2017年全站仪及GPS使用总复习

1、 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS在各个领域中的应用第一章绪 论请大家说说你目前知道的GPS有哪些相关信息？看看它曾经为我们做过什么第一页，共42页。1.1 全球定位系统的产生、发展及前景第二页，共42页。 古代大地测量 经典大地测量 现代大地测量测量技术的发展 中国大地测量源于距今近5000年的原始社会末期的三皇五帝时代。几千年来，中国大地测量经历了从步量、丈量到立杆测影、仪器观测的发展过程距今2000年的西汉时期，发明了浑天仪，开始了使用仪器测量地面点地理坐标的新阶段。 十七世纪初，人们使用三角测量方法，测量工具也不断进步，光学测量仪器开始在测量领域应用随着仪器的不断进步，电子经纬仪

2、，电子水准仪，全站仪，GPS等仪器的出现，带来了大地测量的革命性变革第三页，共42页。近、现代的常规定位方法采用的仪器设备尺：铟钢尺光学仪器：经纬仪，水准仪电磁波或激光仪器：测距仪综合多种技术的仪器：全站仪观测值角度或方向观测距离观测天文观测方法常规（地面）定位方法绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 常规（地面）定位方法第四页，共42页。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：无用的中间过渡点受系统误差影响大，如地球旁折光难以确定地心坐标常规定位方法的局限性绪论 全

3、球定位系统的产生、发展及前景 常规（地面）定位方法的局限性第五页，共42页。GPS的英文全称是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。什么是GPS？其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定位系统。绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 什么是全球定位系统第六页，共42页。建立国家美国目的在全球范围内，提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务开始筹建时间1973年完全建成时间1995年GPS概述绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS概述第七页，共4

4、2页。系统构成空间部分、地面控制部分、用户部分服务方式通过由多颗卫星所组成的卫星星座提供导航定位服务定位原理距离交会测距原理被动式电磁波测距特点全球覆盖、全天候、不间断、精度高GPS概述绪论绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS概述第八页，共42页。1960年4月13日，美国定位卫星“子午仪1B”号成功发射。这是“子午仪计划”中的第一颗卫星，揭开了卫星全球定位的篇章，也为后来的GPS系统奠定了基石。第九页，共42页。系统简介NNSS Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统）采用利

5、用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统美国研制、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用子午卫星系统及其局限性子午卫星子午卫星星座绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 子午卫星系统及其局限性第十页，共42页。系统组成空间部分卫星：发送导航定位信号（信号：星历）卫星星座 由6颗卫星构成，6轨道面，轨道高度1075km地面控制部分包括：跟踪站、计算中心、注入站、控制中心和海军天文台用户部分多普勒接收机子午卫星系统及其局限性大地测量多普勒接收机 - 1（MX1502）大地测量多普勒接收机 - 2（CMA751）绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 子午卫星系统及其局限性第十一页，共4

6、2页。应用领域海上船舶的定位大地测量精度单点定位：15次合格卫星通过（两次通过之间的时间间隔为0.8h 1.6h），精度约为30-40m联测定位： 各站共同观测17次合格卫星通过，精度约为0.5m子午卫星系统及其局限性多普勒联测定位多普勒单点定位绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 子午卫星系统及其局限性第十二页，共42页。系统缺陷卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务导航定位精度低卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响卫星轨道低，难以进行精密定轨子午卫星系统及其局限性TRANSIT系统卫星：6颗极地轨道轨道高度：1075km信号频率：400MHz、150MHz绝对定位

7、精度：1m相对定位精度：0.1m0.5m定位原理：多普勒定位存在问题：卫星少，无法实现实时定位；轨道低，难以精密定轨；频率低，难以消除电离层影响。绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 子午卫星系统及其局限性第十三页，共42页。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。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 GPS的发展简史方案论证阶段 绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS的发展简史第十四页，共42页。从1979年到1987年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS

8、定位精度远远超过设计标准。 GPS的发展简史全面研制和试验阶段 绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS的发展简史第十五页，共42页。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年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 1995年7月17日，GPS达到FOC 完全运行能力（Full Operational Capability）。GPS的发展简史实用组网阶段 绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS的发展简史第十六页，共42页。1.2 GPS在各个领域中的应用第十七页，共42页

9、。GPS在军事中的应用GPS导航的舰载飞弹 配备GPS的士兵 美国海军核潜艇 绪论 GPS在各个领域中的应用第十八页，共42页。GPS在交通运输业中的应用航运、航空搜索陆路交通（车辆导航、监控）船舶远洋导航和进港引水绪论 GPS在各个领域中的应用第十九页，共42页。建立和维持全球性的参考框架GPS在测量中的应用绪论 GPS在各个领域中的应用第二十页，共42页。板块运动和监测GPS在测量中的应用绪论 GPS在各个领域中的应用第二十一页，共42页。建立各级国家平面控制网GPS在测量中的应用绪论 GPS在各个领域中的应用第二十二页，共42页。GPS在测量中的应用布设城市控制网、工程测量控制网，进行各

10、种工程测量绪论 GPS在各个领域中的应用第二十三页，共42页。在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用GPS在测量中的应用绪论 GPS在各个领域中的应用第二十四页，共42页。精细农业遥感卫星定轨资源勘探个人旅游及野外探险电力、广播、电视、通讯等网络的时间同步、时间传递看看视频呀GPS在其他领域中的应用绪论 GPS在各个领域中的应用第二十五页，共42页。1.3其他卫星导航定位系统的概况第二十六页，共42页。GLONASS Global Navigation Satellite System（全球导航卫星系统）开发者俄罗斯（前苏联）系统构成卫星星座地面控制部分用户设备其它卫星导航定位系统GLON

11、ASS绪论 其它卫星导航定位系统 GLONASS第二十七页，共42页。GLONASS constellationGLONASS satelliteP24绪论 其它卫星导航定位系统 GLONASS其它卫星导航定位系统GLONASS第二十八页，共42页。GLONASS与GPS的比较 绪论 其它卫星导航定位系统 GLONASSGLONASSGPS目前在轨卫星：23颗目前在轨卫星：30颗可供军方和民用，无限制可供军方和民用，有限制提供全球范围内的定位服务提供全球范围内的定位服务还无法作为一个完整的系统进行营运已经比较成熟的全球范围内营运系统坐标系：苏联地心坐标系（PE-90）坐标系：世界大地坐标系（W

12、GS-84）时间标准：莫斯科标准时相关联时间标准：世界协调时相关联第二十九页，共42页。 卫星运行状况从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起，至1995年12月14日共发射了73颗卫星。由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统不能维持正常工作。截至目前（2012年2月）有24颗运行卫星，4颗备用卫星和1颗测试卫星，开始发挥导航定位功能。其它卫星导航定位系统GLONASS绪论 其它卫星导航定位系统 GLONASS第三十页，共42页。伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统为了改变卫星定位服务的垄断局面，欧盟计划投入32.5亿欧元，服务范围覆

13、盖全球，提供导航、定位、时间、通信等项服务。2002年3月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统 Galileo系统。Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，后两种服务则需经过批准后才能使用。其它卫星导航定位系统Galileo绪论 其它卫星导航定位系统 Galileo第三十一页，共42页。the Galileo satellite constellation P26其它卫星导航定位系统Galileo绪论 其它卫星导航定位系统 Galileo第三十二页，共42页。GIOVE A GIOVE B t

14、he GIOVE SatelliteP29GIOVE的主要目标: 频率信号测试； 验证一些关键技术（比如铷原子钟、氢原子钟）； 轨道环境特征测试； 并行2或3通道信号传输测试。其它卫星导航定位系统Galileo绪论 其它卫星导航定位系统 Galileo第三十三页，共42页。GalileoGPS多星定位：30颗在轨，27颗工作多星定位：30颗在轨，24颗工作地面或近地定位精度比GPS高10倍信号中继：使用移动通信网中继无此功能民用系统军用和民用可接受GPS，GLONASS,GALILEO三系统的数据接收GPS数据GALILEO与GPS的比较 绪论 其它卫星导航定位系统 Galileo第三十四页，

15、共42页。“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划：第一步是试验阶段，2000年建成了北斗卫星导航试验系统，即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号”区域系统）；第三步是到2020年，建成由5颗静止轨道和30颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。北斗卫星导航系统第三十五页，共42页。我国自行研制的两颗北斗导航试验卫星于2000年从西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步轨道此外另一颗备用卫星也被

16、送入预定轨道，标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航系统“北斗一号”BD1。“北斗一号”具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。 北斗卫星导航系统-建设第一步绪论 其它卫星导航定位系统 北斗卫星导航系统 第三十六页，共42页。北斗1代卫星导航系统组成图P32“北斗卫星导航系统”系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成。空间部分包括两颗地球同步轨道卫星（GEO）组成。卫星上带有信号转发装置，完成地面控制中心站和用户终端之间的双向无线电信号的中继任务。北斗卫星导航系统-建设第一步绪论 其它卫星导航定

17、位系统 北斗卫星导航系统 第三十七页，共42页。到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号”区域系统）；北斗2.flv北斗卫星导航系统-建设第二步绪论 其它卫星导航定位系统 北斗卫星定位系统第三十八页，共42页。北斗卫星导航系统-建设第二步绪论 其它卫星导航定位系统 北斗卫星定位系统第三十九页，共42页。北斗GPS双星星定位：3颗在轨，2颗工作多星定位：30颗在轨，24颗工作区域性导航全球性导航主动式定位被动式定位三维坐标定位精度：几十米510m无加密加密北斗卫星导航系统与GPS的比较 绪论 其它卫星导航定位系统 北斗卫星定位系统第四十页，共42页。与GPS系统不同，所有用户终端位置的计算都是在地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗终端用户机的位置及时间信息。同时，地面控制中心站还负责整个系