地球科学概论续Word文件下载.docx
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能在空中、海洋、陆地等全球范围内进行导航、授时和定位及测速。
b)全球性:
在全球的任何地点都可进行定位。
c)全天候:
白天黑夜都可以定位。
3)GPS是美国继阿波罗登月计划和航天飞机之后的第三大空间工程。
4)GPS计划实施共分三个阶段
a)第一阶段为方案论证和初步设计阶段。
b)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。
这一阶段称之为BlockI。
c)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。
5)GPS从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题,可以满足各种不同用户的需要。
a)对舰船而言,它能在海上协同作战,在海洋交通管制、海洋测量、石油勘探、海洋捕鱼、浮标建立、管道和电缆铺设、海岛暗礁定位、海轮进出港引航等方面作出贡献。
b)对飞机而言,它可以飞机进场着陆、航线导航、空中加油、武器准确投掷及空中交通管制等方面进行服务。
c)在陆地上,可用于各种车辆、坦克、陆军部队、炮兵、空降兵和步兵等的定位。
可用于大地测量、摄影测量、野外考察和勘探的定位。
d)甚至进入到人们的日常生活中,例如,汽车、旅游、探险、狩猎等方面的定位。
e)在空间技术方面,可以用于弹道导弹的引导和定位、空间飞行器的精密定轨等。
2.GLONASS
A)全球轨道导航卫星系统(GLONASS)是前苏联研制建立的,1978年开始研制,1982年10月开始发射导航卫星。
自1982年至1987年,共发射了27颗GLONASS试验卫星。
B)该系统与GPS系统极为相似,由24颗卫星组成卫星星座(21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星),均匀地分布在3个轨道平面内。
卫星高度为19100km,轨道倾角为64.8°
,卫星的运行周期为11时15分。
C)GLONASS是前苏联为满足授时、海陆空定位与导航、大地测量与制图、生态监测研究等建立的。
D)GLONASS提供两种导航信号:
标准精密导航信号(SP)和高精密导航信号(HP)。
3.ENSS及北斗导航系统
A)继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后,许多国家和地区都在尝试建立自己的卫星导航系统,其中最引人注意的是欧盟的欧洲导航卫星系统(ENSS)即伽利略计划。
该计划总的战略意图是:
1)建立一个高效经济的民用导航及定位系统;
2)使之具备欧洲运输业可以信赖的高度安全性,且确保任何未来系统完全置于欧洲人的控制之下。
B)欧盟在1999年2月首次提出"
伽利略"
计划。
计划分成四个阶段:
1)论证阶段,时间为2000年;
2)系统研制和在轨确认阶段,包括研制卫星及地面设施,系统在轨确认,时间为2001年至2005年;
3)星座布设阶段,包括制造和发射卫星,地面设施建设并投入使用,时间为2006年至2007年;
4)运营阶段,从2008年开始。
C)"
北斗导航系统"
是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统,此系统由二颗卫星、控制站和接收机组成,卫星编号分别为"
北斗一号"
和"
北斗二号"
,分别于2000年10月31日凌晨0时02分和2000年12月21日0时20分在西昌卫星发射中心发射升空,并准确进入预定轨道。
这标志着中国将拥有自主研制的第一代卫星导航定位系统。
"
是主动定位系统。
1)备用卫星于2003年5月25日发射。
2)定位精度可达数十纳秒的同步精度,与GPS相当。
3)北斗导航系统的用户设备容量是有限的。
GPS则是无限的。
4)是"
对中心控制系统的依赖性明显要大很多,因为定位解算在控制中心而不是由用户设备完成的。
为了弥补这种系统易损性,GPS正在发展星际横向数据链技术,使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行。
而"
系统从原理上排除了这种可能性,一旦中心控制系统受损,系统就不能继续工作了。
5)该系统的实时性比GPS稍差,原因是用户的定位申请要送回中心控制系统。
6)"
卫星导航系统也有一些自身的特点,其具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。
3GNSS的分类
1.按用户是否发射信号
A)无源系统
GPS、GLONASS都是属于被动式卫星导航系统。
由于用户不发射信号,所以隐蔽性好,且用户数量不受限制。
但卫星设备和用户设备都较复杂。
B)有源系统
用户设备要同时发射和接收信号,隐蔽性不好,但卫星设备和用户设备较简单。
2.按测量的参数分类
A)测距导航系统
1)可分为无源测距和有源测距
2)测距的方法有电磁波测距和激光测距两种。
激光测距比电磁波测距精确,但成本高,因而使用较少。
B)测距离差导航系统
C)卫星多普勒导航系统
D)测角导航系统
E)混合系统
3.按运行轨道高度分类
A)低轨道(近地轨道)900~2700km
B)中高轨道13000~20000km
C)同步轨道36000km
4.按是否连续定位分类
A)连续定位
B)间断定位
5.按工作区域分类
A)全球覆盖系统
B)区域覆盖系统(北斗导航卫星是区域覆盖系统,覆盖我国本土)
4GPS系统的组成
1.GPS卫星/空间部分
A)接收和存储由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令;
B)卫星上设有微处理机,进行部分必要的数据处理工作;
C)通过星载的高精度铷钟、铯钟产生基准信号和提供精密的时间标准;
D)向用户发送导航定位信号;
E)在地面监控站的指令下,通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。
2.地面监控系统/地面监控部分
A)在导航定位中,首先必须知道卫星的位置。
而位置是由卫星星历计算出来的。
地面监控系统测量和计算每颗卫星的星历,编辑成电文发送给卫星,然后由卫星实时地播送给用户。
这就是卫星提供的广播星历。
B)工作卫星的地面监控系统包括:
1个主控站、3个注入站和5个监测站
C)主控站拥有大型电子计算机,用作为主体的数据采集、计算、传输、诊断、编辑等设备。
它完成下列功能:
1)采集数据:
主控站采集各个监测站所测得的伪距和积分多普勒观测值、气象要素、卫星时钟和工作状态的数据,监测站自身的状态数据,以及海军水面兵器中心发来的参考星历。
2)编辑导航电文:
根据采集到的全部数据计算出每一颗卫星的星历、时钟改正数、状态数据以及大气改正数,并按一定的格式编辑为导航电文,传送到注入站。
3)诊断功能:
对整个地面支撑系统的协调工作进行诊断;
对卫星的健康状况进行诊断,并加以编码向用户指示
4)调整卫星:
根据所测的卫星轨道参数,及时将卫星调整到预定轨道,使其发挥正常作用。
而且还可以进行卫星调度,用备份卫星取代失效的工作卫星。
3.GPS接收机/用户部分
A)用户部分的组成是用户和接收设备。
B)接收设备主要是GPS信号接收机,也有其他设备。
C)美帝国主义施行所谓SA政策(选择可用性)。
1)粗码:
C/A码,精码:
P码
2)SA政策是一种人为引入误差的手段
3)SA政策的目的是使非特许用户不能获得高精度实时定位的方法
4)1991年7月1日开始实施,严重降低了工作卫星的定位精度
5)全世界人民日益高涨的正义呼声,使美国政府不得不于2000年5月1日宣布正式取消SA政策。
5GPS信号
1.GPS定位的基本观测量,是观测站(用户接收天线)至GPS卫星(信号发射天线)的距离(或称信号传播路径),它是通过测定卫星信号在该路径上的传播时间(时间延迟),或测定卫星载波信号相位在该路径上变化的周数(相位延迟)来导出的。
2.信号:
A)载波
B)测距码
1)P码(或Y码)
2)C/A码
C)数据码(或称D码):
导航电文
6GPS定位原理
1.基本原理
A)卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息,用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置、运动速度和时间信息。
B)静态定位和动态定位
1)静态定位:
在定位过程中,接收机的位置是固定的,处于静止状态。
这种静止状态是相对的。
2)动态定位:
在定位过程中,接收机天线处于运动状态。
C)绝对定位和相对定位
1)绝对定位(或单点定位):
独立确定待定点在坐标系中的绝对位置。
优点是一台接收机即可独立定位,但定位精度较差。
2)相对定位:
确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对位置的方法。
可以消除许多相同或相近的误差(如卫星钟、卫星星历、卫星信号传播误差等),定位精度较高。
但其缺点是外围组织实施较为困难,数据处理更为烦琐。
2.GPS动态测量
A)GPS动态测量,是用GPS信号实时地测得相对于地球运动的用户天线之状态参数。
B)导航
是引导飞机、船舶、车辆以及个人(总称作运载体)安全、准确地沿着选定的路线,准时到达目的地的一种手段。
导航是一种广义的动态定位,是通过测量运动载体的实时位置,以及运动载体的速度、时间和方位等状态参数,进而"
导引"
该运动载体准确地驶向预定的后续位置
C)动态定位的基本特点
1)用户多样性:
GPS信号接收机可以安设在地面车辆、水上船舰和航空航天器三大类型的运动载体上进行动态定位。
2)速度多异性
a)低动态定位:
运动速度为每秒几米到每秒几十米
b)中等动态定位:
运动速度为每秒100m至每秒1000m
c)高动态定位:
运动速度在每秒1km以上
3)定位实时性:
不少商业GPS信号接收机,都能够在零点几秒内测得一个点位。
4)数据短时性
对于动态定位而言,用户天线随着运动载体而相对于地球不停地运动着,它就不可能为一个点位花费较长的时间来采集定位数据,特别是在高动态定位场合,更要求以较短的时间(如亚秒级)来采集一个点位的定位数据,称之为定位数据的短时性。
5)精度要求多变性
D)GPS测速
3.差分GPS定位
A)在一个测站对两个目标的观测量、两个测站对一个目标的观测量、在一个测站对一个目标进行两次观测之间进行求差。
B)可消除公共误差,提高定位精度
7GPS的应用
1.GPS的最初用途
A)GPS最初就是为军方提供精确定位而建立的,至今它仍然由美国军方控制。
军用GPS产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标,给海中的军舰导航,为军用飞机提供位置和导航信息等。
2.GPS/GNSS系统应用广泛
A)可以进行海、空和陆地的导航,导弹的制导,大地测量和工程测量的精密定位,时间的传递和速度的测量等。
B)对于测绘领域,GNSS已经用于建立高精度的全国性的大地测量控制网,测定全球性的地球动态参数;
C)用于建立陆地海洋大地测量基准,进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘;
用于监测地球板块运动状态和地壳形变;
D)用于工程测量,成为建立城市与工程控制网的主要手段。
E)用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置,实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图,导致地理信息系统、全球环境遥感监测的技术革命。
F)GNSS系统的应用
1)在测绘领域中的应用
2)智能交通系统
3)在农业领域中的应用
4)在水利中的应用
5)在海洋石油勘探中的应用
6)在航空遥感与航空物探中的应用
7)民用微型嵌入式集成产品
8)在授时、测时领域中的应用
9)在城市管理中的应用
10)在建筑物形变监测中的应用
11)在军事领域中的应用
附大纲
1自然地理环境的基本规律
什么是自然地理环境(地球表层系统)?
地球表层系统的圈层结构:
包括哪些圈层?
地球表层系统的时间空间尺度:
特点及相关性
地球表层系统的驱动力:
3种
地球表层系统各圈层间的相互作用(了解)
自然地理环境的有关规律(概念及实例):
整体性规律
节律性规律(时间):
周期性、旋回性、阶段性节律
分异性规律(空间):
地带性、非地带性,垂直地带性、地方性
2对地观测科学、方法与应用(遥感)
2.1遥感原理
遥感、传感器、遥感平台(包括分类)、遥感地面站
遥感的分类:
主动遥感与被动遥感
电磁波:
电磁波谱
黑体
太阳辐射和地球辐射的分段性
大气对遥感过程的影响(太阳辐射),大气窗口
加色和减色法的三原色
传感器与成像原理:
分辨率:
空间、光谱、辐射分辨率
摄影成像、扫描成像传感器的类型:
光机扫描、推扫式
航空遥感平台(<
80km)、航天遥感平台(LANDSAT、SPOT)
微波遥感:
微波遥感的特点
微波传感器(主动、被动)
工作原理(了解)
由地形产生的几何畸变:
斑点噪声
雷达卫星平台(了解)
2.2图像处理与分析
数字图像
图像直方图
大气校正(概念)
几何校正(概念)
遥感图象几何畸变来源(了解)
遥感图象几何校正的原理
包括两个方面:
(1)象元坐标变换;
(2)象元灰度值重新计算(重采样)
图像的镶嵌
反差增强:
概念、原理
彩色增强:
真彩色、假彩色、伪彩色(密度分割)
密度分割(了解)
滤波:
?
平滑:
均值、中位数滤波
锐化:
边缘检测与增强(了解)
边缘增强:
减法平滑(锐化)(了解)
图象变换(概念、含义)
主成分分析(了解)
算术运算
植被指数
图像融合
图像分类:
计算机分类:
概念、原理
监督分类、非监督分类
分类训练区、检验区
位置精度、非位置精度
2.3遥感图象目视解译与应用:
概念、意义
原理
遥感影像解译标志
直接解译与间接解译标志
主要直接标志(8种)
一般原则
常用的解译方法
¨
直判法
对比法
邻比法
动态对比法
逻辑推理法
遥感应用
遥感应用过程
典型应用领域、典型应用实例
3地理信息系统
概述:
地理信息系统:
概念、组成、类型、特点
GIS基本功能:
数据采集
数据编辑
数据存储管理
查询与空间分析(决策支持)
制图与表达方式
地理信息的特点:
空间和非空间数据、关联
GIS数据来源及采集方法
空间地理信息的表示与制图(5种)(了解)
-------------------------------
空间数据
空间信息与地理空间(概念)
地图投影(概念)
空间数据结构(概念)
栅格结构、矢量结构(掌握)
及各自优缺点(了解)
空间数据质量(了解)
元数据
空间元数据
--------------------------------
空间数据管理与分析
空间数据的来源主要有四种渠道:
(了解)
数据转换:
各种交换格式数据(DXF/E00/MIF等)
遥感/GPS数据:
图象、GPS坐标点文件等
数字测量:
形成纸质地图或坐标点文件
已有纸质地图:
地图数字化
空间数据库:
及特点(了解)
空间分析:
空间查询:
类型(3种)
空间量算(了解)
缓冲区分析(掌握)
叠加分析(概念及类型)
网络分析(三个方面)
空间统计分析(了解)
空间插值(了解)
数字高程模型(数字地形模型)(含义)
空间建模与空间决策支持系统
空间分析实例
空间信息表现与制图(了解)
GIS应用实例
4GNSS导论
什么是全球定位导航系统?
目前有哪些主要系统?
GNSS分类:
有源、无源
区域、全球
。
GPS,GLONASS简况(多少颗卫星、几个轨道面?
)
伽利略导航计划:
ENSS
北斗导航系统:
概况、特点
北斗导航系统与GPS的比较
GPS系统组成:
3部分
GPS信号(了解)
美国的SA政策
GPS定位原理
静态定位和动态定位
绝对定位和相对定位
GPS动态测量
动态定位及基本特点
什么是导航
差分GPS定位
GNSS应用:
主要领域
地球科学概论之对地观测与地球信息学(II)
Hanza2007-01-08Page1of4
仅供参考Referenceonly