GS原理与应用第一章

GPS原理及应用05级地信专业王宇明电话：235401051全球定位系统（GPS）

NavigationSystemTimeandRanging/GlobalPositioningSystem

NAVSTAR/GPS

三维位置（经度、纬度、高度）三维速度时间根据Wooden1985年所给出的定义：NAVSTAR全球定位系统（GPS）是一个空基全天侯导航系统，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中的位置、速度和时间信息的要求。6/29/20232内容提要一、概述（1）二、坐标系统和时间系统（2）三、卫星运动基础及GPS卫星星历（3）四、GPS卫星的导航电文和卫星信号（4）五、GPS卫星定位基本原理（4，5，6，7）六、GPS卫星导航（8）七、GPS测量的误差来源及其影响（9，10）八、GPS测量的设计与实施（11）九、GPS测量数据处理（12）十、GPS应用（13）6/29/20233课程要求及考核

课程的要求基本概念的掌握知识面的拓展课程成绩理论考试70％，平时成绩（考勤,作业和问答）30％主要考核基本概念和基本知识考核包括简单的计算，无公式推导考试范围为课程的讲授范围17周上复习课，18周考试6/29/20234参考文献

1.周忠谟等，GPS卫星测量原理与应用，

测绘出版社，19972.徐绍铨等，GPS测量原理及应用，武汉大学出版社，20033.刘基余，GPS卫星导航定位原理与方法，

科学出版社，20034.李征航，空间定位技术及应用，

武汉大学出版社，20031.B.Hofmann-Wellenhof,H.Lichtenegger,J.Collins,GlobalPositioningSystemTheoryandPractice,Fourth,revisededition,Springer-Verlag/Wien,1997.2.GPSforGeodesy,2nded.,Springer-Verlag,NewYork,1998.6/29/20235第一章概论GPS的发展与由来GPS的特点GPS的组成美国政府的GPS政策（限制）非特许用户的对策（反限制）6/29/20236卫星定位技术产生的必然性

提供精确的地心坐标的需要提供全球统一的坐标的需要长距离高精度定位的需要全天候、快速、精确、简便定位方式的需要6/29/202371957年10月4日前苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星；美国海军武器实验室利用多普勒频移原理于1967年7月建成了海军导航卫星定位系统（NavyNavigationSatelliteSystem-NNSS）即TRANSIT（子午卫星系统，卫星轨道通过地极）；GPS的发展与由来6/29/20238TRANSIT系统卫星：6颗极地轨道轨道高度：1100km信号频率：400MHz、150MHz卫星通过时间间隔：~100min，有时达到10h绝对定位精度：1m相对定位精度：0.1m~0.5m定位原理：多普勒定位6/29/20239子午喊卫星瞒导航谱系统迎存在卧什么升问题请？GP傅S的发茫展与矮由来横（续肢）6/孩26沈/2议02岸310TR革AN融SI森T顾（子羽午卫底星系供统）缺点始：卫星携数小钻：5耀~6枪颗，无良法实帅现连师续导泛航定都位；高度套低：验10培00部km，难颠以精叠密定月轨；一次心定位妇所需作时间抹过长（1姿.5熊h）频率魄低，威难以超消除笔电离和层影绕响。因而资，满宇足不画了军蚕事需往要。GP轻S的发饶展与塘由来介（续吓）6/饥26给/2滋02抬311美国商国防急部从寨19灭73边年开常始筹良建GP告S，整个GP墙S系统惑于1傍99累4年绵3月胀全部夫建成者。GP渣S系统租是2凶0世州纪空踏间技至术上蒜最重冠大的墓成就岂之一勉。GP等S的发批展与潮由来弯（续刘）6/谁26财/2臭02垦3122.欧G豆PS情组准成空间汪卫星箩部分24链颗卫连星耐6个递轨道轨道予高度鸡20忙20症0KM运行糟周期犹11戒小时民58形分地面诉监控伤部分监测酸站透主名控站新注入茎站用户老设备害部分GP般S接收遭机壤天章线汽硬旦件罩软蒜件包6/励26找/2讨02笨3132.欠G嫂PS凭组喊成（煌续）GP物S卫溜星的冲发展齐可分驳为五宾个阶正段：Bl男oc古kⅠBl渣oc刺kⅡ切、B志lo礼ck批ⅡABl集oc见kⅡ荒R、洗B耗lo良ck响ⅡFGP却S空才间卫以星部厕分6/泛26得/2馆02蜓314GP台S卫多星星眼座设计溉星座许(2码1+迅3)核：据21絮颗正撞式的许工作竭卫星旺+3优颗活仁动的慰备用旋卫星6个肾轨道坐面，花平均弯轨道链高度馒20役20辅0km惜，轨道貌倾角勤55，周屡期1比1h兆58她mi庭n（地球搜-卫更星的屋几何泊关系攻每天攻提前浩4mi氧n重复伯一次千）保证崇在2丘4小波时，载在高拥度角负15°以上拳，能较够同页时观国测到壮4至蛮12危颗卫畏星当前蔬星座湖：2均8颗作用踏（基槐本功沿能）因：接收节、存受储导却航电蹲文生成晋用于引导航滥定位骨的信找号（幻玉测距盟码、乳载波咏）发送什用于佳导航浊定位决的信选号（财采用石双向线调制衡法调毒制在贵载波塘上的顶测距肯码和敌导航殊电文腿）接受课地面往指令独，进佛行相承应操有作铯钟策和铷殿钟提嘴供精心密的饼时间晒标准6/识26冈/2音02军315Bl四oc德k覆II疑RBl兆oc的k海II的ABl洞oc赌k刺II多RBl格oc胖k悦II惹FBl甚oc讽k引II辫RGP梯S卫过星类抛型6/贤26允/2它02柱316GP忍S油的控胶制部器分由蓝分布扔在全习球的飘由若深干个供跟踪知站所性组成洒。分奏为主跑控站售、监裂控站型和注鱼入站因。主决控站穷位于怨美国死克罗黎拉多瓜Co召lo召ra挨do恶的法紫尔孔柔Fa够lc虫on晌空怎军基联地。故它的键作用挣是根灵据各迹监控旅站根废据G糊PS锤的院观测食数据乐，计毅算出糖卫星羡的星伏历和框卫星芬钟的尸改正痰参数竿等，之并将塔这些震数据谨通过货注入会站注耽入到锈卫星堆中去朋。同湖时它驳还对熊卫星杰进行娃控制凳，向絮卫星窄发布烘指令台，当企工作目卫星举出现钱故障刃时调牺度备晌用卫箭星替郑代失吸效的榜工作根卫星毙工作闲。主挎控站纠也具牲有监饲控站光的功虹能。监控絮站有好五个阻。除卵了主洒控站举外其真它四闹个分多别位浮于夏肾威夷穷(H甚aw坡ai溜i)端、狐阿松书森群慌岛(刘As殿ce段nc樱io剂n)另、紫迭哥蹈伽西销亚(士Di珠eg节o凳Ga蚀rc桂ia汇)、蜜卡题瓦加储兰(欲Kw桑aj乐al讯ei瞧n)捏。幕监控姨站的辩作用短是接油收卫代星信蜜号、热监测造卫星搞的工艇作状果态。注入执站有讨三个昨。分近别位豪于阿漫松森软群岛午、维迭哥们伽西西亚、夜卡瓦央加兰谋。救注入破站的橡作用赌是将吼主控财站计辞算出锣的卫章星星滨历和蛮卫星能钟的醒改正幻玉数等惭注入凳到卫扭星中饱去。地面傅监控呼部分6/浸26文/2讽02宗317地面贫监控号部分零（意Gr荡ou拖nd词S抬eg田me草nt狠）主控星站：仓1个监测轧站：幼5个注入甘站：翁3个6/朗26敬/2党02染318主控站管理、协调地面监控系统各部分的工作编算广播星历,轨道参数,卫星钟差和大气层改正数等送给注入站调整卫星状态(轨道纠偏)调度卫星(用备用卫星代替失效工作卫星)监测站对卫星进行跟踪观测记录气象数据将数据传送到主控站注入站向卫星注入导航电文和指令等地面煎监控院部分唐的主毛要任虽务6/昂26寻/2梳02名319用户低部分茫（诞Us托er轨S离eg牵me疲nt掌）组成用户接收斧设备接收蓄设备GP迎S信孟号接侍收机6/杯26顿/2械02行320GP缘瑞S信倒号接精收机组成天线说单元天线前前置腐放大润器接收戚天线接收滥单元信号共通道布（ch呢an隶ne这l）存储只器微处卖理器输入柔输出蓝设备电源任务按一餐定高践度截垃止角断捕获走卫星朵，跟叫踪卫苹星运浴行对接垮收到凉的GP委S信号偿，具眨有变钥换、碍放大温、处似理功逗能测量棚信号顷传播曲时间疼，解殖译导溜航电借文；赞实时顽计算丢用户畜位置题、速大度与钥时间6/送26喊/2援02剧3213.概G聋PS的特利点传统爪定位苗方法牌的局刷限性需要厅事先汪布设科大量括的地乱面控健制点观测非点之慌间需迅要保远证通贪视作业型难度迅大需要耀修建麻觇标边长悦受到荒限制效率否低：腾无用拿的中棉间过叙渡点无法汪同时攀精确纺确定什点的纽奉三维粗坐标观测驾受气忠候、恢环境蜜条件符限制受系琴统误迅差影仇响大难以摇确定高地心裁坐标GP遵S叛相对侦传统铜的测瞎量技西术观测青站间练无需筑通视定位住精度寇高（压绝对绸精度顿10寇米，敌相对酷精度季2毫病米）观测州时间修短提供垫3维添坐标操作阅简单全天猛候作陷业6/装26茂/2刊02馋3223.磨G怎PS的特携点（目续）◆GP品S否相对气其它岁导航陕系统全球赏地面尤连续井覆盖功能搬多，熊精度野高实时尺定位应用产广泛6/桶26零/2勇02嫂3234.爷美究国政啄府的放GP妙S政葵策(限世制)(1袍)爬提供南不同准的用舞户服辉务方规式(2软)斜实施概SA幼（选择半可用据性）政颤策(3休)让实施嘉AS双（精码鹊加密）政采策6/屠26凶/2灯02邻3244.关美鸣国的杨GP济S政源策赏(续召）(1融)窑提供陡不同痛的用革户服挺务方袋式精密妨定位链服务PP裤S（遗Pr版ec饿is港e坐Po添si岸ti落on璃in滨g亲Se进rv妹ic镰e）标准裁定位舞服务粉S叛PS韵(享St着an都da嗽rd颠P舟os糕it踢io寨ni翼ng刺S边er之vi极ce扩)GP渠S卫合星发无射的妻无线适电信弹号含记有二贞种精享度不指同的灿测距靠码P码撒（征又称膨精码辣）哲军用仗P葬PS碎定位召服务C/由A码尸（又计称粗架码）东民用SP尊S定积位服从务P码筋获得兰较高躲的定太位精万度，疗单点耍实时稳定位册精度边可优贪于1价0米C/委A码碰获得避较低察的定样位精仆度，左单点路实时鸦定位炒精度峰约为消30姻-4腹0米册左右6/躁26较/2湿02梢3254.踩美访国G罗PS驰的政牵策浮(续辅）(2县)碌实施大SA仔政策SA稠--笔--刘Se宰le替ct箭iv绝e话Av竞ai隔la村bi骆li尾ty滩（毛选择夸可用脸性）SP育S定分位服贫务中尝加干磁扰技鲜术-技改术-技肿术干扰卫星见星历引入吨高频速抖动实施肯SA侵政策额：水扶平定策位1腐00伏米，特垂直颜定位荡15料0米（2通00视0年旬5月渗前）卫星朱原子土钟的帖基频1协=1案9.薯03祝cm杜劲2=祖24街.4慎2c膛m6/曲26冰/2督02撇326(3浩)影实施兴AS侨政策AS踢--当An研ti齿-S马po辱of晴in游g旷(精像码P板码加炎密)AS答--眯反电饼子欺注骗PWY特许采用户随和非干特许色用户乌定位至精度6/背26扛/2抱02苦327研究乏差分GP布S技术建立聚独立膏卫星骄定位软系统GL朽ON东AS脏S伽利衰略(Ga根li厘le裁o)北斗开发嫂组合狂接收糠机和先组合初系统GP笨S/穷GL世ON骄AS糊S掩G黄PS药/I宏NS5誓.非活特许雾用户胡的对手策（宅反限抹制）6/困26铺/2柄02狡328GL延ON馆AS顽S是券GL裕Ob伶al着e毕NA躬vi兼ga恶ti绢on贡S详at项el斥li民te高S摇ys惠te思m(闲全球械导航渠卫星容系统慎)的截字头怪缩写炒，是栗前苏宴联从歉80蜡年代料初开梅始建萌设的捕与美链国G质PS文系统毛相类葵似的遇卫星最定位化系统秤，也棍由卫葛星星拥座、滤地面诵监测狭控制宾站和遗用户镜设备跳三部毛分组循成。旋现在漫由俄转罗斯坡空间竟局管贝理。GL疯ON扬AS晶S系滔统的询卫星龙星座狗由2姑4颗弯卫星翁组成所，均值匀分香布在蚁3个锋近圆博形的器轨道尤平面严上，拖每个帆轨道虽面8晌颗卫乞星，艰轨道谜高度义19颂10恳0公欠里，剩运行便周期榜11百小时犁15加分，收轨道敲倾角鞋64怠.8盆°。GL泊ON歪AS没S卫保星的清载波船上也孕调制英了两融种伪须随机听噪声晶码：吃S码爬和P龙码。GL缩慧ON棚AS执S系齐统从您理论煌上有浸24病颗卫雨星，蒙但由直于卫辰星使珠用寿熔命和洋资金庭紧张趋等问走题，煮实际腰上目绸前只据有8桂颗。GL何ON纤AS卡S系绑统单获点定智位精撑度水眠平方过向为委16颗m，圣垂直赖方向倦为2问5m捕。GL断ON蚕AS局S系屯统6/心26盯/2察02裂329GL盒ON括AS总S系俘统狭(G掌LO幕ba腿l强NA悬vi想ga扯ti破on针S订at促el脸li砖te气S刺ys拨te掏m,寨俄贸罗斯炒)星座劲组成24秋颗卫飘星（侮21龟＋3朵）三个昼轨道陆平面每个狡轨道劲面上石卫星傍均匀按分布轨道递高度困：1发91撤00律km轨道拾倾角贱：6闷4.公8°卫星皇运行用周期跳：1六1h絮15佛mi佛n19秒95务年底珠建成6/墓26康/2覆02伪330GL硬ON爹AS老S信雪号每颗遣卫星雄载波吓频率湿不同计划解调整坚载波务频率演，使王同轨拆道上淹相对互的卫章星载证波频顺率相丸同。覆20肚05婶年后L1省:闹15喉98恩.0易62育5~鸭16奏04叶.2五50绑0M折HzL2尚:铜12慌42梁.9屡37倍5~鲁12看47宝.7惊50坊0M票Hz各颗慨卫星号也有地C/堂A码勒与P紧码，资且不勿同卫岸星间逮相同无S牵A与底AS役技术赶，但贯不向渗民用造用户丹提供农P码GL宜ON兔AS琴S单慰点定屈位精运度平面±20朵m左勇右；肉高程±40粥m左直右（肆95誓%）6/松26恰/2叹02挑3316/绵26膨/2系02准3326/道26须/2膝02晓333系统扇组成：①卫矮星星堂座：钩由3么个独限立的阅圆形凶轨道壳，3睛0颗弓GN亮SS疼卫星酸组成捆（2艺7颗逼工作惊卫星轿，3拒颗备腐用卫全星）听。年卫星诵的轨虚道倾宫角i释=腹56育°；鸦卫星涂的公锤转周震期T绢=1佩4h葬23黄m1渡4S雕恒星夫时；赵轨道喜高度停H=酷23夕61洲6k吩m追。②地血面系全统：撒在欧赵洲建柏立2永个控抽制中炊心；吓在全套球构皇建监滑控网洽。③定野位原跑理：恭与G秆PS脏相同嫌。④定畜位精瞒度：丽导航及定位煎精度瓶比目县前任阔何系忍统都哪高。计划梯实施：①迁19追94怀年开闹始进立入方室案论卫证阶防段；②清20萌03册年开嫂始发酱射两荡颗试腊验卫业星进吗入试遣验阶怕段；③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