第九章 GPS衛(wèi)星定位技術 9.1 GPS定位概述 1957年 10月，世界上（前蘇聯）第一顆人造 地球衛(wèi)星發(fā)射成功，標志著空間科學技術的發(fā)展 跨入了一個嶄新的時代。隨著人造地球衛(wèi)星的不 斷發(fā)射，利用衛(wèi)星進行定位測量已成為現實。 第一階段： 衛(wèi)星僅作為觀測目標 第二階段： 多普勒衛(wèi)星定位 第三階段： GPS定位系統(tǒng) GPS全球定位系統(tǒng)的建立 1973年 12月，美國國防部出于軍事戰(zhàn)略的考 慮，建立了全球定位系統(tǒng)（ GPS）。 全球定位系統(tǒng)（ GPS）計劃經歷了以下 三個 階段： 19741978年 方案論證 19791987年 系統(tǒng)論證 19881993年 生產實驗 GLONASS全球導航衛(wèi)星系統(tǒng) : 起步比 GPS晚 9年 （ 1982年）， 1996年 1 月 18日整個系統(tǒng)正常運 行。 GLONASS系統(tǒng)在 系統(tǒng)組成和工作原理上 與 GPS類似，也是有空 間衛(wèi)星星座、地面控制 和用戶設備三大部分組 成。系統(tǒng)可供國防和民 用，不帶任何限制，也 不計劃對用戶收費。 GLONASS衛(wèi)星星座 GLO NASS 衛(wèi) 星 伽利略 GNSS系統(tǒng)： 1994年開始，歐盟對系統(tǒng)方案論證。 2002年 3月， 歐盟 15國交通部長一致同意該系統(tǒng)的建設，計劃 2008年 完成系統(tǒng)部署并投入 使用。 GNSS系統(tǒng)的主要設計 思想 ：與 GPS/GLONASS 不同，完全從民用出發(fā)； 可與 GPS/GLONASS系 統(tǒng)有機的兼容；有償的 對民用開放（商用）， 高精度。 雙星導航定位系統(tǒng)（北斗一號）： 空間部分 GPS衛(wèi)星星座 三大部分 地面控制部分 地面監(jiān)控系統(tǒng) 用戶設備部分 GPS信號接收機 9.2 GPS系統(tǒng)組成 用戶部分 主控站 空間部分 地面控制部分 衛(wèi)星星座的基本參數： 21+3顆衛(wèi)星， 6個 軌道面，衛(wèi)星高度 20200km，軌道傾 角 55度，衛(wèi)星運行 周期 11小時 58分（恒 星時 12小時），載波 頻率為 1575.42和 1227.60MHz。 GPS工作衛(wèi)星及其星座 GPS衛(wèi)星 各種車載型： 用戶設備部分 GPS信號接收機 各種手持機： 一體機： GJS300 靜態(tài)接收機 F30靜態(tài) 接收機 Smart3100IS傻瓜型 徠卡 GPS1200 南方測繪 S808 天測 Ashtech 藍牙接收機： “天目領航”汽車衛(wèi)星定位導航系統(tǒng) 9800 天王星海洋水上測量系統(tǒng) (RTK) 返回 9.3 GPS特點及應用 （ 1） 定位精度高 GPS相對定位精度在 50km以內可達 10-6 , 100500km可達 10-7， 1000km以上可達 10-9。 一、 GPS系統(tǒng)的特點 （ 2） 觀測時間短 20km以內的相對靜態(tài)定位，僅需 1520 分鐘；速靜態(tài)定位時，流動站距基準站 15km 以內時，流動站觀測僅需 1520分鐘；動態(tài) 定位僅需幾秒鐘。 （ 3） 測站間無需通視 只需測站上空開闊即可，布點靈活。 （ 4） 可提供三維坐標 經典大地測量將平面與高程分別施測， GPS可同 時測定點的三維坐標。 （ 5） 操作簡便 隨著接收機的不斷改進，有的已達 “ 傻瓜化 ” 。 （ 6） 全天候作業(yè) 可在一天 24小時內任何時間進行。 （ 7） 功能多、應用廣 “ GPS的應用僅受到人們想象力的限制！ ” 1、 GPS系統(tǒng)用途廣泛 導航方面、軍事方面、測量方面、地球動力學 研究方面、氣象、交通管理、農林種植方面等等。 2、 多元化空間資源環(huán)境的出現 目前， GPS， GLONASS， INMARSAT等系統(tǒng)都具 備了導航定位的功能，形成了多元化的空間資源環(huán) 境。到 2010年， GNSS純屬民間系統(tǒng)建成， GPS/GLONASS/GNSS將成為國際共有、國際共享的 安全資源環(huán)境。 二、 GPS系統(tǒng)的應用前景 3、 GPS技術的最新進展 GPS技術的最新進展代表了全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 的主要發(fā)長方向，目前主要表現為衛(wèi)星系統(tǒng)、定位方 法和接收機三個方面的迅速發(fā)展。 （ 1） GPS現代化計劃 實質：保護、阻止、改善 （ 2）精密單點定位技術 （ 3）網絡 RTK定位技術 4、 發(fā)展 GPS產業(yè) 今后 GPS將像目前汽車、無線電通信等一樣形 成產業(yè)化。 5、 GPS的應用將進入人們的日常生活 盡管目前大多數人還不知道什么是 GPS，但有人 預言， GPS將改變我們的生活方式。 GPS就像移動電 話、傳真機、計算機互聯網對我們的生活的影響一 樣，人們日常生活將離不開它。 9.4 定位原理及作業(yè)模式 衛(wèi)星定位的基本原理 1、 衛(wèi)星的位置 1 2 3 S P1 P2 P3 原理 ： 根據地面已知點的 坐標，用空間距離前方 交會的方法，求出衛(wèi)星 的在軌位置。 1 2 3 S1 S2 S3 P 原理 ：根據空中衛(wèi)星的已知 坐標，用空間距離 后方交會的方法， 求出測站點的位置。 2、 測站的位置 1靜態(tài)定位模式 1 2 3 4 5 6 7 定位原理及作業(yè)模式 2實時動態(tài)測量 RTK 思考 與傳統(tǒng)測量相比， GPS基線觀測向量需要 哪些改化和計算！