补偿电离层折射位；轨道低，难以精密定轨；频率效应的影响低，难以消除电离层影响。–卫星轨道低，难以进行精密定轨GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产生、发展及前景>GPS的发展简史GPS的发展简史——方案论证阶段•1973年12月，美国国防部批准研制GPS。•1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。•从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。GPS原理及其应用绪论>全球定位系统的产