1、2022/7/291GPS測量原理及應用2022/7/292第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展專業(yè)：測繪類專業(yè)本科生、研究生，遙感與地理信息系統(tǒng)專業(yè)，以及相關專業(yè)本科生。目的：了解GPS系統(tǒng)的發(fā)展狀況、定位原理和方式，以及有關數(shù)據處理的方法，了解在相關領域的應用，能初步進行操作，為今后工作奠定基礎。先修課程：測量學、控制測量、大地測量、誤差理論與測量平差2022/7/293第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1957年10月人類把第一顆地球人造衛(wèi)星送人太空，空間科學（空間技術）即以非常迅猛的速度發(fā)展。60年代問世的地球人造衛(wèi)星導航定位技術；70年代已發(fā)展為全球定位系統(tǒng)（以GPS為

2、代表），向人類提供全球、全天候、高精度實時導航與定位服務。2022/7/294第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 什么是GPS？ GPS的英文全稱是：Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System (NAVSTARGPS） 衛(wèi)星測時測距導航/全球定位系統(tǒng).簡稱GPS，全球定位系統(tǒng)。2022/7/295第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展GPS概述建立國家：美國目的：在全球范圍內，提供實時、連續(xù)、全天候的導航定位及授時服務開始籌建時間：1973年完全建成時間：1995年2022/7/296第一章 緒論11

3、 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展2022/7/297第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展接收機種類-輕便導航定位2022/7/298第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展In-car navigation2022/7/299第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展Building/engineering set out2022/7/2910第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展Crustal motion2022/7/2911第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展Machine guidance2022/7/2912第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展Air navigat

4、ion2022/7/2913第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展Mapping2022/7/2914第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展Deformation monitoring2022/7/2915第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展Missile guidance2022/7/2916第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1.1.1 早期的衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星三角網: 初期1962-1965年，作為一種空間的觀測目標，有地面觀測站對它進行攝影觀測，測定觀測站至衛(wèi)星的方向，建立衛(wèi)星三角網。 2022/7/2917第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1.1.1 早期的

5、衛(wèi)星定位技術衛(wèi)星激光測距 由地面站的激光測距儀向衛(wèi)星發(fā)射激光脈沖，并接收由衛(wèi)星反射鏡反射回來的脈沖，測量脈沖往返傳播時間，從而計算距離。 缺點: 精度有限，定位精度5m，且觀測條件受到限制。 衛(wèi)星激光測距 2022/7/2918第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1.1.2 子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用及其缺陷 1958年12月美國海軍武器實驗室開始研制， 1964年建成 “子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)”-(美 國海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)) （Navy Navigation Satellite System-NNSS） 2022/7/2919第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展事情是這樣的：1957年10月

6、前蘇聯(lián)成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星。美國霍普金斯大學應用物理實驗室的吉爾博士和魏分巴哈博士對衛(wèi)星遙測信號的多普勒頻移產生了濃厚的興趣。多普勒衛(wèi)星定位系統(tǒng)的誕生奠定了堅實的基礎。而當時美國海軍正在尋求一種可以對北極星潛艇中的慣性導航系統(tǒng)進行間斷精確修正方法，于是美國軍方便積極資助霍普金斯大學應用物理實驗室開展進一步的深入研究。 2022/7/2920第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1958年12月克什納博士開展了三項研究工作：研制衛(wèi)星；建立地球重力場模型以便衛(wèi)星的精確定軌和準確預報衛(wèi)星的空間位置；研制多普勒接收機。1964年1月正式建成并投入軍方使用，直至1967年7月該系統(tǒng)才由軍方解密供

7、民間使用。此后用戶數(shù)量迅速增長，最多達9.5萬戶，而軍方用戶最多時只有650個，不足總數(shù)的1%，可見因生產的需要民間用戶遠遠大于軍方。 2022/7/2921第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展系統(tǒng)簡介衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛(wèi)星系統(tǒng)）；利用多普勒效應進行導航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng)；美國研制、建立；1964年1月建成；1967年7月解密供民用；子午衛(wèi)星子午衛(wèi)星星座2022/7/2922第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 系統(tǒng)組成空間部分衛(wèi)星：發(fā)送導航定位信號（信號：149.988MHz；399.968MHz；星歷）衛(wèi)星星座 由6顆衛(wèi)星構成，6軌道面，

8、軌道高度1070km地面控制部分包括：跟蹤站4、計算中心1、注入站2、控制中心2和海軍天文臺2用戶部分多普勒接收機大地測量多普勒接收機 - 1（MX1502）大地測量多普勒接收機 - 2（CMA751）2022/7/2923第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展四個衛(wèi)星跟蹤站（加利福尼亞州的穆古角、明尼蘇達州、夏威夷、緬因州）。當子午衛(wèi)星通過跟蹤站上空時可以觀測記錄各衛(wèi)星信號的多普勒頻移，并將測到的數(shù)據傳送給計算中心。計算中心（穆古角），計算中心根據各跟蹤站最近36小時的觀測資料計算各衛(wèi)星的軌道，并外推預報16小時的衛(wèi)星位置，然后按一定的編碼格式寫成導航電文傳送到注入站。地面的2個注入站分

9、別位于穆古角和明尼蘇達州，注入站接收并存儲由計算中心送來的導航電文，每12小時左右向衛(wèi)星注入1次導航電文。美國海軍天文臺主要負責衛(wèi)星以及地面計時系統(tǒng)的時間對比，求出衛(wèi)星鐘差改正數(shù)和鐘頻改正數(shù)。2022/7/2924第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)的技術特點 （1）定軌精度：相同的地球重力場模型且攝動修正精度一定的情況下，衛(wèi)星定軌精度主要取決于地面跟蹤站的數(shù)量及其分布。 廣播星歷：是由美國本土的4個衛(wèi)星跟蹤站的觀測數(shù)據解算的。因測站數(shù)量及分布范圍都小，故衛(wèi)星定軌精度不高。廣播星歷所預報的衛(wèi)星位置的誤差17m。 精密星歷：是由美國國防制圖局根據全球20個衛(wèi)星跟蹤站的觀測資

10、料解算的。精密星歷所預報的衛(wèi)星位置精度為 2m。 2022/7/2925第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展（2）衛(wèi)星性能：星體直徑約為50公分，衛(wèi)星重量為4573公斤。如此輕巧的衛(wèi)星如何保持姿態(tài)穩(wěn)定（重力梯度穩(wěn)定），使衛(wèi)星的天線始終指向地面。他們在衛(wèi)星天線的指向端接了一條30米長的穩(wěn)定桿，桿端配有一個1.4公斤的重錘，在重力的作用下重錘始終把長桿和天線拉向下方，實現(xiàn)衛(wèi)星的姿態(tài)穩(wěn)定。衛(wèi)星還裝有4塊太陽能電池板，給衛(wèi)星提供所需的電能。 2022/7/2926第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展（3）衛(wèi)星信號：衛(wèi)星配有一臺頻率相當穩(wěn)定的時鐘，由此產生一個頻率為4.9996MHz基準鐘頻

11、信號，該信號再經過倍頻器分別倍頻30和80倍后，形成兩個頻率為149.988MHz和399.968MHz的標準信號供衛(wèi)星使用。 2022/7/2927第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展（4）定位精度：多普勒定位儀利用廣播星歷的單機定位精度一般為10m左右，若觀測100次衛(wèi)星通過后的測量數(shù)據平差解算后，可獲得精度為35m地心坐標；如果利用精密星歷觀測40次衛(wèi)星通過的測量數(shù)據平差解算后，可獲得精度為0.51m地心坐標；2022/7/2928第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1.3 子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位原理 通過測定同一顆衛(wèi)星不同間隔時段其信號的多普勒效應，從而確定衛(wèi)星在各時段相對

12、觀察者的視向速度和視向位移；在不同時段觀測距同一顆衛(wèi)星的距離差，采用距離交匯來確定位置。再利用衛(wèi)星導航電文所給定的t1、t2、t3、t4時刻的衛(wèi)星空間坐標，結合對應的視向位移則可解算出測站空間坐標P（X，Y，Z）。 2022/7/2929第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展（1）衛(wèi)星少，觀測時間和間隔時間長，無法提供實時導航定位服務；子午衛(wèi)星星座多普勒單點定位系統(tǒng)缺陷2022/7/2930第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展一顆衛(wèi)星通過的時間約為818分鐘。該系統(tǒng)只能作為船舶等低動態(tài)用戶進行輔助導航無法用于飛機、導彈、衛(wèi)星等高動態(tài)用戶的實時定位。運動的物體定位。衛(wèi)星出現(xiàn)時間間隔過長

13、（0.8-1.6h），無法滿足連續(xù)導航的需要。2022/7/2931第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展按理論上的設計，六顆衛(wèi)星應當均勻分布在相互間隔為30度軌道平面上。但由于早期衛(wèi)星入軌精度不高，各衛(wèi)星周期、傾角、偏心率都存在不同程度的誤差，故各衛(wèi)星軌道進動的大小和方向也都不盡相同，這樣經過一段時間后各衛(wèi)星軌道間的間距就變得疏密不一。因而地面可觀測衛(wèi)星的時間分布就變得更加沒有規(guī)律，中緯度地區(qū)的用戶平均1.5小時左右可以觀測到一顆衛(wèi)星，有時在高緯上空可出現(xiàn)多顆衛(wèi)星造成信號的互相干擾。2022/7/2932第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展（2）導航定位精度低單點定位： 15次合格

14、衛(wèi)星通過（兩次通過之間的時間間隔為0.8h 1.6h），精度約為10m。聯(lián)測定位： 各站共同觀測17次合格衛(wèi)星通過，精度約為0.5m。多普勒聯(lián)測定位2022/7/2933第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展（3）衛(wèi)星軌道低，難以進行精密定軌低軌衛(wèi)星形成的圖形較好；受到大氣阻力和地球重力場的影響較大（12m誤差）。 多普勒單點定位2022/7/2934第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展（4）衛(wèi)星信號頻率低，不利于補償電離層折射效應的影響； 149.988 MHz；399.968 MHz 此產生的定位誤差大于1米，在太陽活動大年誤差就更大。 （5）觀測時間長，效率低 為獲得對大地測量

15、有意義的觀測量，需要觀測50100次，約需1周時間，有效時間不到20%。 子午衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘頻引起的定位誤差可達0.8米。2022/7/2935第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展TRANSIT系統(tǒng)衛(wèi)星：6顆極地軌道軌道高度：1070km信號頻率：400MHz、150MHz絕對定位精度：1m相對定位精度：0.1m0.5m定位原理：多普勒定位存在問題：衛(wèi)星少，無法實現(xiàn)實時定位；軌道低，難以精密定軌；頻率低，難以消除電離層影響。2022/7/2936第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1.1.3 GPS全球定位系統(tǒng)的建立NAVSTARGPS“Navigation Satellite Ti

16、ming and Ranging /Global Positioning System”衛(wèi)星測時測距導航/全球定位系統(tǒng).以衛(wèi)星為基礎的無線電導航定位系統(tǒng),具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導航、定位和定時功能。2022/7/2937第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展GPS的發(fā)展簡史方案論證階段 1973年12月，美國國防部批準研制GPS。1978年2月22日，第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網。2022/7/2938第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展GPS的發(fā)展簡史全面研制和試驗階段 從197

17、9年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準。 2022/7/2939第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展GPS的發(fā)展簡史實用組網階段 1989年2月14日，第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。1991年，在海灣戰(zhàn)爭中，GPS首次大規(guī)模用于實戰(zhàn)。1993年底實用的GPS網即（21+3）GPS星座已經建成，今后將根據計劃更換失效的衛(wèi)星。 1995年7月17日，GPS達到FOC 完全運行能力（Full Operational Capability）。方案論證（1974-1978）- 系統(tǒng)論證（1979-1987）-生產試驗（1988-1

18、993)2022/7/2940第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展方案論證（1974-1978）- 系統(tǒng)論證（1979-1987）-生產試驗（1988-1993)20年，300億美金1989.2.14工作衛(wèi)星發(fā)射1973.12批準研制GPS1978.2.22試驗衛(wèi)星發(fā)射1973 1979發(fā)射4顆試驗衛(wèi)星1979 - 1987發(fā)射7顆試驗衛(wèi)星2022/7/2941第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展GPS由24顆高度為20200 km的衛(wèi)星形成空間部分衛(wèi)星星座，其中21顆作為工作衛(wèi)星，3顆作為備用衛(wèi)星，連同設在美國本土的地面監(jiān)測部分和采用偽隨機碼測量技術的接收機，滿足了提供全球范圍從

19、地面到9000 km高空之間任一載體高精度的: 三維位置，三維速度和系統(tǒng)時間信息GPS由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶部分組成。 2022/7/2942第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 空間部分24顆衛(wèi)星分布在六個等間隔的軌道上，軌道面相對赤道面的傾角為55度，每個軌道面上有4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道為圓形，運行周期為11小時58分，這樣的衛(wèi)星分布，可保證全球任何地區(qū)、任何時刻有不少于4顆衛(wèi)星以供觀測。 2022/7/2943第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展從GPS的提出到1993年建成，經歷了20年，實踐證實，GPS對人類活動影響極大，應用價值極高，所以得到美國政府和軍隊的高度重視

20、，不惜投資300億美元來建立這一工程，成為繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的第三項龐大空間計劃。它從根本上解決了人類在地球上的導航和定位問題，可以滿足各種不同用戶的需要。2022/7/2944第一章 緒論12 GPS系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)包括三大部分： 空間部分GPS衛(wèi)星星座； 地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)； 用戶設備部分GPS信號接收機。1.2.1 GPS工作衛(wèi)星及其星座 由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作(21+3)GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點赤經各相差60度。GPS衛(wèi)星信號構成GPS衛(wèi)星信號

21、測距碼數(shù)據碼(導航電文）載波P碼（Y碼）C/A碼L1載波L2載波偽隨機碼L波段L1載波L2載波2022/7/2946Signal structureFundamentalFrequency10.23 MHzL11575.42 MHzl = 0.19 mC/A - Code1.023 MHzl = 300 mP-Code10.23 MHzl = 30 mL21227.60 MHzl =0.24 mP-Code10.23 MHzl =30 m50 BPSSatellite Message 1 10 x 120 x 1542022/7/2947第一章 緒論12 GPS系統(tǒng)組成1.2.2地面監(jiān)控系統(tǒng)地

22、面監(jiān)控系統(tǒng)測量和計算每顆衛(wèi)星的星歷，編輯成電文發(fā)送給衛(wèi)星，然后由衛(wèi)星實時地播送給用戶；保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準-GPS時間系統(tǒng)。工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括:1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。 2022/7/2948第一章 緒論12 GPS系統(tǒng)組成2022/7/2949第一章 緒論12 GPS系統(tǒng)組成 主控站的作用1.收集、處理本站和監(jiān)測站收到的全部資料，編制出每顆衛(wèi)星的星歷和GPS時間系統(tǒng)，將預測的衛(wèi)星星歷、鐘差、狀態(tài)數(shù)據及大氣傳播改正編制導航電文傳送到注入站。2.調整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預定的軌道運行，必要時啟動備用衛(wèi)星以替代失效的工作衛(wèi)星。保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準-GPS時間系

23、統(tǒng)。2022/7/2950第一章 緒論12 GPS系統(tǒng)組成 注入站位置：分別設在大西洋的阿森松島、印度洋的迪戈加西亞島和太平洋的卡瓦加蘭。任務：將主控站發(fā)來的導航電文注入到相應衛(wèi)星的存儲器。每天注入3次，每次注入14天的星歷。注入站能自動向主控站發(fā)射信號，每分鐘報告一次自己的工作狀態(tài)。2022/7/2951第一章 緒論12 GPS系統(tǒng)組成2022/7/2952第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 監(jiān)測站為主控站提供衛(wèi)星的觀測數(shù)據。每個監(jiān)測站均用GPS信號接收機對每顆可見衛(wèi)星每6分鐘進行一次偽距測量和積分多普勒觀測，采集氣象要素等數(shù)據。在主控站的遙控下自動采集定軌數(shù)據并進行各項改正，然后將

24、數(shù)據發(fā)送給主控站。 2022/7/2953第一章 緒論12 GPS系統(tǒng)組成 1.2.3 GPS信號接收機GPS信號接收機的任務是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理；以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。2022/7/2954第一章 緒論13 GPS在國民經濟建設中的應用1.3.1 GPS系統(tǒng)的特點1定位精度高 應用實踐已經證明，GPS相對定位精度在50km以內可達10-6，100500km可達10-7，1 000km

25、以上可達10-9。在3001 500m工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面位置誤差小于1mm，與ME5000電磁波測距儀測定的邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm，較差中誤差為0.3mm。平面定位精度：1-3mm; 高程5-10mm 2022/7/2955第一章 緒論13 GPS在國民經濟建設中的應用2觀測時間短20km以內相對靜態(tài)定位，僅需1520分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15km以內時，流動站觀測時間只需12分鐘；動態(tài)相對定位測量時，流動站出發(fā)時觀測12分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。 3測站間無需通視2022/7/2956第一章 緒論13 GP

26、S在國民經濟建設中的應用4可提供三維坐標 經典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。GPS可同時精確測定測站點的三維坐標。目前GPS水準可滿足四等水準測量的精度。5操作簡便6全天候作業(yè)7功能多，應用廣 2022/7/2957第一章 緒論14中國的 GPS跟蹤網 (一)美國的GPS政策 美國在研制GPS總體方案時，就已經制定了“主要為軍用，同時也兼顧民用的雙用途 政策”。此后，陸續(xù)出臺了一系列的“雙用途”政策，例如以下幾方面。 1975年規(guī)定，GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，含有兩種不同的測距碼：CA碼(也稱 粗碼)和P碼(也稱精碼)。 前者進行單點實時定位的精度約為 2030m，后者利用P碼進

27、行單點實時定位的精度可優(yōu)于10m。2022/7/2958第一章 緒論14中國的 GPS跟蹤網 美國從1991年7月起實施選擇可用性SA(SelectiveAvailability)技術。 a在廣播星歷中對GPS衛(wèi)星的基準頻率采用技術(其變化為無規(guī)律的隨機變化)，降低星歷精度，使定位中的已知點(衛(wèi)星)的位置精度大為降低。 b有意地在衛(wèi)星鐘的鐘頻信號中采用 技術(高頻抖動)，使鐘的頻率產生快慢變化，導致測距精度大為降低。 實施SA技術后，CA碼實時定位精度，平面位置降低至100m，高程位置降低至150m，嚴重影響了導航定位。2000年5月，美國取消了限制民用精度的“SA”政策，僅在局部或個別衛(wèi)星上

28、實施SA技術。 2022/7/2959第一章 緒論14中國的 GPS跟蹤網 (二)擺脫GPS限制政策的途徑1建立獨立的衛(wèi)星導航與服務2建立自己的GPS衛(wèi)星跟蹤網，獨立確定GPS衛(wèi)星精確軌道 北京、武漢、上海、長春、昆明、拉薩和烏魯木齊3改進GPS精密定位方法及軟件，削弱SA和AS技術的影響2022/7/2960第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1.1.4 GLONASS 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GLONASS Global Navigation Satellite System開發(fā)者：俄羅斯（前蘇聯(lián)）系統(tǒng)構成：衛(wèi)星星座地面控制部分用戶設備 2022/7/2961第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位

29、技術的發(fā)展 GLONASS ConstellationGLONASS Satellite2022/7/2962GLONASS與GPS的比較 參 數(shù)GLONASSGPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星數(shù)241213軌道平面數(shù)36軌道傾角64.8 55軌道高度19100km20180km軌道周期（恒星時）11h15min12h衛(wèi)星信號的區(qū)分頻分碼分L1頻率16021615MHz頻道間隔0.5625MHz1575MHzL2頻率12461256MHz頻道間隔0.4375MHz1228MHz2022/7/2963第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 GLONASS衛(wèi)星運行狀況從1982年10月12日發(fā)射第一顆GLON

30、ASS衛(wèi)星起，至1995年12月14日共發(fā)射了73顆衛(wèi)星。由于衛(wèi)星壽命過短，加之俄羅斯前一段時間經濟狀況欠佳，無法及時補充新衛(wèi)星，故該系統(tǒng)不能維持正常工作。2022/7/2964第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展(1) GLONASS衛(wèi)星及其星座 保證地球上任何地點、任何時刻均至少可以同 時觀測5顆衛(wèi)星。(2)地面基站控制體系 一個系統(tǒng)控制中心（Golitsyno-2, 莫斯科地區(qū)） 幾個分布于俄羅斯大部地區(qū)的指揮跟蹤臺站（CTS）2022/7/2965第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展(3)用戶接收設備俄羅斯生產用戶設備的部門：lDesign Bureau NAVIS“ Ru

31、ssia, 109280, Moscow,ul.Tufeleva Roscha, 12. Phone/fax: +7 (095) 274-64-04Email: navissystud.msk.rulZAO Firma KOTLIN“ Russia, 193124, St-Petersberg, Pl. Rastrelli, 2. Phone: +7 (812) 274-18-15; 274-91-61Fax: +7 (812) 274-18-94 l Scientific and Production Enterprise TERMOTEH“ Russia, Korolev, Moscow

32、region, Oktyabrsky blvrd, 12. Phone: +7 (095) 513-49-07 Fax: +7 (095) 513-49-12 Email: pvitin.msk.rulRussian Institute of Space Device Engineering (RNII KP) Russia, 111250, Moscow, ul. Aviamotornaya, 53. Phone: +7 (095) 273-93-03 Fax: +7 (095) 273-47-192022/7/2966第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展GLONASS 是前蘇聯(lián)為滿足

33、授時、海陸空定位與導航、大地測量與制圖、生態(tài)監(jiān)測研究等建立的。GLONASS提供兩種導航信號： 標準精密導航信號(SP)和高精密導航信號(HP)。 SP定位與授時服務適用所有GLONASS的國內用 戶。其水平定位精度為57-70米（99.7%置信）， 垂直定位精度為70米（99.7%置信）.2022/7/2967第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 1.1.5 伽俐略(Galileo)GNSS系統(tǒng)2002年3月24日歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) Galileo系統(tǒng)。Galileo衛(wèi)星星座將由27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，這30顆衛(wèi)星將均勻分布在3個軌道平面上，衛(wèi)星高度為

34、23616km，軌道傾角為56。Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，具有公開服務、安全服務、商業(yè)服務和政府服務等功能，但只有前兩種服務是自由公開的，后兩種服務則需經過批準后才能使用。 2022/7/2968第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 the Galileo satellite constellation 2022/7/2969第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展2005年12月28日第一顆Galileo試驗衛(wèi)星（Galileo In-Orbit Validation Elements-GlOVE-A）成功進入高度為2.3萬Km的預定軌道。2006年1月12日

35、已開始向地面發(fā)送信號。這標志著總投資為34億歐元（約合41億美元）的計劃已進入實施階段。到2010年歐洲將發(fā)射30顆服役期約為20年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作。伽利略系統(tǒng)建成后，美歐兩大相互兼容的導航定位系統(tǒng)將大大有助于提供導航定位的精度和可靠性。2022/7/2970第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 GIOVE A GIOVE B the GIOVE SatelliteGIOVE的主要目標: 頻率信號測試； 驗證一些關鍵技術（比如銣原子鐘、氫原子鐘）； 軌道環(huán)境特征測試； 并行2或3通道信號傳輸測試。2022/7/2971第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展美國

36、之所以對伽利略計劃感到不安。它的衛(wèi)星定位精度小于1米，而GPS的“視力”則是10米。國內媒體則多次引用了一個形象的說法：如果說GPS只能找到街道，伽利略則可以找到車庫門。 也就是說，如果真的用于軍事，伽利略的衛(wèi)星可以“偵察”地面上活動的人，而GPS頂多確定戰(zhàn)斗機的位置。此外，伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)還可兼容美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS和俄羅斯的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GLONASS。2022/7/2972第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展1.1.6 雙星導航定位系統(tǒng)雙星導航定位系統(tǒng)定位的基本原理為:空間球面交會測量原理2022/7/2973第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 2022/7/2

37、974第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 于2000年10月31日和12月20日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空并準確進入預定的地球同步軌道（東經80和140的赤道上空）；此外另一顆備用衛(wèi)星也被送入預定軌道（東經110.5的赤道上空），標志著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)BD1。2022/7/2975第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 有中國特色的 北斗衛(wèi)星定位 系統(tǒng) 2022/7/2976第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展 系統(tǒng):空間衛(wèi)星、地面控制中心站和北斗用戶終端空間部分：兩顆地球同步軌道衛(wèi)星組成。衛(wèi)星上帶有信號轉發(fā)裝置，完成地面控制中心站和用戶終端之間的雙向無線電信號

38、的中繼任務。北斗1代衛(wèi)星導航系統(tǒng)組成圖2022/7/2977雙星導航定位系統(tǒng)的定位原理:(1)地面中心站通過2顆同步靜止定位衛(wèi)星傳送測距問詢信號，如果用戶需要定位則馬上回復應答信號。地面中心站可根據用戶的應答信號的時差計算出戶星距離，這樣以兩顆定位衛(wèi)星為中心以兩個戶星距離為半徑可作出兩個定位球,用戶終端將位于這2個球面交線的圓弧上。(2)地面中心站配有電子高程地圖，提供一個以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。用數(shù)學方法求解圓弧與地球表面的交點即可獲得用戶的位置。(3)地面中心站求出用戶坐標后，再根據坐標在地面數(shù)字高程模型讀出用戶高程進而讓衛(wèi)星轉告用戶 。2022/7/2978第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展衛(wèi)星 1 星下點1星下點2 定位圓 1定位圓 2地面中心站衛(wèi)星 2北斗一號定位原理2022/7/2979第一章 緒論11 GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展北斗系統(tǒng)功能快速定位：北斗系統(tǒng)可為服務區(qū)域內用戶提供全天候、高 精度、快速實時定位服務，定位精度20100m；實時導航:短報文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報文信息；精密授時：北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20ns-100ns時間同步精度。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌