GPS测量原理及应用-绪论_精品文档.ppt

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GPS原理及其数据处理WhatisGPS?

全球定位系统（Globlepositionsystem）英文全称:

NAVigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem（导航星测时与测距全球定位系统），简称GPS，有时也被称作NAVSTARGPS。

GPS是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航高精度导航和定定位位的要求而建立的。

WhatisGPS?

根据Wooden1985年所给出的定义：

NAVSTAR全球定位系统（GPS）是一个空基空基全天候导航系统全天候导航系统，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通用参照系中的位置、速度和时间位置、速度和时间信息的要求。

HOWDOESITWORK?

导航型GPS接收机GPSRTK主要内容一.导引GPS定位技术的兴起及其特点、GPS的组成、GPS在国民经济建设中的应用二.GPS定位的坐标系统与时间系统坐标系的类型、天球坐标系、地球坐标系、WGS84坐标系主要内容三.卫星运动的基础知识以及GPS卫星星历四.GPS卫星信号导航电文、卫星信号、卫星位置、GPS接收机五.GPS定位基本原理伪距测量、载波相位测量、绝对定位、相对定位主要内容六.GPS卫星导航GPS卫星导航原理、测时、测速、测姿态七.GPS测量的误差来源与信号传播有关的误差、与卫星有关的误差、与接收机有关的误差八.GPS测量的设计与实施GPS网的设计、选点埋石、观测、作业模式、数据处理等主要内容九.GPS测量数据处理基线向量的解算、定位成果的坐标转换、平差等十、GPS高程测量第一章绪论1卫星定位系统的发展先前导航系统无线电导航系统无线电导航系统天文导航系统天文导航系统惯性导航系统惯性导航系统1卫星定位系统的发展无线电导航系统无线电导航系统无线电导航始于二十年代。

无线电导航定位系统根据使用的工作频率、定位方式可建立不同的实际系统。

最早的系统只简单地以一个装有环形天线的无线电接收机来确定无线电信号传来的方向和发报机的相对方位。

后来，一些系统开始利用地面发报机来发送显示发送方向的调制信号，另一些系统则可以确定方向和/或从导航设备到发射机的距离。

如:

罗兰-C,Omega（奥米加）1卫星定位系统的发展1卫星定位系统的发展无线电导航的主要缺点：

信号覆盖区域有限，无法实现全球性的陆海空导航。

即使在同一个地区也要建立多个无线电发射台才能实施导航。

定位精度比较低，难以适应现代航海、航空和陆地车辆的导航定位需要。

（Omega奥米加的定位精度是3.7km7.4km）1卫星定位系统的发展天文导航系统天文导航系统天文导航系统是以天空中的星体作为导航台，星光作为导航信号的测角定位系统。

1卫星定位系统的发展天文导航系统的缺点：

天文导航系统虽然覆盖的工作区域很大，但由于距离较远，对于测角系统的要求比较严格，因此定位精度不高，且可见光的传播受气象影响。

1卫星定位系统的发展惯性导航系统惯性导航系统（INS）是通过测量飞行器的加速度，进行二次积分来推算出飞行器的位置。

INS可以引导导弹的飞行，它包括一个加速计和陀螺仪，来测量位置和高度的变化。

1卫星定位系统的发展惯性导航系统的优缺点：

它具有隐蔽性好，抗干扰性强，数据更新率高的特点，其中最重要的优点是不受敌方干扰的影响。

但由于INS基本上是航位推算型系统，其定位精度随时间加长而降低，因此需要不断地修正。

2常规（地面）定位方法常规（地面）定位方法2常规（地面）定位方法常规（地面）定位方法定位：

定位：

确定点在某一坐标系中的位置相关的英语单词PositioningLocationOrientationNavigationGuidanceTracking2常规（地面）定位方法常规（地面）定位方法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2常规（地面）定位方法常规（地面）定位方法近现代的常规定位方法采用的仪器设备采用的仪器设备尺：

铟钢尺尺：

铟钢尺光学仪器：

经纬仪，水准仪光学仪器：

经纬仪，水准仪激光和红外仪器：

测距仪激光和红外仪器：

测距仪综合多种技术的仪器：

全站仪综合多种技术的仪器：

全站仪无线电、微波仪器：

无线电、微波仪器：

Loran-C，雷达，雷达观测方法观测方法角度或方向观测角度或方向观测距离观测距离观测距离差观测距离差观测2常规（地面）定位方法常规（地面）定位方法常规（地面）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3GPS技术的兴起及其特点1957年10月4日第一颗人造卫星SputnikI发射成功。

1958年12月开始设计NNSS（NavyNavigationSatelliteSystem）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。

TRANSIT系统系统卫星：

卫星：

6颗颗（1.5h间隔间隔）极地轨道：

极地轨道：

3轨道高度：

轨道高度：

1100km信号频率：

信号频率：

400MHz、150MHz绝对定位精度：

绝对定位精度：

3-5m相对定位精度：

相对定位精度：

1m定位原理：

多普勒定位定位原理：

多普勒定位存在问题：

卫星少，无法实现实时存在问题：

卫星少，无法实现实时定位；轨道低，难以精密定轨；频定位；轨道低，难以精密定轨；频率低，难以消除电离层影响。

率低，难以消除电离层影响。

3GPS技术的兴起及其特点子午卫星导航系统的作用：

1.卫星作为动态已知点参与导航解算，开创了星基无线电导航的新时代2.全球用户只要“看见”卫星，便能作导航定位测量，实现全球卫星导航3.开创了卫星大地测量的新时代3GPS技术的兴起及其特点子午卫星导航系统的不足：

卫星少，不能实现连续的导航定位轨道低，难以实现精密定轨频率低，难以补偿电离层效应的影响3GPS技术的兴起及其特点1973年12月，美国国防部批准研制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。

3GPS技术的兴起及其特点1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。

1992年，IGS成立。

（InternationalGPSService，国际GPS服务机构）1995年7月17日，GPS达到FOC完全运行能力（FullOperationalCapability）。

1999年1月25日，美国副总统戈尔宣布，将斥资40亿美圆，进行GPS现代化。

1999年8月21/22日子夜，GPS发生GPS周结束翻转问题。

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。

3GPS技术的兴起及其特点GPS发展的四个阶段方案论证（1973-1979）系统论证工程研制（1980-1989）生产实验生产作业（1990-1999）GPS现代化（2000-2030）3GPS技术的兴起及其特点1.GPS系统的概念构思和分析测试阶段（1973-1979）这一阶段是提出GPS的系统构成方案，验证其可行性。

为此目的，美国国防部组建了项目联合办公室来进行具体实施工作，划拨1亿美元进行4颗试验卫星的研制和发射（实际发射3颗卫星，1974、1977年各发射一颗概念验证卫星用于验证GPS原理上的可行性，1978年发射第一颗组网试验卫星BlockI）、3种类型GPS接收机的研制、1处卫星地面控制设施的建立以及大量的测试项目。

3GPS技术的兴起及其特点2.GPS系统发展建设阶段（1980-1989）这一阶段完成的主要工作是发射了11颗组网试验卫星BlockI（其中有一颗发射失败）和1颗工作卫星BlockII、进一步完善了地面监控系统、发展了GPS用户接收机，1984年测量领域成为第一个GPS商用用户领域。

在这一阶段，GPS也经历了一些曲折，首先是受到19811986年削减5亿美元预算经费的影响，只好将计划预定的卫星星座由24颗减少为18颗（1988年3月又重新改回到24颗卫星的星座方案），其次受到挑战者号航天飞机失事影响，GPS工作卫星BlockII的发射推迟了24个月（BlockII原计划采用挑战者号航天飞机将卫星送入轨道）。

3GPS技术的兴起及其特点3.GPS系统建成并进入完全运作能力阶段（1990-1999）这一阶段GPS系统建设和应用都得到了迅猛发展，发射了多颗BlockII和BlockIIA卫星，1993年实现24颗在轨卫星的满星座运行，达到初始操作能力（IOC），即满足标准定位服务（SPS）的要求，可以为民用用户提供全球性的、连续的定位服务，定位精度为100米。

1995年实现完全操作能力（FOC），即完全实现了军用目的的精密定位服务（PPS），定位精度为10米。

3GPS技术的兴起及其特点4.GPS现代化计划更新阶段（2000-2030）根据1996年美国的总统决定建立了国防部和交通部组成的联合管理GPS事务局（IGEB），在IGEB的主持下于1997、1998年期间讨论了增加GPS民用信号，从而改进民用和商用目的的GPS状况，并与空军已经开始的计划相结合，形成了更新GPS运行要求的文献ORD（OperationalRequirementsDocument），其内容即为目前的GPS现代化计划，其具体实施是以2000年5月2日取消SA政策为标志。

GPS现代化的主要目的有三点：

保护美国及其盟军的军用服务，防止敌方使用，保持并增强民用服务。

3GPS技术的兴起及其特点GPS的特点：

1.GPS相对于其他导航系统的特点：

全球地面连续覆盖功能多，精度高实时定位应用广泛3GPS技术的兴起及其特点GPS相对于经典测量技术的特点观测站之间无需通视定位精度高观测时间短提供三维坐标操作简便全天候作业4其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统GLONASS（俄）（俄）Galileo（欧）（欧）北斗导航系统北斗导航系统（中）（中）4其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统1.GLONASS卫星导航系统全球轨道导航卫星系统（GlobalOrbitingNavigationSatelliteSystem，GlobalnayaNavigatsionnayaSputnikovayaSistema,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。

它由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。

GLONASS卫星的这种空间配置，保证地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测5颗卫星。

4其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统4其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统2.Galileo-ENSS简介（欧盟）简介（欧盟）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：

建立一个高效经济的民用导航及定位系统；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；该系统的实施将为欧洲工业进军正在兴起的卫星导航市场的各个方面提供一个良好机会，使他们能够站在一个合理的基础上公平竞争。

4其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统要实现的主要目标：

要实现的主要目标：

时间安排：

将在2005-2015年的时间段内使用（EGNOS的下一代）；成本核算：

低于1.3-1.7BECU（十亿欧币），大约相当于安装和运行现有欧洲民用导航系统10年时间的费区域系统：

服务区域是欧洲民航会议（ECAC）涉及区域；国际控制：

该系统完全自主，致力于民用，由国际