测绘新技术应用.ppt

GPS原理

;第一节GPS的构成;GPS全球定位系统的建立：

1973年12月研制新一代导航定位系统——导航卫星定期测距全球定位系统（NavigationSatelliteTimingAnd/RangingGlobalPositioningSystem），简称NAVSAT/GPS系统。

它可以向数目不限的全球顾客持续地提供高精度的全天候的七维状态参数（x、y、z、ta、vx、vy、vz）和三维姿态参数（横摇、纵摇、航向）；

其重要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等某些军事目的。通过20余年的研究试验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完毕。;GPS系统由三大部分构成：

空间星座部分;

地面监控部分;

顾客设备部分;;一空间星座部分:包括GPS工作卫星和备用卫星

全球定位系统的空间部分使用21颗工作卫星和3颗随时可以启动的在轨备用卫星构成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上（每个轨道面四颗），卫星轨道平面与地球赤道面的倾角均为55度，各轨道的升交点的赤经相差60度，在相临轨道上，卫星的升交距角相差30度。;轨道高度约0千米，均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上持续的全球导航能力。;GPS卫星星座;每颗GPS卫星均有各自的编号:

次序编号按照GPS卫星的发射时间先后，依发射先后次序给卫星编号；

PRN编号根据GPS卫星所采用的伪随机噪声码（PRN码）之不一样而编号；

NASA编号这是美国航空航天局在其（NASA）序列文献中给GPS卫星的编号；;IRON编号IRON为InterRangeOperationNumber的缩写，即内部距离操作码；IRON编号，是由美国和加拿大联合构成的北美空军指挥部给定的一种随机编号，以此识别他们所选择的目的；

国际识别号它的第一部分表达该颗卫星的发射年代，第二部分表达该年中发射卫星的序列号，字母A表达发射的有效负荷。;GPS卫星的作用是：

向广大顾客持续发送定位信号；

接受和储存由地面监控站发来的卫星导航电文等

信息，并适时地发送给广大顾客；

接受并执行由地面监控站发来的控制指令，适时

地改正运行偏差或启用备用卫星等；

通过星载的高精度铷钟和铯钟，提供精密的时间

原则。;地面监控部分:

其重要任务是：监视卫星的运行；确定GPS时间系

统；跟踪并预报卫星星历和卫星钟状态；向每颗卫

星的数据存储器注入卫星导航数据。

地面监控部分包括:一种主控站、三个注入站和五个监测站;（一）主控站

主控站设在美国本土科罗拉多斯平士(ColoradoSpings)的联合空间执行中心(CSOC)。

主控站的任务除负责管理和协调整个地面监控系统的工作外，其重要任务是搜集、处理本站和监测站收到的所有资料，编算出每颗卫星的星历和GPS时间系统，将预测的卫星星历、钟差、状态数据以及大气传播改正编制成导航电文传送到注入站；主控站还负责调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行，检查注入给卫星的导航电文，监测卫星与否将导航电文发送给了顾客。必要时启用备用卫星以替代失效的工作卫星。;（二）注入站

三个注入站分别设在大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰。

注入站又称地面天线站，它的重要设备包括：一台直径3.6m的抛物面天线，一台C波段发射机和一台计算机。

注入站的任务是将主控站发来的导航电文注入到对应卫星的存储器。每天注入3—4次，每次注入14天的星历。此外，注入站能自动向主控站发射信号．每分钟汇报一次自己的工作状态。;（三）监测站

五个监测站除了位于主控站和三个注入站之处的四个站以外，还在夏威夷设置了一种监测站。

监测站的重要任务是为主控站提供卫星的观测数据。;三顾客设备部分

顾客接受设备经典状况下称做“GPS接受机”，GPS接受设备由5个重要单元构成：天线单元，接受单元，处理器，输入\输出单元和一种电源。;概述

GPS导航定位系统定位原理是运用测距交会的原理确定点位。GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中具有卫星的位置信息。顾客用GPS接受机在某一时刻同步接受三颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点(接受机天线中心)P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此运用距离交会法解算出测站P的位置。;用距离交会的措施求解P点的三维:;1、根据测距的原理，其定位原