GPS复习

第一章

1、GPS的用途：

导航定位、测速、测时及授时；

★2、GPS系统的系统构成，说明每一部分的构成和作用（习题2）；

GPS系统主要由三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。

空间星座部分由24颗（3颗备用）卫星组成。作用是：接收和存储由地面监控站发出的导航信息，接收并执行监控站发出的控制指令；在卫星上设有微处理机，可进行部分必要的数据处理工作；通过星载铯钟和铷钟提供精密的时间标准，并行用户发送定位的信息。

地面监控部分由5个地面站组成，包括卫星监测站、主控站和信息注入站三部分。作用：（卫星监测站）对GPS卫星进行连续观测，采集相关数据和监测卫星的工作状况，原子钟用来提供时间标准，环境传感器用来采集有关气象数据；（主控站）根据监测站的所有观测资料，计算并编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等，并将其传送到注入站；可提供全球定位系统的时间标准；调整偏离轨道的卫星；必要时可启用备用卫星代替失效的工作卫星；（注入站）在主控站的控制下将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令信息等，注入到相应卫星的存储系统，并能检测注入信息的正确性。

用户设备部分主要由GPS接收机硬件和数据处理软件，以及微处理机和终端设备组成；作用：接受卫星发射的信息，已获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单数据出咯而实现实时导航和定位。

3、其他卫星定位导航系统：

北斗（中国），伽利略（欧洲），GLONASS（俄罗斯）。

第二章

1、天球及相关概念：

天球：指以地球质心M为中心，半径r为任意的一个假想球体；

大地经纬度（geodetic longitude and latitude）是大地经度与大地纬度的合称。地球表面是不规则面，为了能用数学方法表示，把它设想成一个大小和扁率与地球最为接近的旋转椭球体，称为地球椭球体。通过地球椭球体中心，并同其旋转轴垂直的平面，称为椭球体赤道面，它与地球表面相交的线，称为赤道；通过地面A点和地球椭球体旋转轴的平面，称A 点的大地子午面。A点的大地子午面与起始大地子午面（本初子午面）间的夹角L，称为大地经度。通过A点的地球椭球体的法线与赤道平面的夹角B，称为大地纬度。

天文经纬度（long latitude of astronomy）是指以地面某点铅垂线和地球自转轴为基准的经纬度。包含地面某点A的铅垂线和地球自转轴的平面称A点的天文子午面，此子午面与本初子午面间的夹角λ称A点的天文经度，A点的铅垂线与地球赤道平面的夹角φ称A点的天文纬度。

赤经（英文Right ascension；缩写为RA；符号为α）是天文学使用在天球赤道坐标系统内的坐标值之一，通过天球两极并与天赤道垂直，另一个坐标值是赤纬。

赤纬（英文Declination；缩写为Dec；符号为δ）是天文学中赤道座标系统中的两个坐标数据之一，另一个坐标数据是赤经。赤纬与地球上的纬度相似，是纬度在天球上的投影。赤纬的单位是度，更小的单位是“角分”和“角秒”，天赤道为0度，天北半球的赤纬度数为正数，天南半球的赤纬的度数为负数。天北极为+90°，天南极为-90°。值得注意的是正号也必须标明。

天轴与天极：地球自转轴的延伸直线称之为天轴；天轴与天球的交点Pn和Ps称为天极，其中P n成为北天极，P s成为南天极；

天球赤道面与天球赤道：通过地球质心M并与天轴垂直的平面称之为天球赤道面。此

时天球赤道面与地球赤道面重合。该赤道面与天球相交的大圆，称之为天球赤道，显然天球赤道是一个半径任意大的圆圈；

天球子午面与子午面：包含天轴并通过地球上任意点的平面，称为天球子午面。天球子午面与天球相交的大圆，称为天球子午圈；

时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆称为时圈；

黄道与黄极：地球公转的轨道面与天球相交的大圆。即当地球绕太阳公转时，地球上观测者所见到太阳在天球上运动的轨迹称为黄道。黄道面与赤道面的夹角ε称为黄赤交角，约为23.5。。通过天球中心且垂直于黄道面的直线与天球的交点称为黄极。其中靠近北天极的交点II n称为黄北极，靠近南天际的交点II s称为南黄极。

春分点：当太阳在黄道上从天球南半球想北半球运行时，黄道与天球赤道的交点γ称为春分点。在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面是建立天球坐标系的重要基准点和基准面。

岁差(axial precession)，在天文学中是指一个天体的自转轴指向因为重力作用导致在空间中缓慢且连续的变化。

力学时：

2、天球坐标系：

岁差：在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下，地球自转轴方向不再保持不变，使春分点在黄道上产生缓慢地西移现象，在天文学中称为岁差；

章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转形成椭圆轨迹，期长半径约为9.2”，周期约为18.6年。这种现象称为章动。

协议天球坐标系：选择某一时刻作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经该瞬时的岁差和章动改正后，分别作为z轴和x轴的指向。由此构成的空间固定坐标系，称为所取标准历元t0时刻的平天球坐标系（或协议天球坐标系），也称协议惯性坐标系（简称CIS）。

瞬时天球坐标西：以地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向分别作为z轴和x轴的指向，有次构成的空间固定坐标系称为瞬时天球坐标系。

要将协议天球坐标系的卫星坐标，转换到观测历元t的瞬时天球坐标，通常可以分成两步，首先将协议天球坐标系中的坐标，换算到瞬时平天球坐标系统，然后再将瞬时平天球坐标系的坐标转换到瞬时天球坐标系统。

3、地球坐标系

极移：地球自转轴受地球内部质量不均匀影响而在地球体内部运动，导致地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的。这种现象称为地极移动，简称极移。

协议地球坐标系：采用国际协议原点（简称CIO）作为协议地极，x轴指向格林威治平均天文台方向，y轴指向格林威治零子午面以西90。的子午线方向的地球坐标系称为协议地球坐标系（简称CTP）。

瞬时地球坐标系：采用瞬时极作为地极，x轴指向格林威治平均天文台方向，y轴指向格林威治零子午面以西90。的子午线方向的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。

★4、协议地球坐标系与协议天球坐标系的转换：P23

5、地球参心坐标系：

选取一个参考椭球面作为基准参考面，选一个参考点作为起算点或称大地原点时，所选