第二章全球定位系统及其应用 2.1基础知识 (1)GPS定位系统的发展历史 ●GPS的实施计划,它可以分为三个阶级: 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。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,从硬件和软件上进行 了试验,试验结果令人满意。 ●第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到 1984年,又陆续发射了7颗试验卫星。与此同时 研制了各种用途的接收机,主要是导航型接收机 同时测地型接收机也相继问世。试验表明,GPS 的定位精度远远超过设计标准,利用粗码的定位 精度几乎提高了一个数量级,达到14m
第二章全球定位系统及其应用 ⚫ 2.1 基础知识 ⚫ （1 ）GPS定位系统的发展历史 ⚫ GPS的实施计划，它可以分为三个阶级： ⚫ 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。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，从硬件和软件上进行 了试验，试验结果令人满意。 ⚫ 第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到 1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。与此同时， 研制了各种用途的接收机，主要是导航型接收机， 同时测地型接收机也相继问世。试验表明，GPS 的定位精度远远超过设计标准，利用粗码的定位 精度几乎提高了一个数量级，达到14m
●第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第 颗GPS工作卫星发射成功,宣告了GPS系统进 入工程建设阶段。这种工作卫星称为Blck和 Blockin卫星。这两组卫星的差别是: BlockⅡA卫星增强了军事应用功能,扩大了数 据存储容量; BlockⅡ卫星只能存储供14天用的 导航电文(每天更新三次);而 Block ila卫星能 存储供180天用的导航电文,确保在特殊情况下 使用GPS卫星。实用型的GPS网即(21+3GPS 星座已经建成,今后将根据计划更换失效的卫 星
⚫ 第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一 颗GPS工作卫星发射成功，宣告了GPS系统进 入工程建设阶段。这种工作卫星称为BlockⅡ和 BlockⅡA卫星。这两组卫星的差别是： BlockⅡA卫星增强了军事应用功能，扩大了数 据存储容量；BlockⅡ卫星只能存储供14天用的 导航电文(每天更新三次)；而BlockⅡA卫星能 存储供180天用的导航电文，确保在特殊情况下 使用GPS卫星。实用型的GPS网即（21+3）GPS 星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫 星
(2)其它独立的卫星导航与定位系统 GLONASS卫星星座
（2）其它独立的卫星导航与定位系统 GLONASS卫星星座
●欧洲 EGNOS系统 ●伽利略系统 日本MSAS系统 星座卫星 卫星平均 卫星运行 载波频率(Mz) 卫星定位系统种类数目(颗)高度(km)周期(min) GPS(美国) 20200 718 1565~1586 1217~1238 glONASS(前苏联) 21+3 19100 1603~1616 246~1256 NAVSAT(欧洲空间局) 1561~1569 伽利略系统 24000
⚫ 欧洲EGNOS系统 ⚫ 伽利略系统 ⚫ 日本MSAS系统 卫星定位系统种类 星座卫星 数目（颗） 卫星平均 高度（km） 卫星运行 周期（min） 载波频率（MHz） L1 L2 GPS(美国) 21+3 20200 718 1565～1586 1217～1238 GLONASS(前苏联) 21+3 19100 675 1603～1616 1246～1256 NAVSAT(欧洲空间局) 12+6 20178 720 1561～1569 1224～1232 伽利略系统 30 24000 ／ ／ ／
3)GPS定位系统的特点 GPS相对于其它导航与定位系统的特点 ●(1)仝球地面连续覆盖。GPS有24颗卫星,且分布合理 所以在地球上和近地空间上任何一点,均可以连续同步 地观测4颗以上卫星、实现全球、全天候连续导航定位 (2)功能多,精度高。GPS可为各类用户连续地提供动 态目标的三维位置,三维速度和时间信息。一般来说, 目前其单点实时定位精度可达5m~10m,静态相对定位 精度可达10.01ppm,测速精度为0.1m/s,而测时精度 约为数十纳秒。随着GPS测量技术和数据处理技术的发 展,其定位、测速和测时的精度将进一步提高
（3）GPS定位系统的特点 GPS相对于其它导航与定位系统的特点 ⚫ （1）全球地面连续覆盖。GPS有24颗卫星，且分布合理， 所以在地球上和近地空间上任何一点，均可以连续同步 地观测4颗以上卫星、实现全球、全天候连续导航定位。 ⚫ （2）功能多，精度高。GPS可为各类用户连续地提供动 态目标的三维位置，三维速度和时间信息。一般来说， 目前其单点实时定位精度可达5m～10m，静态相对定位 精度可达1~0.01ppm，测速精度为0.1m/s，而测时精度 约为数十纳秒。随着GPS测量技术和数据处理技术的发 展，其定位、测速和测时的精度将进一步提高
●(3)实时定位速度快。利用全球定位系统 次定位和测速工作在一秒至数秒钟内便 可完成(NNS约需8—10分钟),这对高动态 用户来说尤为重要。 (4)被动式全天候导航定位。这种导航定 位不仅隐蔽性好,而且可以容纳无数多用 户 ●(5)抗干扰性能好,保密性强。由于GPS 采用了数字通讯的特殊编码技术,即伪随 机噪声码技术,因而GPS卫星所发送的信号 具有良好的抗干扰性和保密性
⚫（3）实时定位速度快。利用全球定位系统 一次定位和测速工作在一秒至数秒钟内便 可完成(NNSS约需8—10分钟)，这对高动态 用户来说尤为重要。 ⚫（4）被动式全天候导航定位。这种导航定 位不仅隐蔽性好，而且可以容纳无数多用 户。 ⚫（5）抗干扰性能好，保密性强。由于GPS 采用了数字通讯的特殊编码技术，即伪随 机噪声码技术，因而GPS卫星所发送的信号， 具有良好的抗干扰性和保密性
GPS应用于测量的特点 精度(m) 1.00 0.50 卫星多普勒定位(NNSS 惯性测量(INS) 激光测卫(SLR 0.10 甚长基线(LB 0.05 GPS 1(单频)· ···。s。。·●。●L1+L2(双频) 0.01 10 50100 500 距离(km)
GPS应用于测量的特点
●相对于经典的测量学来说,这一新技术 的主要特点如下: (1)观测站之间无需通视 (2)定位精度高。在小于50km的基线上,其相 对定位精度可达1~2×106,而在100km~500km 的基线上可达106~107。随着观测技术与数据 处理方法的改善,可望在大于1000km的距离上 相对定位精度达到或优于10-8。 (3)观测时间短 (4)提供三维坐标。 (5)操作简便。 (6)全天候作业
⚫ 相对于经典的测量学来说，这一新技术 的主要特点如下： ⚫ （1）观测站之间无需通视。 （2）定位精度高。在小于50km的基线上，其相 对定位精度可达1～2×10-6，而在100km～500km 的基线上可达10-6～10-7。随着观测技术与数据 处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上， 相对定位精度达到或优于10-8 。 （3）观测时间短。 （4）提供三维坐标。 （5）操作简便。 （6）全天候作业
●2全球定位系统GPS的组成概况 全球定位系统(GPS)主要由三部分组成,即由GPS 卫星组成的空间部分、由若干地面站组成的控制部 分和以接收机为 的广大用户剖 空间部分: 24颗卫星 广播L1,L2,卫 轨道,时间数据及 辅助资料信息 术分 用户部分 监控部分 接收设备 中央控制系统 接收卫星信号 时间同步 跟踪卫星定轨
⚫ 2全球定位系统GPS的组成概况 全球定位系统（GPS）主要由三部分组成，即由GPS 卫星组成的空间部分、由若干地面站组成的控制部 分和以接收机为主体的广大用户部分
1空间部分 (1)GPS空间卫星星座的构成
1 空间部分 （1） GPS空间卫星星座的构成