GPS概论-第一章-绪论(上)课件

全球定位系统华中农业大学资源与环境学院林承达linchengda@

1全球定位系统华中农业大学1科学与技术卫星1995年2科学与技术卫星1995年21957年31957年3科学与技术卫星1999年4科学与技术卫星1999年4地球（海洋）资源卫星1999年5地球（海洋）资源卫星1999年5地球（海洋）资源卫星中国、巴西“资源一号”地球资源卫星(CBERS-1)19996地球（海洋）资源卫星中国、巴西“资源一号”地球资源卫星(CB2010年3月5日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭成功地将“遥感卫星九号”送入太空预定轨道72010年3月5日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征四号丙”运气象卫星1969年8气象卫星1969年8气象卫星风云三号（奥运星）2008.59气象卫星风云三号（奥运星）2008.59导航卫星、军事卫星10导航卫星、军事卫星10太空站前苏联和平号空间站1986年发射，2001年坠毁11太空站前苏联和平号空间站1986年发射，2001年坠毁11第一章 绪论§1.1全球定位系统的产生、发展及前景§1.2GPS在各个领域中的应用12第一章 绪论§1.1全球定位系统的产生、发展及前景1什么是GPS？GPS的英文全称是

NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem 简称GPS，有时也被称作NAVSTARGPS。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。13什么是GPS？GPS的英文全称是其意为“导航星测时与测距全球GPS概述①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14GPS概述①建立国家14GPS概述②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15GPS概述②系统构成15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16常规（地面）定位方法近、现代的常规定位方法16常规定位方法的局限性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17常规定位方法的局限性需要事先布设大量的地面控制点/地面站17子午卫星系统及其局限性系统简介NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（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子午卫星星座18子午卫星系统及其局限性系统简介子午卫星子午卫星星座18子午卫星系统及其局限性系统组成空间部分卫星：发送导航定位信号（信号：4.9996MHz30=149.988MHz；4.9996MHz80=399.968MHz；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大地测量多普勒接收机-1（MX1502）大地测量多普勒接收机-2（CMA751）19子午卫星系统及其局限性系统组成大地测量多普勒接收机-1大子午卫星系统及其局限性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10m联测定位：各站共同观测17次合格卫星通过，精度约为0.5m多普勒联测定位多普勒单点定位20子午卫星系统及其局限性应用领域多普勒联测定位多普勒单点定位2子午卫星系统及其局限性系统缺陷卫星少，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绝对定位精度：1m相对定位精度：0.1m~0.5m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。21子午卫星系统及其局限性系统缺陷TRANSIT系统21GPS的发展简史——方案论证阶段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。22GPS的发展简史——方案论证阶段1973年12月，美国国防GPS的发展简史——全面研制和试验阶段从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定位精度远远超过设计标准。23GPS的发展简史——全面研制和试验阶段从1979年到198GPS的发展简史——实用组网阶段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（FullOperationalCapability）。24GPS的发展简史——实用组网阶段1989年2月14日，第1其他卫星导航定位系统GLONASS（俄）-GlobalNavigationSatelliteSystem卫星：21+3轨道高度：19100km信号频率：1602~1616MHz、1246~1256MHzGalileo（欧）25其他卫星导航定位系统GLONASS（俄）-GlobalGLONASS全球轨道

导航卫星系统与GPS在系统组成及定位原理上极为相似通信方式不同：GLONASS：频分多址FDMAGPS：码分多址CDMAGLONASS卫星星座一直处于降效运行状态。GLONASS的精度要比GPS系统的精度低。26GLONASS全球轨道

导航卫星系统与GPS在系统组成及定位其它卫星导航定位系统——GLONASS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。到目前为止（2006年3月20日）,GLONASS系统共有17颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工作状态，2颗备用，4颗已过期而停止使用。俄罗斯计划到2007年使GLONASS系统的工作卫星数量至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。27其它卫星导航定位系统——GLONASS卫星运行状况27GLONASS系统和GPS系统的比较一是卫星发射频率不同。GPS的卫星信号采用码分多址体制。而GLONASS采用频分多址体制，GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力。二是坐标系不同。GPS使用世界大地坐标系（WGS-84），而GLONASS使用前苏联地心坐标系（PE-90）。三是时间标准不同。GPS系统时与世界协调时相关联，而GLONASS则与莫斯科标准时相关联。28GLONASS系统和GPS系统的比较一是卫星发射频率不同。2929GLONASS系统的问题1．目前GLONASS工作不稳定，卫星工作寿命短，在轨卫星只17颗，实际满负荷运行只有8颗；2．GLONASS用户设备发展缓慢，生产厂家少，设备体积大而笨重；3．由于GLONASS采用的是FDMA，所以用户接收机中频率综合器复杂；4．对GPS/GLONASS兼容接收机，需解决两系统的时间和坐标系统问题。30GLONASS系统的问题1．目前GLONASS工作不稳定，卫“伽利略计划(GALILEO)”

伽利略计划，实际上是一个欧洲的全球导航服务计划。它是世界上笫一个专门为民用目的设计的全球性卫星导航定位系统，与现在普遍使用的GPS相比，它将更显先进、更加有效、更为可靠。 按照规划，“伽利略”计划将耗资约27亿美元，星座由30颗卫星组成。

“伽利略”卫星导航系统目前已陷入困境，不仅经费难以为继，连频率也被“北斗二代”优先占用。

31“伽利略计划(GALILEO)” 伽利略计划，实际上是一个“伽利略计划(GALILEO)”简介伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统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卫星星座将由27颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这30颗卫星将均匀分布在3个轨道平面上，卫星高度为23616km，轨道倾角为56°。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。32“伽利略计划(GALILEO)”简介伽俐略（GalileotheGalileosatelliteconstellation

其它卫星导航定位系统——Galileo33theGalileosatelliteconstell中欧伽利略计划34中欧伽利伽利略全球卫星定位系统首颗实验卫星升空电脑示意图

35伽利略全球卫星定位系统首颗实验卫星升空电脑示意图35伽利略计划首颗卫星在拜科努尔航天发射场第六发射平台整装待发

36伽利略计划首颗卫星在拜科努尔航天发射场第六发射平台整装待发其它卫星导航定位系统——Galileo2005年12月28日第一颗Galileo试验卫星（GalileoIn-OrbitValidationElements--GlOVE-A）成功进入高度为2.3万Km的预定轨道。2006年1月12日，GlOVE-A已开始向地面发送信号。这标志着总投资为34亿欧元（约合41亿美元）的计划已进入实施阶段。到2010年欧洲将发射30颗服役期约为20年的正式卫星，完成伽利略卫星星座的部署工作。2008年4月27日，“伽利略”系统的第二颗实验卫星才升空，此时距上次发射已经有差不多四年时间，这样的进度，比最初的计划推迟了整整五年。

37其它卫星导航定位系统——Galileo2005年12月28日GIOVEAGIOVEBtheGIOVESatellite其它卫星导航定位系统——GalileoGIOVE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。38GIOVEAGIOVEBtheGIOVESa中欧导航系统之争“伽利略”卫星导航系统目前已陷入困境，不仅经费难以为继，连频率也被“北斗二代”优先占用。

中国的“北斗”卫星依照“谁先用谁先得”的原则，已使用了原本“伽利略”系统计划使用的频率。“伽利略”计划排挤中国自己反被排挤

39中欧导航系统之争“伽利略”卫星导航系统目前已陷入困境，不仅经中欧导航系统之争中欧卫星导航系统频率争夺历程蜜月期（2003年-2004年）中欧优势互补反对单极世界转折期（2005年-2007年）欧洲政治转向联美排挤中国竞争期（2008年-2009年）“北斗”横空出世技压“欧系”卫星

40中欧导航系统之争中欧卫星导航系统频率争夺历程40北斗导航定位系统北斗定位系统可向终端设备提供全天候、24小时的即时定位服务，定位最高精度可达10米，其精度与GPS相当。“北斗一号”导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。3颗导航定位卫星的发射时间分别为：2000年10月31日；2000年12月21日；2003年5月25日，第三颗是备用卫星。标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航系统——BD–1。北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。41北斗导航定位系统北斗定位系统可向终端设备提供全天候、24小时北斗1代卫星导航系统组成图其它卫星导航定位系统——北斗卫星导航系统“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。42北斗1代卫星导航系统组成图其它卫星导航定位系统——北斗卫星导北斗导航定位系统原理 基于三球交会原理，即以2颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成2个球面，用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。中心站电子高程地图库提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，即可获得用户的二维位置。 其高程可以从电子高程地图库查询，也可以从气压测高计读取。43北斗导航定位系统原理 基于三球交会原理，即以2颗卫星的已知坐国产北斗一号导航定位卫星工作示意图44国产北斗一号导航定位卫星工作示意图44北斗系统与GPS的区别1、北斗导航系统同时具备定位与双向通信能力；GPS系统本身不具备通信能力。2、北斗导航系统是区域性导航系统，GPS系统是全球性导航系统。3、北斗导航系统由我国自主控制，GPS系统则是由美国军方控制。4、北斗导航系统用户数量受到限制，GPS的用户数量不受限制。5、北斗导航用户机无导航处理器，GPS接收机有。45北斗系统与GPS的区别1、北斗导航系统同时具备定位与双