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★苏联研制，晚于GPS9年
系统组成：
空间卫星星座（铯原子钟）、地面控制、用户设备
不带任何限制和收费，可供国防和民间使用
系统缺点：
由于经费紧张，在轨卫星数较少，不足以精确定位
4、伽利略（GALILEO）系统
欧盟和欧洲空间局联合开发（实施计划未实现）
27+3颗卫星（2氢钟和2铷钟）；
欧洲的两个控制中心
系统特点：
①星座设计更加合理，可视卫星多，对导航定位精度的影响更小
②更多的载波频率和测距信号
③向用户提供完好性信息
④提供SAR（SearchAndRescue）搜救服务
⑤提供与外部增值服务的接口
⑥独立于GPS，但将于GPS/GLONASS系统兼容和相互操作
5、北斗导航定位系统：
我国自行研制的采用双星进行有源定位，可以全天候提供区域导航、定位、授时和通信等功能的卫星定位系统
空间部分（2+1颗卫星）、地面中心站、用户部分
服务区域：
东经70°
~145°
北纬5°
~55°
定位精度：
平面±
20m；
高程±
10m（精度较低且主要用于军事）
①卫星数量少、投资小，能实现一定区域的导航定位
②具备短信通信功能，可满足我国陆海空运输导航定位的要求
★系统缺点：
①不能覆盖两级地区，赤道附近定位精度差
②二维主动式测距（接受卫星信号，且发射应答信号），隐蔽性差
③用户不能自己处理观测数据，需要依靠地面空间站来计算
NNSS
GPS
GLONASS
GALILEO
卫星数
6
21+3
27+3
轨道数
6
3（等间隔椭圆）
3（圆轨道）
卫星周期
107min
11h58min
11h15min
14h21min
卫星高度/Km
1100
20180
19130
23616
轨道倾角
55°
64.8°
56°
卫星信号模式
CDMA
FAMA
一般定位精度
广播星历±
100m
50m
10m
精密定位精度
精密星历±
16m
1m
卫星射电频率L1
400
157519.03cm
1602~1616
卫星射电频率L2
150
122724.42cm
1246~1256
设计寿命/年
7.5
4.5
20
第二章：
坐标系统
★1、地球运动相关名词：
岁差：
地轴相对于空间的变化（周期26000年）
章动：
地轴方向相对于空间的变化（周期18.6年，振幅约为9.21’’）
极移：
地轴相对于地球本身相对位置变化，极移只影响地球坐标系
CIO：
国际协议原点：
地球自转轴瞬时位置的平均位置
日常变化：
地球自转速度变化
EOP：
地球定向参数：
描述地球自转运动规律的参数
ERP：
地球自转参数：
描述地球自转速度变化的参数和描述极移的参数
ITRS：
国际地球参考系统
IERS：
国际地球自转服务
2、坐标系统：
★定义坐标系统的要素：
原点位置、尺度、坐标轴指向、曲面物理参数（用于曲面坐标）
坐标系统应该是惯性系或相对惯性系
基准和坐标系两方面要素构成了完整的坐标参考系统
★坐标系统的实际确定：
（1）瞬时坐标系统：
以历元t的瞬时基准定义的。
特点：
变化大、不唯一
（2）平坐标系统：
经过对瞬间坐标系统进行一定改正后的某历元t的瞬间基准定义的
有变化规律，不唯一
（3）协议坐标系统：
约定的某瞬间坐标系统。
唯一
3、坐标系统之间的转换：
★包含方面：
基准和坐标系之间的转换
平面直角坐标系之间的转换：
4个参数
大地坐标系之间的转换：
9个参数
★空间直角坐标系的转换参数：
3个平移参数、3个旋转参数、一个尺度变化参数
★空间直角坐标系转换参数求法：
①利用公共点的两套坐标值通过最小二乘法计算转换参数
②利用基线向量求转换参数
★4、大地测量坐标系统：
（1）天球坐标系：
相对于空间固定，用于研究天体和人造卫星的定位与运动
（2）地球坐标系：
相对于地球固定，用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，随同地球自转，点位坐标不会随地球自转而变化
（3）轨道坐标系：
用于研究卫星在其运行轨道上的运动
★5、天球坐标系相关名词：
天球：
以地球质心M为中心，半径r为任意长度的一个假象球体
天轴：
地球自转轴的延伸直线为天轴
天极：
天轴与天球的交点为天极
天球赤道面：
通过地球质心M与天轴垂直的平面
天球赤道：
天球赤道面与天球相交的大圆
天球子午面：
包含天轴并通过地球上任一点的平面
天球子午圈：
天球子午面与天球相交的大圆
黄道：
地球公转轨道面与天球相交的大圆，即太阳在天球上的运动轨迹
黄赤交角：
黄道面与赤道面的夹角，约23.5°
黄极：
通过天球中心且垂直于黄道面的直线与天球的交点
春分点：
当太阳在黄道上，从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点
6、常用天球坐标系：
（1）时角赤道坐标系（赤纬、时角、地心向径）
（2）赤经赤道坐标系（赤纬、赤经、地心向径）
（3）天球地平坐标系（高度角、方位角、地心向径）
（4）空间直角坐标系：
天轴为Z轴
★7、卫星测量中常用坐标系：
（1）瞬时极天球坐标系：
以瞬时北天极和瞬时春分点为基准建立的天球坐标系
包括：
①瞬时空间直角坐标系；
②瞬时天球地平坐标系
③瞬时赤经赤道坐标系；
④瞬时时角赤道坐标系
（2）平天球坐标系：
通过对瞬时天球坐标系的岁差旋转变换、章动旋转变换来实现
（3）协议天球坐标系：
将瞬时极天球坐标系和平天球坐标系坐标转换中的观测历元t改为协议坐标系历元（2000年1月15日0时0分0秒）
★8、常用地球坐标系：
（1）地心空间直角坐标系（X、Y、Z）
（2）地心大地坐标系（B大地纬度、L大地经度、H大地高）
（3）站心地平坐标系（P1–xyz：
左手直角坐标系）或（P1-rAh：
极坐标系）
（4）站心赤道直角坐标系：
以测站点为原点，且与地心空间直角坐标系的坐标值相平行
9、
（1）瞬时极地球坐标系（以瞬时极为基准点）
特点：
由于极移影响，瞬时极地球坐标系随时间而变化，不便于描述地球上点的位置
（2）协议地球坐标系——平地球坐标系（以CIO为基准点）
（3）瞬时极天球坐标系（ct）与瞬时极地球坐标系（et）的坐标转换：
（二者只是x轴的指向不同，故只存在简单的旋转关系）
：
对应格林尼治平子午面的真春分点时角
★10、地球坐标系举例：
（1）54北京坐标系；
（2）80西安坐标系；
（3）2000国家坐标系
（4）WGS–84坐标系；
（5）PZ–90坐标系
时间系统
1、·
时间定义要素：
（1）原点；
（2）时间尺度（时间单位）
时间度量基准的要求：
周期运动、周期足够稳定、周期可复现和可观测
在同一瞬间，两地同一类地方时之差等于两地经度差
★2、时间系统的分类：
（1）世界时系统：
以地球自转运动为基准建立的时间系统
恒星时ST、太阳时（真太阳时、平太阳时、世界时）
（2）力学时系统：
以地球公转运动为基准建立的时间系统
地球力学时TDT、太阳系力学时TDB
（3）原子时系统：
以物质内部原子运动为基础
（4）其他：
UTC——协调世界时；
GPRT——GPS时间系统
3、恒星时：
★定义：
以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间系统
★恒星日：
春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日
起算时间：
春分点通过本地上子午圈的时刻
①地方性：
同一瞬间不同测站的恒星时时不同的，所以恒星时也成地方时
②由于岁差、章动的影响，春分点位置并不固定。
对于同一历元时刻，有真天极和平天极，相应的有真春分点和平春分点之分，因此，恒星时有真恒星时和平恒星时
4、真太阳时：
以真太阳为基本参考点，由其周日视运动确定的时间
★真太阳时：
真太阳连续两次经过某地的上子午圈（上中天）所经历的时间
★特点：
①不均匀性：
②地方性
（太阳周年视运动的不均匀性，是由地球绕太阳公转的不均匀性引起的。
再者，由于黄赤交角的存在，即使太阳在黄道上均匀运动，其在赤道上的投影也是不断变化的）
5、平太阳时（MT）：
★平太阳：
为弥补真太阳时不均匀缺陷而假象的一个太阳
★平太阳的特点：
①周年视运动周期与真太阳周年视运动周期相同
②周年视运动在赤道而不是黄道上，且在赤道上时匀速的
平太阳日：
以假象太阳为参考点，平太阳连续两次经过同一子午圈的时间间隔
1回归年=365.24平太阳日=366.24恒星日
①以平子夜开始：
MT=LAMT+12（平子夜与平正午差12小时）；
6、世界时UT：
以格林尼治平子夜为零时起算点的平太阳时
UT=GAMT+12（GAMT：
格林尼治平太阳时角）
UT0：
未经任何改正的世界时；
UT1：
经过极移改正的世界时；
UT2：
进一步经过地球自转速度的季节性改正后的世界时
7、原子时AT：
原子时秒：
铯原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631170周持续的时间
起算原点：
1958年1月1日0时0秒（AT＝UT2－0.0039s）
国际原子时：
IAT
8、协调世界时UTC：
定义：
采用原子时秒长，并用跳秒的方法使之于世界时UT1相接近
UTC=IAT–1s×
n（n：
调整参数，即跳秒数）
9、GPS时间系统GPST
采用原子时秒长，但起算时间为1980年1月6日UTC的0时
表述形式：
GPS周+GPS周内秒（0~604800秒）
GPST=IAT–19s；
GPST=（UTC+1s×
n）-19s
第三章：
卫星运动及卫星星历
1、卫星所受作用力分类：
（1）中心引力；
（2）摄动力
研究卫星运动的基本思想：
首先研究二体问题和卫星的无摄运动，再研究摄动力的影响
★2、卫星的无摄运动：
中心引力：
地球质心引力，即地球对卫星的引力
二体问题：
忽略所有摄动力，仅考虑中心引力的作用，研究卫星相对地球的运动
无摄运动：
二体问题下的卫星运动，即只考虑地球质心引力作用的卫星运动
★3、卫星的受摄运动：
摄动力：
非球形对称的地球引力场对卫星产生的非中心的引力（10-8量级）、日月引力、太阳辐射压力、地球潮汐作用力、大气阻力（均不超过10-5量级）
瞬时轨道（摄动轨道）：
卫星运动的真实轨道，即卫星在各种摄动力影响下的轨道
瞬时轨道参数：
卫星在地球质心引力和各种摄动力影响下的轨道参数
拉格朗日受摄运动方程：
只适用于保守力
牛顿受摄运动方程：
不受摄动力性质的影响
4、开普勒定律：
★开普勒运动：
卫星在地球引力场中的无摄运动，称开普勒运动
开普勒第一定律：
卫星运行的轨道是一个椭圆，且椭圆的一个焦点与地球质心O重合
开普勒第二定律：
卫星的向径在相同时间内扫过的面积相等
开普勒第三定律：
卫星周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方之比为常量
开普勒轨道方程：
n：
卫星平均角速度；
E：
偏近点角
t：
任意时刻；
τ：
卫星过近地点的时刻；
T：
卫星运动周期
★5、开普勒轨道参数：
（1）a：
轨道长半径
（2）e：
轨道椭圆扁心率
（这两个参数确定开普勒椭圆的形状和大小）
（3）Ω：
升交点赤经：
地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角
（4）i：
轨道面倾角：
卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角
（这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定位）
（5）ω：
近地点角距：
在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角
（该参数表达开普勒椭圆在轨道平面上的定向）
（6）V：
卫星真近点角：
在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距
（该参数为时间参数，确定卫星在轨道上的瞬时位置）
6、卫星星历：
描述卫星运动轨道信息的一组数据，即是一组对应某一刻的轨道参数及其变率
参考星历：
相应参考历元的卫星开普勒轨道参数
★预报星历（广播星历）：
优点：
可通过导航电文实时地得到卫星的预报星历
缺点：
精度较低，轨道误差约30m，GPS相对定位的主要误差来源
★后处理星历（精密卫星星历）
精度高；
不能实时
第四章：
导航电文和卫星信号
1、导航电文：
包含有关卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、卫星工作状态信息以及由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（D码），是用户用来定位和导航的数据基础
格式：
①二进制编码文件，按规定格式组成数据帧，按帧向外播发。
②基本单位是主帧；
一个主帧包括5个子帧；
每个子帧含有10个字码
③每个字码有30bit，即一个主帧含有1500bit；
传输速率为50bit/s，即一个子帧的播送时间为6s，一个主帧的传播时间为30s
④第4、5子帧（存放所有GPS卫星的历书数据）各有25页；
子帧1、2、3（存放该卫星的广播星历和卫星钟修正参数，每小时更新一次）和子帧4、5的每一页，均构成一个主帧
内容：
（1）遥测码（TLW）：
位于各子帧的开头字码
（2）转换码（HOW）：
位于每个子帧的第二个字码，主要功能是向用户提供用于捕获P码的Z计数
（3）第一数据块：
位于第一子帧的第3~10字码。
①时延差改正Tgd②时钟数据龄期AODC、
③星期序号WN④卫星时钟改正
（4）第二数据块：
位于第2和第3子帧的第3~10字码，是导航电文的核心部分
GPS卫星星历：
①6个开普勒轨道参数、
②9个轨道摄动参数；
③2个时间参数
（5）第三数据块：
位于第4和第5个子帧，内容包括所有GPS卫星的历书数据。
2、·
Z计数：
就是一个时间计数，它以从每星期起始时刻开始播发的D码（导航电文）子帧数为单位，给出了下一个子帧开始瞬间的GPS时间
GPS历书：
是指GPS卫星的概略星历、卫星钟的概略改正数及卫星工作状态信息等
★码（码序列）：
表达不同信息的二进制数及其组合
★码元：
在二进制中，一位二进制数叫做一个码元或一比特
★编码：
将各种信息，如声音、图像、文字等通过量化，并按照某种预定的规则，表示为二进制数的组合形式，这一过程称为编码
★数码率：
在二进制数字化信息的传输中，每秒钟传输的比特数。
单位bit/s
3、GPS卫星信号：
★三种信号分量：
载波、测距码、数据码
★载波：
L1载波：
C/A码、P码（或Y码）、数据码
L2载波：
P码（或Y码）、数据码
★4、·
C/A码（粗码）特点：
（1）码长很短，易于捕获；
（2）码元宽度较大，测距精度较低，故称为粗码
P（y）码（精码）的特点：
（1）P码的码长很长，不易捕获，通常是先捕获C/A码，再通过Z技术捕获P码
（2）码元宽度仅为C/A码的十分之一，测距精度高，故称精测码
（3）P码为军用
5、伪随机噪声码（PRN）：
★定义：
是一组具有良好的自相关特性、且按照某种确定的编码规则产生的具有一定周期、容易复制、取值0和1的二进制码序列
★产生原理：
产生于最长线性反馈移位寄存器
★m序列：
由最长线性反馈移位寄存器产生的码序列
★m序列特性：
（1）均衡性：
“1”和“0”的数目基本相等
（2）游程分布：
相同码元连在一起称为一个游程
（3）移位相加特性
（4）自相关函数：
（5）伪噪声特征
6、GPS接收机：
能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号的无线电接受设备
（1）天线单元、
（2）主机单元：
变频器及中频放大器、信号通道、存储器、微处理器、显示器
（3）电源
★分类：
（1）按接收机用途：
导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机
（2）按接受信号的频率：
单频接收机、双频接收机
（3）按信号通道类型：
多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用通道接收机
（4）按工作原理：
码相关型、平方型、混合型、集成接收机、软件接收机
（5）按能否从信号中提取导航电文：
有码接收机、无码接收机
（6）按测定测距码的类型：
C/A码接收机、P码接收机
7、GPS接收机的信号通道：
★概念：
GPS卫星信号经由天线进入接收机的“路径”
★作用：
分离接收到的不同卫星的信号，实现对各卫星信号的跟踪、处理和量测，获得定位所需要的数据和信息
类型：
（1）根据跟踪卫星信号的方式：
①序贯通道；
②多路复用通道；
③多通道
（2）根据通道工作的原理
①码相关型通道；
②平方型通道；
③码相位型通道
8、·
GPS/GLONASS集成接收机：
用一台接收机同时接受和测量GPS及GLONASS两种卫星信号，从而使世界上任意位置的陆、海、空用户，能够精确地测定其三维位置、三维速度和时间，甚至三维姿态参数，并确保它们达到稳定可靠的高精度
GPS/GLONASS的优点：
无“间隙时段”、全球连续精确导航
GPS软件接收机：
GPS软件接收机是软件无线电技术在GPS中的应用
软件无线电：
是指用可编程微处理器代替模拟或数字器件实现信号处理的大部分功能
★GPS卫星位置的计算（P48）
第五章：
GPS定位基本原理
1、GPS基本观测量：
（1）码相位观测量：
测码伪距
★码相位观测：
测量GPS卫星发射的测距码信号C/A码或P（Y）码达到用户接收机天线的传播时间，也成为时间延迟测量
传播时间包括的方面：
①卫星钟差：
卫星钟时间和标准GPS时间之间存在的差值
②接收机钟差：
接收机钟时间和标准GPS时之间的时间偏差
③电离层延迟引起的距离偏差
④对流层延迟引起的距离偏差
⑤相对论效应、多路径效应、地球固体潮影响、伪距的测量噪声等
（2）载波相位观测量：
测相位伪距
★测相位伪距：
GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差
测量精度比码相位测量的精度高
整周模糊度问题、周跳问题
载波重建：
进行载波相位测量以前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波，这一工作称重建载波
重建载波的方法：
码相关法、平方法
2、整周未知数的确定：
（1）伪距法：
在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位的实际观测值后即可得到整周未知数
（2）经典方法：
将整周未知数当做平差中的待定参数
①短基线定位时采用整数解、②长基线定位时采用实数解
（3）多普勒法（三差法）
（4）快速确定整周未知数法
3、整周跳变的修复：
★整周跳变：
在跟踪卫星过程中，由于某种原因，计数器无法连续计数，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不足一周的相位观测值仍是正确的。
这种现象称为周跳
整周跳变的修复方法：
①屏幕扫描法、②用高次差发现周跳、
③用多项式拟合法探测周跳、④双频观测值修复、
⑤在卫星间求差法、⑥根据平差后的残差发现和修复整周跳变
★4、GPS卫星定位的方法：
（1）依据定位所采用观测值的类型：
①伪距法定位、②载波相位测量定位、③差分GPS定位
（2）根据接收机的运动状态：
①静态定位、②动态定位
（3）按照参考点不同位置：
①绝对定位、②相对定位：
5、伪距法定位：
★伪距：
根据GPS接收机的码相位测量或载波相位测量，所确定的卫星至测站接收机的观测距离。
由于卫星钟、接收机钟的误差以及卫星信号经过电离层和对流层中的延迟影响，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离之间，不可避免地会存在一定差值，所以称其为“伪距”。
伪距法定位：
由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标
★6、绝对定位和相对定位：
绝对定位（单点定位）：
利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标原点——地球质心的绝对位置
相对定位：
用至少两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差），定位精度较高
7、GPS静态绝对定位：
概念：
接收机天线处于静止状态下，确定观测站坐标的方法称为静态绝对定位法
只需一台GPS接收机即可实现独立定位，方便野外作业；
数据处理也较简单
精度较低
分类：
①测码伪距静态绝对定位、②测相位伪距静态绝对定位
★绝对定位的精度评价：
（1）平面位置精度因子HDOP及其平面位置精度
（2）高程精度因子VDOP及其高程精度
（3）空间位置精度因子PDOP及其三维定位精度
（4）接收机钟差精度因子TDOP及其钟差精度
（5）几何精度因子GDOP及其三维位置和时间误差综合影响的中误差
8、GPS静态相对定位：
采用两台GPS接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，确定基线端点的相对位置或基线向量（坐标差）。
在相对定位中需要给出多个观测站中至少一个的坐标值作为基准，来推算其他各站点的坐标值
优点
升级会员 