GPS定位基础知识介绍

主要设备
–太阳能电池板 –原子钟（2台铯钟、2台铷钟） –信号生成与发射装置
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GPS定位技术及应用 >全球定位系统的组成> 空间部分
–GPS卫星 •类型
–试验卫星：Block Ⅰ –工作卫星：Block Ⅱ –Block Ⅱ：存储星历能力为14天，具有SA和AS地能力 –Block ⅡA （Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历 能力为180天，SV35和SV36带有激光反射棱镜 –Block ⅡR （Replacement/Replenishment）：卫星间可相 互跟踪相互通讯 –Block ⅡF（Follow On）：新一代的GPS卫星,增设第三民 用频率
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GPS定位技术及应用> 绪论
第一章 绪论
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 空间定位技术 > 定义
§1.3 常见空间定位技术
空间测量方法和技术主要有甚长基线干涉测量、激光测月、 激光测卫、卫星测高卫星导航定位等。其中卫星导航定位测量方法 和技术已广泛应用于大地测量和工程测量的各个领域而前面的几种 方法和技术则用于全球性测量、如建立与维持全球参考框架、测定 地球的形状、大小外部重力场、地球极移等。
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 常规定位方法及其局限性 > 近、现代的常规（地面）定位方法
近、现代的常规（地面）定位方法
• 采用的仪器设备
–尺：铟钢尺 –光学仪器：经纬仪，水准仪 –激光和红外仪器：测距仪 –综合多种技术的仪器：全站仪 –无线电、微波仪器：Loran-C，雷达
目前的几种卫星导航定位系统 • • • • 美国的GPS系统 俄罗斯的GLONASS系统 中国的北斗系统 欧盟的伽利略系统
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第二章 GPS定位系统的概述
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• 空间部分 （Space Segment）
– GPS卫星星座
• 设计星座：21+3 • 21颗正式的工作卫星+3 颗活动的备用卫星 • 6个轨道面，平均轨道高 度20200km，轨道倾角 55，周期11h 58min（顾 及地球自转，地球-卫星 的几何关系每天提前 4min重复一次） • 保证在24小时，在高度 角15°以上，能够同时 观测到4至9颗卫星 • 当前星座：28颗
传统大地控制网和水准网的缺陷：
• 平面、高程控制网破坏严重、很多点位难以寻 找观测受气候、环境条件限制 • 控制网存在误差积累、精度不高 • 控制网点位分布不均匀 • 平面点多在山顶并远离测区 • 平面与高程控制分离、没有统一 的控制系统
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 空间定位技术 > 定义
§1.2 空间定位技术
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 空间定位技术 > 定义
什么是空间定位技术（定义）
• 利用自然天体或人造天体来精确确定地面点的 位置及其随时间变化状况的一整套方法、理论 和技术称为空间定位技术。
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GPS定位技术及应用 >全球定位系统的组成> 空间部分
Block IIA Block IIA Block IIR
Block IIR
Block IIR
Block IIF
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 空间定位技术 > 空间定位技术的产生
空间定位技术的产生 – 可能性
• 空间技术的发展 • 计算能力的加强 • 电子技术的提高 • 通信技术的进步
–通信设备和手段的进步 –通信技术
GPS定位技术及应用> 绪论 > 常规（地面）定位方法及其局限性 > 什么是定位
§1.1 常规（地面）定位方法及其局限性
什么是定位
• 确定点在某一坐标系中的位置 • 相关的英语单词
–Positioning –Location –Orientation –Navigation –Guidance –Tracking
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• 什么是全球定位系统
– 全球定位系统 GPS 的英文全称是 Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（导航星测时与测距全球定 位系统），简称 GPS 有时也被称作NAVSTAR GPS。根据 Wooden 1985年所给出的定义：NAVSTAR全球定位系统（GPS） 是一个空基全天侯导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军 方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和 时间信息的要求。
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 常规定位方法及其局限性 > 原始的定位方法
原始的定位方法
• 利用天体进行定向：日、月、特别的星体 • 利用自然景观 • 利用自然现象：树木的生长态势，植物的生长 态势（如苔藓） • 采用人造的器械：司南，指南针 • 利用人工建筑：烽火台
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 空间定位技术 > 空间定位技术的产生
空间定位技术的产生 – 必要性
• 需要提供全球统一的地心坐标 –航空、航天技术的要求 • 需要在长距离上进行高精度定位的技术 –全球性问题研究的要求 • 要求具有全天候的特点，且快速简便的定位技 术 –快速、实时定位应用的要求
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 空间定位技术 > 空间定位的一般原理
空间定位的一般原理
• 观测值
–方向、距距离差
• 观测目标
–位置已知的空间目标，包括自然天体和人造天体
• 基本原理
–交会 • 方向交会 • 距离交会 • 距离差交会
GPS的地面监控部分 GPS定位技术及应用 Support@ 上海欧亚测量系统设备有限公司
GPS定位技术及应用 >全球定位系统的组成> 地面监控部分
–主控站：
除协调和管理地面监控系统外，主要任务： 1）根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差 和大气修正参数，并将数据传送到注入站。 2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟，均应与 主控站的原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入 注入站。 3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。 4）启用备用卫星代替失效工作卫星
• 观测方法
–角度或方向观测 –距离观测 –距离差观测
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 常规定位方法及其局限性 > 常规定位方法的局限性
常规（地面）定位方法的局限性
• 观测点之间需要保证通视
–需要修建觇标/架设高大的天线 –边长受到限制 –观测难度大 –效率低：无用的中间过渡点
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学习计划及工作任务
1：加强测量和GPS基础知识方面的学习。 2：注意扩大跟公司业务相关的其他知识的学习（数字地球，GIS信息 GPS应用领域和台站的最新发展等等。） 3：掌握常规GPS，基础设施产品的性能特点和基础软件以及常规的应 用方法，进一步加强光学产品的学习。 4：熟悉的应用VRS台站网知识并了解其行业信息和其他CORS的比较。 5：尽全力做好自己的技术支持本职工作，为前线的兄弟们奉献自己的 能量，为销售工作做全方面的支持。 6：涉猎广泛的学习其他知识，开阔自己的眼界，拓展自己的知识领域， 为进一步的技术支持工作和与客户交往能力的提高而努力学习。 7：学习没有尽头，努力不会停止，为全面支持公司销售工作和提高自 己的业务技术能力而奋斗。
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 空间定位技术 > 空间定位技术的优点
空间定位技术的优点
测站间无需通视 • 数学模型简单，且能同时确定点的三维坐标 • 易于实现全天候观测 • 在长距离上仍能获得高精度的定位结果
GPS定位技术及应用 >全球定位系统的组成> 地面监控部分
• 地面监控部分 （Ground Segment）
–主控站：1个 –监测站：5个 –注入站：3个 –通讯与辅助系统
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GPS定位技术及应用 >全球定位系统的组成> 地面监控部分
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GPS定位技术及应用 >全球定位系统的组成
• GPS的系统组成
–由空间部分、地面部分和用户部分等组成
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GPS定位技术及应用 >全球定位系统的组成> 空间部分
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GPS定位技术及应用 >全球定位系统的组成> 空间部分
–GPS卫星 • 作用：
–接收、存储导航电文 –生成用于导航定位的信号（测距码、载波） –发送用于导航定位的信号（采用双向调制法调制在载波上的 测距码和导航电文） –接受地面指令，进行相应操作 –其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 •
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GPS定位技术及应用 >全球定位系统概述> 全球定位系统的发展史
• GPS发展简史
– 1957年10月4日 第一颗人造卫星 Sputnik I （苏）发射成功。 – 1958年12月开始设计 NNSS(Navy Navigation Satellite System) – TRANSIT，即子午卫星系统。1964年1月该系统正式运行。1967年7月 系统解密以供民用。 – 1973年12月，美国国防部（DOD）批准研制GPS。 – 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。 – 1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。 – 1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。 – 1993年，IGS成立。 – 1995年7月17日，GPS达到FOC – 完全运行能力（Full Operational Capability）。 – 1999年1月25日，美国副总统戈尔宣布，将斥资40亿美元，进行GPS现 代化。 – 1999年8月21/22日子夜，GPS发生GPS周结束翻转(EOW)问题。 – 2000年1月1日，Y2K问题。 – 2000年5月1日，美国总统克林顿宣布，GPS停止实施SA。（实际停止实 施SA是5月2日）
• 需要事先布设大量的地面控制点/地面站 • 无法同时精确确定点的三维坐标 • 观测受气候、环境条件限制 • 受系统误差影响大，如地球旁折光 • 难以确定地心坐标
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GPS定位技术及应用> 绪论 > 常规定位方法及其局限性 > 常规定位方法的局限性