GPS導航原理控制理論與制導技術研究中心控制理論與制導技術研究中心119

GPS發(fā)展簡史與服務概述控制理論與制導技術研究中心19

GPS發(fā)展簡史與服務概述控制理論與制導技術研究中心2本次課的主要內容1.GPS簡介2.GPS發(fā)展歷史3.GPS應用概述4.參考書目本次課的主要內容1.GPS簡介3GPS簡介GPS中文名稱：(導航星)全球定位系統(tǒng)GPS英文名稱：(NAVSTAR)GlobalPositioningSystem基本用途：定位技術途徑：利用衛(wèi)星使用范圍：全球用戶范圍：全球用戶由美國國防部控制類別從屬——衛(wèi)星導航系統(tǒng)導航：指引某運動體，由某位置出發(fā)，達到某目標點。常用導航系統(tǒng)：慣性導航、無線電導航、天文導航、衛(wèi)星導航等。GPS簡介GPS中文名稱：4幾個相似的縮寫代表完全不同的概念GPSGIS:GeographicInformationSystem,地理信息系統(tǒng)(本質是一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))GPRS:GeneralPacketRadioService通用無線分組業(yè)務，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPSONE(A-GPS):需要手機運營商提供支持，將GPS技術與手機無線信號定位技術結合，實現(xiàn)戶外、室內定位。I-GPS:室內GPS幾個相似的縮寫代表完全不同的概念GPS5GPS技術的影響應用二次開發(fā)，應用廣泛技術擴展室內GPS火星車的導航GPS技術的影響應用6各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點慣性導航優(yōu)點：自主、區(qū)域極廣、實時慣性導航缺點：誤差隨時間積累各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點慣性導航優(yōu)點：慣性導航缺點：7各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點天文導航優(yōu)點：誤差不積累、區(qū)域極廣天文導航缺點：定位間隔時間長、動態(tài)低、需要星圖受天氣影響各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點天文導航優(yōu)點：天文導航缺點：8各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點無線電導航：區(qū)域受限衛(wèi)星導航：與無線電導航系統(tǒng)比，有效區(qū)域廣，具有全球定位能力；與慣導比：誤差不隨時間積累；與天文導航比：全天候。缺點：實時性、動態(tài)較差，

信號易受干擾遮蔽，受政治

因素影響。各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點無線電導航：區(qū)域受限衛(wèi)星導航：9現(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介美國-GPS：若干地面支持設施，24顆衛(wèi)星，分6個軌道面，由美國國防部操作，軍民兩用，通訊使用L1,L2兩個載波頻率，碼分多址(CDMA)技術。實際在軌衛(wèi)星數(shù)目多于24顆。俄羅斯-GLONASS:若干地面支持設施，24顆衛(wèi)星，分3個軌道面，由俄羅斯國防部操作，軍民兩用，通訊使用頻分多址技術。軌道低，衛(wèi)星壽命短，需經(jīng)常補網(wǎng)。由于受俄經(jīng)濟狀況影響，導航星座不全。2011年已經(jīng)重新恢復全工作能力?，F(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介美國-GPS：若干地面支持設施，24顆衛(wèi)10現(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介歐洲-GNSS:建設中，第二階段Galileo計劃，2002年3月26日正式批準啟動。GNSS組成示意圖中國-北斗系統(tǒng)：一代2顆衛(wèi)星定位，亞太地區(qū)定位.發(fā)射4顆星：2000年10月31日；2000年12月21日；2003年5月25日（2工作，1備份）2007年4月14日零時28分，發(fā)射第四顆北斗導航試驗衛(wèi)星（二代第1顆）。2012年達到16顆在軌。中國北斗一代系統(tǒng)定位示意圖現(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介歐洲-GNSS:中國-北斗系統(tǒng)：中國北11北斗二代類似GPS：定位精度優(yōu)于20m，授時精度優(yōu)于100ns。2011年12月（10顆星左右）的誤差水平：平面10m,高程15m,測速0.2m/s,授時50ns.建設原則開放性獨立性兼容性漸進性計劃2012年覆蓋亞太地區(qū)2020年覆蓋全球目前：10月25日23時33分，發(fā)射北斗2代第16顆衛(wèi)星。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版正式公布，北斗導航業(yè)務正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導航、授時服務。北斗二代類似GPS：定位精度優(yōu)于20m，授時精度優(yōu)于100n12GPS提供的服務GPS的基本功能輸出PVT提供的基本服務（美國國防部與交通部規(guī)定）

PPS（精密定位服務/PrecisePositioningService）

服務對象：美國軍方，政府特別批準的民用用戶1995年春達到全工作能力定位精度：水平<22m，垂直<27.7m，授時精度<200ns（2drms,95%）SPS（標準定位服務/StandardPositioningService）服務對象：全球民用用戶1993年12月達到全工作能力定位精度：水平<100m，垂直<156m，授時精度<340ns （2drms,95%）定位測速授時&&GPS提供的服務GPS的基本功能提供的基本服務（美國國防13定位基本原理平面2點定位R1R2用戶已知位置1已知位置2定位基本原理R1R2用戶已知位置1已知位置214定位基本原理空間3點定位已知空間某固定點(衛(wèi)星)坐標已知用戶與該點距離R用戶必然在以衛(wèi)星為球心，半徑為R的球面上。定位基本原理15定位基本原理空間3點定位分別已知空間某2個固定點(衛(wèi)星)坐標分別已知用戶與2顆衛(wèi)星距離用戶必然在左圖2個球面的交線上定位基本原理分別已知空間某2個固定點(衛(wèi)星)坐標16定位基本原理空間3點定位分別已知空間某3個固定點(衛(wèi)星)坐標分別已知用戶與3顆衛(wèi)星距離用戶必然在左圖3個球面的交點上實際使用4顆衛(wèi)星定位定位基本原理空間3點定位分別已知空間某3個固定點(衛(wèi)星)坐標17GPS服務的特點

定位高精度：mm~30m一般手持機能夠達到12m誤差左右；根據(jù)FAA（FederalAviationAdministration）的數(shù)據(jù)，某些高品質接收機SPS定位精度可優(yōu)于3m。無源：接收機本身不發(fā)射信號，保密性好免費：用戶只需購買接收機，即可享受免費定位服務全天候、全球GPS服務的特點18GPS發(fā)展歷史（1）前期：1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆人造衛(wèi)星。美國霍普金斯大學應用物理實驗室葦芬巴赫（G.C.Weiffenbach）

利用多普勒頻移定軌。同實驗室的麥克雷(F.T.Meclure)提出了反問題，成為最早的利用人造衛(wèi)星進行定位的設想。

1958年底，美國海軍武器實驗室對該實驗室的研究進行了資助海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)(NNSS——NavyNavigationSatelliteSystem)的誕生。1959年九月發(fā)射第一顆衛(wèi)星。1964年交付美國海軍使用。1967年7月，正式組網(wǎng)允許民用。由于軌道通過地極，因此又稱子午儀系統(tǒng)（Transit）。GPS發(fā)展歷史（1）前期：1958年底，美國海軍武器實驗室對19GPS發(fā)展歷史（2）子午儀系統(tǒng)的特點：組成：6顆衛(wèi)星，近圓形軌道，軌道傾角90deg左右，周期107min，軌道高度1000km。定位精度對運動艦船為200m至80m；而對固定點可達100m至0.1m。全球、全天候二維定位。為北極星核潛艇提供定位服務。我國在上世紀70年代引入使用。南極長城站的定位就使用了子午儀系統(tǒng)。中國長城站S62°12′59.811〞±0.015〞W58°57′52.665〞±0.019〞缺點：定位時間長、動態(tài)低兩次定位間隔時間1.5~4小時。定位一次需要的測量為2分鐘以上。一臺接收機需要15次合格觀測才能達到±10m精度。

GPS發(fā)展歷史（2）子午儀系統(tǒng)的特點：中國長城站缺點：20GPS發(fā)展歷史（3）看到了衛(wèi)星導航的巨大潛力：上世紀60年代，美國海、空軍開始獨立發(fā)展自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。海軍TIMATION計劃TIMATION：12~18顆衛(wèi)星，衛(wèi)星高度約10000km，近圓形。周期8小時，1967年和1969年先后發(fā)射兩顆試驗衛(wèi)星。（不能滿足空軍的高動態(tài)應用要求）空軍621B計劃621B計劃:3~4個星群，每個星群4~5顆衛(wèi)星。同步軌道。每個星群需要一個地面控制站為它服務。

(通過偽衛(wèi)星技術進行了驗證)1973年12月合并，成立聯(lián)合計劃局，在洛杉磯空軍航天處內設立辦事機構，組成人員包括美國陸、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊、國防制圖局、交通部、北大西洋公約組織和澳大利亞代表。GPSGPS發(fā)展歷史（3）看到了衛(wèi)星導航的巨大潛力：上世紀60年代21GPS發(fā)展歷史（4）GPS實施計劃共分三個階段：第一階段為方案論證和初步設計階段（1978年～1979年）。發(fā)射4顆試驗衛(wèi)星（BLOCKI）。建立地面跟蹤網(wǎng)。研制地面GPS接收機。對系統(tǒng)軟、硬件進行試驗。第二階段為全面研制和試驗階段(1979年～1984年)。陸續(xù)發(fā)射7顆試驗衛(wèi)星(BLOCKI)。研制各種類型接收機。第三階段為實用組網(wǎng)階段。1999年提出GPS衛(wèi)星現(xiàn)代化。GPS發(fā)展歷史（4）GPS實施計劃共分三個階段：1999年22實施SA（選擇可用性/SelectiveAvailability）與AS（反電子欺騙/Anti-Spoofing）政策，SA政策在C/A碼中人為引入了誤差，使水平定位精度下降到100米，垂直定位精度下降到157米；AS政策則對P碼實行加密。GPS發(fā)展歷史（5）后果：遠遠不能滿足民用需要。自動車輛駕駛，船舶?？浚w機進場，精細農(nóng)業(yè)等即使無SA，也不能得到滿足。

第2階段實驗表明，GPS粗碼定位精度可達14m，P碼可達3m，遠遠超過設計標準（粗碼100m）。目前的精度：粗碼定位誤差12m，授時誤差20ns。實施SA（選擇可用性/SelectiveAvailabil23GPS發(fā)展歷史（6）應對SA的對策：各家公司和研究單位紛紛研制在實施SA政策下提高實時定位精度的技術。代表——差分技術。建設國際化導航衛(wèi)星星座：GNSS

GPS發(fā)展歷史（6）應對SA的對策：24GPS發(fā)展歷史（7）差分技術坐標差分偽距差分廣域差分載波相位差分差分技術的影響：幾乎去除SA政策的影響大幅減小電離層、對流層影響GPS發(fā)展歷史（7）差分技術25GPS發(fā)展歷史（8）建設國際化導航衛(wèi)星星座：GNSS在承認GPS和GLONASS已經(jīng)存在的前提下，首先把GPS和GLONASS作為主體使用，然后逐步增加民間成分，在增發(fā)民間衛(wèi)星的基礎上逐漸減少對某一國軍方控制系統(tǒng)的依賴，最終試圖實現(xiàn)一個民間化，國際化的GNSS星座。GPS發(fā)展歷史（8）建設國際化導航衛(wèi)星星座：GNSS26GPS發(fā)展歷史（9）美國對策：GNSS方案遭到美國國防部的指責。美聯(lián)邦航空局（FAA）提出WAAS（廣域增強系統(tǒng)），但WAAS給美國和國際安全帶來威脅。美國國防部表示“暫時同意按計劃實施WAAS，但WAAS能否投入使用取決于該系統(tǒng)的試驗結果和政府、軍隊高層部門和評估意見”。國防部還保留根據(jù)試驗結果在戰(zhàn)時或在特定地域對WAAS信號進行干擾的權利。同時要求GNSS保留SA與AS能力。1999年提出GPS現(xiàn)代化。GPS發(fā)展歷史（9）美國對策：27GPS發(fā)展歷史（10）GPS現(xiàn)代化1999年1月25日美國副總統(tǒng)以文告的形式發(fā)表。內涵：一是保護，即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強化軍碼的保密性能，加強抗干擾能力；二是阻止：即阻擾敵對方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；三是保持，即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶有更精確更安全的使用。GPS發(fā)展歷史（10）GPS現(xiàn)代化28GPS發(fā)展歷史（11）措施（軍用）：1.增加GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號強度，以增加抗電子干擾能力。 2.在GPS信號頻道上，增加新的軍用碼（M碼），要與民用碼分開。M碼要有更好的抗破譯的保密和安全性能。3.軍事用戶的接受設備要比民用的有更好的保護裝置，特別是抗干擾能力和快速初始化功能4.創(chuàng)造新的技術，以阻止和阻擾敵方使用GPS。GPS發(fā)展歷史（11）措施（軍用）：29GPS發(fā)展歷史（12）措施（民用）：1.2000年5月1日零點開始取消SA。美國不打算重新啟用全球性的SA政策，在BLOCKIII中去除了相關特性；但美軍方已經(jīng)掌握了對局部區(qū)域GPS施加干擾的技術(localizeddenial)，即GPS可以在局部區(qū)域內使敵對方利用GPS時嚴重降低定位精度，無法用于軍事行動，卻不影響其它區(qū)域的用戶正常使用。2.在L2頻道上增加第二民用碼，即L2C(C/AatL2)碼。這樣用戶就可以有更好的多余觀測，以提高定位精度，并有利于電離層的改正。(2005，BLOCKIIR(M)開始有，但目前未調制有用導航數(shù)據(jù))3.增加L5民用頻率，這有利于提高民用實時定位的精度和導航的安全性。目的：改善民用導航和定位的精度；擴大服務的覆蓋面和改善服務的持續(xù)性；提高導航的完好性（integrity）；保持GPS在全球定位系統(tǒng)中技術和銷售的領先地位；

GPS發(fā)展歷史（12）措施（民用）：302009年3月24日，GPSIIR-20(M)發(fā)射升空。帶有L5演示試驗載荷，1176.45MHz。星歷不完整，為未來的GPSIIF和GPSIII做準備。2009年3月24日，GPSIIR-20(M)發(fā)射升空。31SA取消的影響民用定位精度提高。無需差分的條件下精度也可滿足許多民用需要。SA取消的影響32GPS的應用概述（1）3S的支柱技術之一3S－GPS,GIS(地理信息系統(tǒng)/GeographyInformationSystem),RS(遙感/RemoteSensing)民用：為船舶,汽車,飛機等運動物體進行定位導航。如：1.船舶遠洋導航和進港引導2.飛機航路引導和進場降落3.汽車自主導航4.地面車輛跟蹤和城市智能交通管理：出租、警用車輛、運鈔車、私家車輛、公共汽車、消防、救護5.緊急救生6.個人旅游及野外探險7.個人通訊終端（與手機，電子地圖等集成一體）GPS的應用概述（1）3S的支柱技術之一33GPS的應用概述（2）

測地應用機載應用車載應用手持應用GPS的應用概述（2） 測地應用機載應用車載應用手持應用34GPS的應用概述（3）航天國際空間站科學衛(wèi)星航天飛機在軌、再入、著陸軍用精密制導武器：靈巧炸彈等飛機、戰(zhàn)車單兵裝備GPS的應用概述（3）航天35GPS的應用概述（4）其它1.電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡的時間同步2.準確時間的授入3.準確頻率的授入4.各種等級的大地測量，控制測量5.道路和各種線路放樣6.水下地形測量7.地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測9.工程機械控制10.精細農(nóng)業(yè)GPS的應用概述（4）其它36本章小結涉及到的基本概念：目前世界上建成和正在建設中的幾個衛(wèi)星導航系統(tǒng)：GPS、GLONASS、GNSS、北斗系統(tǒng)GPS可提供的服務PPS、SPS區(qū)別：pps(pulsepersecond)GPS的基本功能：PVT測量本章小結涉及到的基本概念：37課程的特點GPS技術受政治因素影響大。其技術的發(fā)展、取舍與國家間的安全、利益矛盾轉化發(fā)展息息相關。技術發(fā)展靈活多變，涉及的應用領域眾多，與其它專業(yè)的結合點眾多。衛(wèi)星導航技術前景廣闊。仍在發(fā)展的熱門技術，以社會需求為導向。學習建議1）聽課2）主要是概念的理解，術語、縮寫的積累與記憶3）平時注意收集材料課程的特點GPS技術受政治因素影響大。其技術的發(fā)展、取舍與國38主要參考書目(任選一本即可)GPS原理與應用.ElliottD.Kaplan著,邱致和,王萬義譯.電子工業(yè)出版社,2002年8月第一版.GPS/INS組合導航定位及其應用.董緒榮,張守信,華中春編著.國防科技大學出版社,1998年6月第一版.差分GPS定位技術與應用.王廣運,郭秉義,李洪濤編著,電子工業(yè)出版社,1996年3月第一版.GPS在飛行器定位導航中的應用.袁建平,方群,鄭諤著,西北工業(yè)大學出版社,2000年1月第一版.車輛定位與導航系統(tǒng).趙亦林著,譚國真譯.電子工業(yè)出版社.1999年4月第一版.主要參考書目(任選一本即可)39

1、最孤獨的時光，會塑造最堅強的自己。

2、把臉一直向著陽光，這樣就不會見到陰影。

3、永遠不要埋怨你已經(jīng)發(fā)生的事情，要么就改變它，要么就安靜的接受它。

4、不論你在什么時候開始，重要的是開始之后就不要停止。

5、通往光明的道路是平坦的，為了成功，為了奮斗的渴望，我們不得不努力。

6、付出了不一定有回報，但不付出永遠沒有回報。

7、成功就是你被擊落到失望的深淵之后反彈得有多高。

8、為了照亮夜空，星星才站在天空的高處。

9、我們的人生必須勵志，不勵志就仿佛沒有靈魂。

10、拼盡全力，逼自己優(yōu)秀一把，青春已所剩不多。

11、一個人如果不能從內心去原諒別人，那他就永遠不會心安理得。

12、每個人心里都有一段傷痕，時間才是最好的療劑。

13、如果我不堅強，那就等著別人來嘲笑。

14、早晨給自己一個微笑，種下一天旳陽光。

15、沒有愛不會死，不過有了愛會活過來。

16、失敗的定義：什么都要做，什么都在做，卻從未做完過，也未做好過。

17、當我微笑著說我很好的時候，你應該對我說，安好就好。

18、人不僅要做好事，更要以準確的方式做好事。

19、我們并不需要用太華麗的語言來包裹自己，因為我們要做最真實的自己。

20、一個人除非自己有信心，否則無法帶給別人信心。

21、為別人鼓掌的人也是在給自己的生命加油。

22、失去金錢的人損失甚少，失去健康的人損失極多，失去勇氣的人損失一切。

23、相信就是強大，懷疑只會抑制能力，而信仰就是力量。

24、那些嘗試去做某事卻失敗的人，比那些什么也不嘗試做卻成功的人不知要好上多少。

25、自己打敗自己是最可悲的失敗，自己戰(zhàn)勝自己是最可貴的勝利。

26、沒有熱忱，世間便無進步。

27、失敗并不意味你浪費了時間和生命，失敗表明你有理由重新開始。

28、青春如此華美，卻在煙火在散場。

29、生命的道路上永遠沒有捷徑可言，只有腳踏實地走下去。

30、只要還有明天，今天就永遠是起跑線。

31、認真可以把事情做對，而用心卻可以做到完美。

32、如果上帝沒有幫助你那他一定相信你可以。

33、只要有信心，人永遠不會挫敗。

34、珍惜今天的美好就是為了讓明天的回憶更美好。

35、只要你在路上，就不要放棄前進的勇氣，走走停停的生活會一直繼續(xù)。

36、大起大落誰都有拍拍灰塵繼續(xù)走。

37、孤獨并不可怕，每個人都是孤獨的，可怕的是害怕孤獨。

38、寧可失敗在你喜歡的事情上，也不要成功在你所憎惡的事情上。

39、我很平凡，但骨子里的我卻很勇敢。

40、眼中閃爍的淚光，也將化作永不妥協(xié)的堅強。

41、我不去想是否能夠成功，既然選了遠方，便只顧風雨兼程。

42、寧可自己去原諒別人，莫等別人來原諒自己。

43、踩著垃圾到達的高度和踩著金子到達的高度是一樣的。

44、每天告訴自己一次：我真的很不錯。

45、人生最大的挑戰(zhàn)沒過于戰(zhàn)勝自己！

46、愚癡的人，一直想要別人了解他。有智慧的人，卻努力的了解自己。

47、現(xiàn)實的壓力壓的我們喘不過氣也壓的我們走向成功。

48、心若有陽光，你便會看見這個世界有那么多美好值得期待和向往。

49、相信自己，你能作繭自縛，就能破繭成蝶。

50、不能強迫別人來愛自己，只能努力讓自己成為值得愛的人。

51、不要拿過去的記憶，來折磨現(xiàn)在的自己。

52、汗水是成功的潤滑劑。

53、人必須有自信，這是成功的秘密。

54、成功的秘密在于始終如一地忠于目標。

55、只有一條路不能選擇――那就是放棄。

56、最后的措手不及是因為當初游刃有余的自己

57、現(xiàn)實很近又很冷，夢想很遠卻很溫暖。

58、沒有人能替你承受痛苦，也沒有人能搶走你的堅強。

59、不要拿我跟任何人比，我不是誰的影子，更不是誰的替代品，我不知道年少輕狂，我只懂得勝者為。

60、如果你看到面前的陰影，別怕，那是因為你的背后有陽光。

61、寧可笑著流淚，絕不哭著后悔。

62、覺得自己做得到和做不到，只在一念之間。

63、跌倒，撞墻，一敗涂地，都不用害怕，年輕叫你勇敢。

64、做最好的今天，回顧最好的昨天，迎接最美好的明天。

65、每件事情都必須有一個期限，否則，大多數(shù)人都會有多少時間就花掉多少時間。

66、當你被壓力壓得透不過氣來的時候，記住，碳正是因為壓力而變成閃耀的鉆石。

67、現(xiàn)實會告訴你，不努力就會被生活給踩死。無需找什么借口，一無所有，就是拼的理由。

68、人生道路，絕大多數(shù)人，絕大多數(shù)時候，人都只能靠自己。

69、不是某人使你煩惱，而是你拿某人的言行來煩惱自己。

70、當一個人真正覺悟的一刻，他放棄追尋外在世界的財富，而開始追尋他內心世界的真正財富。

71、失敗并不意味你浪費了時間和生命，失敗表明你有理由重新開始。

72、人生應該樹立目標，否則你的精力會白白浪費。

73、山澗的泉水經(jīng)過一路曲折，才唱出一支美妙的歌。

74、時間告訴我，無理取鬧的年齡過了，該懂事了。

75、命運是不存在的，它不過是失敗者拿來逃避現(xiàn)實的借口。

76、人總是在失去了才知道珍惜！

77、要銘記在心：每天都是一年中最美好的日子。

78、生活遠沒有咖啡那么苦澀，關鍵是喝它的人怎么品味！每個人都喜歡和向往隨心所欲的生活，殊不知隨心所欲根本不是生活。

79、別拿自己的無知說成是別人的愚昧！

80、天空的高度是鳥兒飛出來的，水無論有多深是魚兒游出來的。

81、思想如鉆子，必須集中在一點鉆下去才有力量。

82、如果我堅持什么，就是用大炮也不能打倒我。

83、我們要以今天為坐標，暢想未來幾年后的自己。

84、日出時，努力使每一天都開心而有意義，不為別人，為自己。

85、有夢就去追，沒死就別停。

86、今天不為學習買單，未來就為貧窮買單。

87、因為一無所有這才是拼下去的理由。

88、只要我還有夢，就會看到彩虹!

89、你既認準這條路，又何必在意要走多久。

90、盡管社會是這樣的現(xiàn)實和殘酷，但我們還是必須往下走。

91、能把在面前行走的機會抓住的人，十有八九都會成功。

92、你能夠先知先覺地領導產(chǎn)業(yè)，后知后覺地苦苦追趕，或不知不覺地被淘汰。

93、強烈的信仰會贏取堅強的人，然后又使他們更堅強。

94、人生，不可能一帆風順，有得就有失，有愛就有恨，有快樂就會有苦惱，有生就有死，生活就是這樣。

95、好習慣的養(yǎng)成，在于不受壞習慣的誘惑。

96、凡過于把幸運之事歸功于自我的聰明和智謀的人多半是結局很不幸的。

97、如果我們一直告誡自己要開心過每一天，就是說我們并不開心。

98、天氣影響身體，身體決定思想，思想左右心情。

99、不論你在什么時候結束，重要的是結束之后就不要悔恨。

100、只要還有明天，今天就永遠是起跑線。1、最孤獨的時光，會塑造最堅強的自己。40GPS導航原理控制理論與制導技術研究中心控制理論與制導技術研究中心4119

GPS發(fā)展簡史與服務概述控制理論與制導技術研究中心19

GPS發(fā)展簡史與服務概述控制理論與制導技術研究中心42本次課的主要內容1.GPS簡介2.GPS發(fā)展歷史3.GPS應用概述4.參考書目本次課的主要內容1.GPS簡介43GPS簡介GPS中文名稱：(導航星)全球定位系統(tǒng)GPS英文名稱：(NAVSTAR)GlobalPositioningSystem基本用途：定位技術途徑：利用衛(wèi)星使用范圍：全球用戶范圍：全球用戶由美國國防部控制類別從屬——衛(wèi)星導航系統(tǒng)導航：指引某運動體，由某位置出發(fā)，達到某目標點。常用導航系統(tǒng)：慣性導航、無線電導航、天文導航、衛(wèi)星導航等。GPS簡介GPS中文名稱：44幾個相似的縮寫代表完全不同的概念GPSGIS:GeographicInformationSystem,地理信息系統(tǒng)(本質是一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))GPRS:GeneralPacketRadioService通用無線分組業(yè)務，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPSONE(A-GPS):需要手機運營商提供支持，將GPS技術與手機無線信號定位技術結合，實現(xiàn)戶外、室內定位。I-GPS:室內GPS幾個相似的縮寫代表完全不同的概念GPS45GPS技術的影響應用二次開發(fā)，應用廣泛技術擴展室內GPS火星車的導航GPS技術的影響應用46各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點慣性導航優(yōu)點：自主、區(qū)域極廣、實時慣性導航缺點：誤差隨時間積累各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點慣性導航優(yōu)點：慣性導航缺點：47各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點天文導航優(yōu)點：誤差不積累、區(qū)域極廣天文導航缺點：定位間隔時間長、動態(tài)低、需要星圖受天氣影響各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點天文導航優(yōu)點：天文導航缺點：48各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點無線電導航：區(qū)域受限衛(wèi)星導航：與無線電導航系統(tǒng)比，有效區(qū)域廣，具有全球定位能力；與慣導比：誤差不隨時間積累；與天文導航比：全天候。缺點：實時性、動態(tài)較差，

信號易受干擾遮蔽，受政治

因素影響。各類導航系統(tǒng)的優(yōu)缺點無線電導航：區(qū)域受限衛(wèi)星導航：49現(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介美國-GPS：若干地面支持設施，24顆衛(wèi)星，分6個軌道面，由美國國防部操作，軍民兩用，通訊使用L1,L2兩個載波頻率，碼分多址(CDMA)技術。實際在軌衛(wèi)星數(shù)目多于24顆。俄羅斯-GLONASS:若干地面支持設施，24顆衛(wèi)星，分3個軌道面，由俄羅斯國防部操作，軍民兩用，通訊使用頻分多址技術。軌道低，衛(wèi)星壽命短，需經(jīng)常補網(wǎng)。由于受俄經(jīng)濟狀況影響，導航星座不全。2011年已經(jīng)重新恢復全工作能力?，F(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介美國-GPS：若干地面支持設施，24顆衛(wèi)50現(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介歐洲-GNSS:建設中，第二階段Galileo計劃，2002年3月26日正式批準啟動。GNSS組成示意圖中國-北斗系統(tǒng)：一代2顆衛(wèi)星定位，亞太地區(qū)定位.發(fā)射4顆星：2000年10月31日；2000年12月21日；2003年5月25日（2工作，1備份）2007年4月14日零時28分，發(fā)射第四顆北斗導航試驗衛(wèi)星（二代第1顆）。2012年達到16顆在軌。中國北斗一代系統(tǒng)定位示意圖現(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介歐洲-GNSS:中國-北斗系統(tǒng)：中國北51北斗二代類似GPS：定位精度優(yōu)于20m，授時精度優(yōu)于100ns。2011年12月（10顆星左右）的誤差水平：平面10m,高程15m,測速0.2m/s,授時50ns.建設原則開放性獨立性兼容性漸進性計劃2012年覆蓋亞太地區(qū)2020年覆蓋全球目前：10月25日23時33分，發(fā)射北斗2代第16顆衛(wèi)星。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版正式公布，北斗導航業(yè)務正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導航、授時服務。北斗二代類似GPS：定位精度優(yōu)于20m，授時精度優(yōu)于100n52GPS提供的服務GPS的基本功能輸出PVT提供的基本服務（美國國防部與交通部規(guī)定）

PPS（精密定位服務/PrecisePositioningService）

服務對象：美國軍方，政府特別批準的民用用戶1995年春達到全工作能力定位精度：水平<22m，垂直<27.7m，授時精度<200ns（2drms,95%）SPS（標準定位服務/StandardPositioningService）服務對象：全球民用用戶1993年12月達到全工作能力定位精度：水平<100m，垂直<156m，授時精度<340ns （2drms,95%）定位測速授時&&GPS提供的服務GPS的基本功能提供的基本服務（美國國防53定位基本原理平面2點定位R1R2用戶已知位置1已知位置2定位基本原理R1R2用戶已知位置1已知位置254定位基本原理空間3點定位已知空間某固定點(衛(wèi)星)坐標已知用戶與該點距離R用戶必然在以衛(wèi)星為球心，半徑為R的球面上。定位基本原理55定位基本原理空間3點定位分別已知空間某2個固定點(衛(wèi)星)坐標分別已知用戶與2顆衛(wèi)星距離用戶必然在左圖2個球面的交線上定位基本原理分別已知空間某2個固定點(衛(wèi)星)坐標56定位基本原理空間3點定位分別已知空間某3個固定點(衛(wèi)星)坐標分別已知用戶與3顆衛(wèi)星距離用戶必然在左圖3個球面的交點上實際使用4顆衛(wèi)星定位定位基本原理空間3點定位分別已知空間某3個固定點(衛(wèi)星)坐標57GPS服務的特點

定位高精度：mm~30m一般手持機能夠達到12m誤差左右；根據(jù)FAA（FederalAviationAdministration）的數(shù)據(jù)，某些高品質接收機SPS定位精度可優(yōu)于3m。無源：接收機本身不發(fā)射信號，保密性好免費：用戶只需購買接收機，即可享受免費定位服務全天候、全球GPS服務的特點58GPS發(fā)展歷史（1）前期：1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆人造衛(wèi)星。美國霍普金斯大學應用物理實驗室葦芬巴赫（G.C.Weiffenbach）

利用多普勒頻移定軌。同實驗室的麥克雷(F.T.Meclure)提出了反問題，成為最早的利用人造衛(wèi)星進行定位的設想。

1958年底，美國海軍武器實驗室對該實驗室的研究進行了資助海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)(NNSS——NavyNavigationSatelliteSystem)的誕生。1959年九月發(fā)射第一顆衛(wèi)星。1964年交付美國海軍使用。1967年7月，正式組網(wǎng)允許民用。由于軌道通過地極，因此又稱子午儀系統(tǒng)（Transit）。GPS發(fā)展歷史（1）前期：1958年底，美國海軍武器實驗室對59GPS發(fā)展歷史（2）子午儀系統(tǒng)的特點：組成：6顆衛(wèi)星，近圓形軌道，軌道傾角90deg左右，周期107min，軌道高度1000km。定位精度對運動艦船為200m至80m；而對固定點可達100m至0.1m。全球、全天候二維定位。為北極星核潛艇提供定位服務。我國在上世紀70年代引入使用。南極長城站的定位就使用了子午儀系統(tǒng)。中國長城站S62°12′59.811〞±0.015〞W58°57′52.665〞±0.019〞缺點：定位時間長、動態(tài)低兩次定位間隔時間1.5~4小時。定位一次需要的測量為2分鐘以上。一臺接收機需要15次合格觀測才能達到±10m精度。

GPS發(fā)展歷史（2）子午儀系統(tǒng)的特點：中國長城站缺點：60GPS發(fā)展歷史（3）看到了衛(wèi)星導航的巨大潛力：上世紀60年代，美國海、空軍開始獨立發(fā)展自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。海軍TIMATION計劃TIMATION：12~18顆衛(wèi)星，衛(wèi)星高度約10000km，近圓形。周期8小時，1967年和1969年先后發(fā)射兩顆試驗衛(wèi)星。（不能滿足空軍的高動態(tài)應用要求）空軍621B計劃621B計劃:3~4個星群，每個星群4~5顆衛(wèi)星。同步軌道。每個星群需要一個地面控制站為它服務。

(通過偽衛(wèi)星技術進行了驗證)1973年12月合并，成立聯(lián)合計劃局，在洛杉磯空軍航天處內設立辦事機構，組成人員包括美國陸、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊、國防制圖局、交通部、北大西洋公約組織和澳大利亞代表。GPSGPS發(fā)展歷史（3）看到了衛(wèi)星導航的巨大潛力：上世紀60年代61GPS發(fā)展歷史（4）GPS實施計劃共分三個階段：第一階段為方案論證和初步設計階段（1978年～1979年）。發(fā)射4顆試驗衛(wèi)星（BLOCKI）。建立地面跟蹤網(wǎng)。研制地面GPS接收機。對系統(tǒng)軟、硬件進行試驗。第二階段為全面研制和試驗階段(1979年～1984年)。陸續(xù)發(fā)射7顆試驗衛(wèi)星(BLOCKI)。研制各種類型接收機。第三階段為實用組網(wǎng)階段。1999年提出GPS衛(wèi)星現(xiàn)代化。GPS發(fā)展歷史（4）GPS實施計劃共分三個階段：1999年62實施SA（選擇可用性/SelectiveAvailability）與AS（反電子欺騙/Anti-Spoofing）政策，SA政策在C/A碼中人為引入了誤差，使水平定位精度下降到100米，垂直定位精度下降到157米；AS政策則對P碼實行加密。GPS發(fā)展歷史（5）后果：遠遠不能滿足民用需要。自動車輛駕駛，船舶?？浚w機進場，精細農(nóng)業(yè)等即使無SA，也不能得到滿足。

第2階段實驗表明，GPS粗碼定位精度可達14m，P碼可達3m，遠遠超過設計標準（粗碼100m）。目前的精度：粗碼定位誤差12m，授時誤差20ns。實施SA（選擇可用性/SelectiveAvailabil63GPS發(fā)展歷史（6）應對SA的對策：各家公司和研究單位紛紛研制在實施SA政策下提高實時定位精度的技術。代表——差分技術。建設國際化導航衛(wèi)星星座：GNSS

GPS發(fā)展歷史（6）應對SA的對策：64GPS發(fā)展歷史（7）差分技術坐標差分偽距差分廣域差分載波相位差分差分技術的影響：幾乎去除SA政策的影響大幅減小電離層、對流層影響GPS發(fā)展歷史（7）差分技術65GPS發(fā)展歷史（8）建設國際化導航衛(wèi)星星座：GNSS在承認GPS和GLONASS已經(jīng)存在的前提下，首先把GPS和GLONASS作為主體使用，然后逐步增加民間成分，在增發(fā)民間衛(wèi)星的基礎上逐漸減少對某一國軍方控制系統(tǒng)的依賴，最終試圖實現(xiàn)一個民間化，國際化的GNSS星座。GPS發(fā)展歷史（8）建設國際化導航衛(wèi)星星座：GNSS66GPS發(fā)展歷史（9）美國對策：GNSS方案遭到美國國防部的指責。美聯(lián)邦航空局（FAA）提出WAAS（廣域增強系統(tǒng)），但WAAS給美國和國際安全帶來威脅。美國國防部表示“暫時同意按計劃實施WAAS，但WAAS能否投入使用取決于該系統(tǒng)的試驗結果和政府、軍隊高層部門和評估意見”。國防部還保留根據(jù)試驗結果在戰(zhàn)時或在特定地域對WAAS信號進行干擾的權利。同時要求GNSS保留SA與AS能力。1999年提出GPS現(xiàn)代化。GPS發(fā)展歷史（9）美國對策：67GPS發(fā)展歷史（10）GPS現(xiàn)代化1999年1月25日美國副總統(tǒng)以文告的形式發(fā)表。內涵：一是保護，即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強化軍碼的保密性能，加強抗干擾能力；二是阻止：即阻擾敵對方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；三是保持，即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶有更精確更安全的使用。GPS發(fā)展歷史（10）GPS現(xiàn)代化68GPS發(fā)展歷史（11）措施（軍用）：1.增加GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號強度，以增加抗電子干擾能力。 2.在GPS信號頻道上，增加新的軍用碼（M碼），要與民用碼分開。M碼要有更好的抗破譯的保密和安全性能。3.軍事用戶的接受設備要比民用的有更好的保護裝置，特別是抗干擾能力和快速初始化功能4.創(chuàng)造新的技術，以阻止和阻擾敵方使用GPS。GPS發(fā)展歷史（11）措施（軍用）：69GPS發(fā)展歷史（12）措施（民用）：1.2000年5月1日零點開始取消SA。美國不打算重新啟用全球性的SA政策，在BLOCKIII中去除了相關特性；但美軍方已經(jīng)掌握了對局部區(qū)域GPS施加干擾的技術(localizeddenial)，即GPS可以在局部區(qū)域內使敵對方利用GPS時嚴重降低定位精度，無法用于軍事行動，卻不影響其它區(qū)域的用戶正常使用。2.在L2頻道上增加第二民用碼，即L2C(C/AatL2)碼。這樣用戶就可以有更好的多余觀測，以提高定位精度，并有利于電離層的改正。(2005，BLOCKIIR(M)開始有，但目前未調制有用導航數(shù)據(jù))3.增加L5民用頻率，這有利于提高民用實時定位的精度和導航的安全性。目的：改善民用導航和定位的精度；擴大服務的覆蓋面和改善服務的持續(xù)性；提高導航的完好性（integrity）；保持GPS在全球定位系統(tǒng)中技術和銷售的領先地位；

GPS發(fā)展歷史（12）措施（民用）：702009年3月24日，GPSIIR-20(M)發(fā)射升空。帶有L5演示試驗載荷，1176.45MHz。星歷不完整，為未來的GPSIIF和GPSIII做準備。2009年3月24日，GPSIIR-20(M)發(fā)射升空。71SA取消的影響民用定位精度提高。無需差分的條件下精度也可滿足許多民用需要。SA取消的影響72GPS的應用概述（1）3S的支柱技術之一3S－GPS,GIS(地理信息系統(tǒng)/GeographyInformationSystem),RS(遙感/RemoteSensing)民用：為船舶,汽車,飛機等運動物體進行定位導航。如：1.船舶遠洋導航和進港引導2.飛機航路引導和進場降落3.汽車自主導航4.地面車輛跟蹤和城市智能交通管理：出租、警用車輛、運鈔車、私家車輛、公共汽車、消防、救護5.緊急救生6.個人旅游及野外探險7.個人通訊終端（與手機，電子地圖等集成一體）GPS的應用概述（1）3S的支柱技術之一73GPS的應用概述（2）

測地應用機載應用車載應用手持應用GPS的應用概述（2） 測地應用機載應用車載應用手持應用74GPS的應用概述（3）航天國際空間站科學衛(wèi)星航天飛機在軌、再入、著陸軍用精密制導武器：靈巧炸彈等飛機、戰(zhàn)車單兵裝備GPS的應用概述（3）航天75GPS的應用概述（4）其它1.電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡的時間同步2.準確時間的授入3.準確頻率的授入4.各種等級的大地測量，控制測量5.道路和各種線路放樣6.水下地形測量7.地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測9.工程機械控制10.精細農(nóng)業(yè)GPS的應用概述（4）其它76本章小結涉及到的基本概念：目前世界上建成和正在建設中的幾個衛(wèi)星導航系統(tǒng)：GPS、GLONASS、GNSS、北斗系統(tǒng)GPS可提供的服務PPS、SPS區(qū)別：pps(pulsepersecond)GPS的基本功能：PVT測量本章小結涉及到的基本概念：77課程的特點GPS技術受政治因素影響大。其技術的發(fā)展、取舍與國家間的安全、利益矛盾轉化發(fā)展息息相關。技術發(fā)展靈活多變，涉及的應用領域眾多，與其它專業(yè)的結合點眾多。衛(wèi)星導航技術前景廣闊。仍在發(fā)展的熱門技術，以社會需求為導向。學習建議1）聽課2）主要是概念的理解，術語、縮寫的積累與記憶3）平時注意收集材料課程的特點GPS技術受政治因素影響大。其技術的發(fā)展、取舍與國78主要參考書目(任選一本即可)GPS原理與應用.ElliottD.Kaplan著,邱致和,王萬義譯.電子工業(yè)出版社,2002年8月第一版.GPS/INS組合導航定位及其應用.董緒榮,張守信,華中春編著.國防科技大學出版社,1998年6月第一版.差分GPS定位技術與應用.王廣運,郭秉義,李洪濤編著,電子工業(yè)出版社,1996年3月第一版.GPS在飛行器定位導航中的應用.袁建平,方群,鄭諤著,西北工業(yè)大學出版社,2000年1月第一版.車輛定位與導航系統(tǒng).趙亦林著,譚國真譯.電子工業(yè)出版社.1999年4月第一版.主要參考書目(任選一本即可)79

1、最孤獨的時光，會塑造最堅強的自己。

2、把臉一直向著陽光，這樣就不會見到陰影。

3、永遠不要埋怨你已經(jīng)發(fā)生的事情，要么就改變它，要么就安靜的接受它。

4、不論你在什么時候開始，重要的是開始之后就不要停止。

5、通往光明的道路是平坦的，為了成功，為了奮斗的渴望，我們不得不努力。

6、付出了不一定有回報，但不付出永遠沒有回報。

7、成功就是你被擊落到失望的深淵之后反彈得有多高。

8、為了照亮夜空，星星才站在天空的高處。

9、我們的人生必須勵志，不勵志就仿佛沒有靈魂。

10、拼盡全力，逼自己優(yōu)秀一把，青春已所剩不多。

11、一個人如果不能從內心去原諒別人，那他就永遠不會心安理得。

12、每個人心里都有一段傷痕，時間才是最好的療劑。

13、如果我不堅強，那就等著別人來嘲笑。

14、早晨給自己一個微笑，種下一天旳陽光。

15、沒有愛不會死，不過有了愛會活過來。

16、失敗的定義：什么都要做，什么都在做，卻從未做完過，也未做好過。

17、當我微笑著說我很好的時候，你應該對我說，安好就好。

18、人不僅要做好事，更要以準確的方式做好事。

19、我們并不需要用太華麗的語言來包裹自己，因為我們要做最真實的自己。

20、一個人除非自己有信心，否則無法帶給別人信心。

21、為別人鼓掌的人也是在給自己的生命加油。

22、失去金錢的人損失甚少，失去健康的人損失極多，失去勇氣的人損失一切。

23、相信就是強大，懷疑只會抑制能力，而信仰就是力量。

24、那些嘗試去做某事卻失敗的人，比那些什么也不嘗試做卻成功的人不知要好上多少。

25、自己打敗自己是最可悲的失敗，自己戰(zhàn)勝自己是最可貴的勝利。

26、沒有熱忱，世間便無進步。

27、失敗并不意味你浪費了時間和生命，失敗表明你有理由重新開始。

28、青春如此華美，卻在煙火在散場。

29、生命的道路上永遠沒有捷徑可言，只有腳踏實地走下去。

30、只要還有明天，今天就永遠是起跑線。

31、認真可以把事情做對，而用心卻可以做到完美。

32、如果上帝沒有幫助你那他一定相信你可以。

33、只要有信心，人永遠不會挫敗。

34、珍惜今天的美好就是為了讓明天的回憶更美好。

35、只要你在路上，就不要放棄前進的勇氣，走走停停的生活會一直繼續(xù)。

36、大起大落誰都有拍