1、GPS原理及其應(yīng)用(一),第一章緒 論,1.1 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 1.2 GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用,1.1 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景,什么是GPS？,GPS的英文全稱是 Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 簡稱GPS，有時也被稱作NAVSTAR GPS。,其意為“導(dǎo)航星測時與測距全球定位系統(tǒng)”，或簡稱全球定位系統(tǒng)。,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 什么是全球定位系統(tǒng),GPS概述,建立國家 美國 目的 在全球范圍內(nèi)，提供實時、連續(xù)、全天候的導(dǎo)航定位及授時服務(wù) 開始籌建時間 1973

2、年 完全建成時間 1995年,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 GPS概述,GPS概述,系統(tǒng)構(gòu)成 空間部分、地面控制部分、用戶部分 服務(wù)方式 通過由多顆衛(wèi)星所組成的衛(wèi)星星座提供導(dǎo)航定位服務(wù) 定位原理 距離交會 測距原理 被動式電磁波測距 特點 全球覆蓋、全天候、不間斷、精度高,緒論緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 GPS概述,常規(guī)（地面）定位方法,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：測距儀 綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀 觀測值 角度或方向觀測 距離觀測 天文觀測方法,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 常規(guī)（地面）定位方法,常

3、規(guī)定位方法的局限性,需要事先布設(shè)大量的地面控制點/地面站 無法同時精確確定點的三維坐標(biāo) 觀測受氣候、環(huán)境條件限制 觀測點之間需要保證通視 需要修建覘標(biāo)/架設(shè)高大的天線 邊長受到限制 觀測難度大 效率低：無用的中間過渡點 受系統(tǒng)誤差影響大，如地球旁折光 難以確定地心坐標(biāo),緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 常規(guī)（地面）定位方法的局限性,子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性,系統(tǒng)簡介 NNSS Navy Navigation Satellite System（海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)），由于其衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛(wèi)星系統(tǒng)） 采用利用多普勒效應(yīng)進行導(dǎo)航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng) 美國研制、

4、建立 1964年1月建成 1967年7月解密供民用,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性,子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性,系統(tǒng)組成 空間部分 衛(wèi)星：發(fā)送導(dǎo)航定位信號（信號：4.9996MHz 30 = 149.988MHz；4.9996MHz 80 = 399.968MHz；星歷） 衛(wèi)星星座 由6顆衛(wèi)星構(gòu)成，6軌道面，軌道高度1075km 地面控制部分 包括：跟蹤站、計算中心、注入站、控制中心和海軍天文臺 用戶部分 多普勒接收機,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性,子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性,應(yīng)用領(lǐng)域 海上船舶的定位 大地測量 精度 單點定位：15次合格衛(wèi)

5、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,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性,子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性,系統(tǒng)缺陷 衛(wèi)星少，觀測時間和間隔時間長，無法提供實時導(dǎo)航定位服務(wù) 導(dǎo)航定位精度低 衛(wèi)星信號頻率低，不利于補償電離層折射效應(yīng)的影響 衛(wèi)星軌道低，難以進行精密定軌,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性,GPS的發(fā)展簡史方案論證階段,1973年12月，美國國防部批準(zhǔn)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)

6、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(wǎng)。,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 GPS的發(fā)展簡史,GPS的發(fā)展簡史全面研制和試驗階段,從1979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(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 GPS的發(fā)展簡史,GPS的發(fā)展簡史實用組網(wǎng)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(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)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

7、力（Full Operational Capability）。,緒論 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 GPS的發(fā)展簡史,1.2 GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用,GPS在軍事中的應(yīng)用,緒論 GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用,GPS在交通運輸業(yè)中的應(yīng)用,航運、航空搜索 陸路交通（車輛導(dǎo)航、監(jiān)控） 船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進港引水,緒論 GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用,GPS在測量中的應(yīng)用,建立和維持全球性的參考框架,緒論 GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用,GPS在測量中的應(yīng)用,板塊運動和監(jiān)測,緒論 GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用,GPS在測量中的應(yīng)用,建立各級國家平面控制網(wǎng),緒論 GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用,GPS在測量中的應(yīng)用,布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進行各種工程測量,緒論 GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用,GPS在測量中的應(yīng)用,在航空攝影測量、地