任务二平面控制测量425GNSS定位原理25课件讲解

CollegeofMarineSciences,ShanghaiOceanUniversity12025年1月13日

任务二平面控制测量4.2.5GNSS定位原理1.1GNSS卫星定位技术的发展2不足：卫星仅作为空间观测的目标，而不是动态的已知点。受卫星可见条件及天气影响，费时费力，定位精度低，且不能测得点位的地心坐标。早期的卫星定位技术：地面观测站进行摄影观测（卫星三角网）激光技术进行距离观测（卫星测距网）子午卫星导航系统（NNSS）美国1958年12月建立，采用多普勒卫星定位技术工作原理：若已知在轨卫星的轨道参数，地面的观测者测得该卫星发送信号的多普勒频移，则可计算出观测者的点位坐标。优点：经济快速、精度均匀、不受天气和时间限制1965年前苏联建立了CICADA卫星导航系统31.1GNSS卫星定位技术的发展1.1GNSS卫星定位技术的发展NNSS的缺陷：卫星少(6颗)间隔时间和所需观测长，不能实时定位轨道低(平均高度1070km)，难以精密定轨发射信号的射电频率低(400MHz/150MHz)，受电离层影响较大精度较低(单点10m，联测0.5m)，极限精度0.5～1m41.1GNSS卫星定位技术的发展现有的全球卫星导航系统：GPS卫星导航系统（美国）GLONASS全球卫星导航系统（俄罗斯）伽利略GNSS系统（欧盟）北斗导航定位系统（中国）5GNSS：GlobalNavigationSatelliteSystem1.1GNSS卫星定位技术的发展GPS卫星导航系统：GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统：1973年12月起，美国历经20余年，投资300亿美元，建立起来的服务于全球的卫星导航与定位系统。其从根本上解决了人类在地球及其周围空间的导航及定位问题；GPS是美国为军事目的而开发的。61.1GNSS卫星定位技术的发展GPS政策C/A码，P码SA政策AS政策7对付GPS限制政策措施改进定位方法建立独立测轨系统同时接收多种信号建立独立导航定位系统1.1GNSS卫星定位技术的发展GLONASS全球导航卫星系统前苏联1982年10月发射第一颗GLONASS卫星；至1996年整个系统正常运行。包括三部分：1.卫星星座（三个等间隔椭圆轨道）2.地面控制系统

（一个系统控制中心，一个指令跟踪站，控制网络）3.用户设备81.1GNSS卫星定位技术的发展伽利略（Galileo）GNSS系统1994年欧盟开始进行方案论证，2008年完成全系统部署并投入使用由30颗卫星（27颗工作卫星加3颗备用卫星）组成完全服务于民用，与GPS/GLONASS有机地兼容由分布在三个轨道上的30颗中等高度轨道卫星构成，每个轨道面上有10颗卫星，9颗正常工作，1颗运行备用；轨道面倾角56度。91.1GNSS卫星定位技术的发展10北斗卫星导航试验系统北斗一代北斗一代定位需要终端主动发出定位信号双星导航1.1GNSS卫星定位技术的发展北斗一号系统的特点与优势我国自主开发，独立于其它定位系统；不依赖任何其他通信手段而很容易地实现系统组网，还可同时进行数据通信，非常适合偏远地区和其他通信网络覆盖不到的地区。覆盖面积完全可满足我国及周边国家的应用需要。11缺点：覆盖范围；定位精度低；不适合军用；无法在高速移动平台上使用1.1GNSS卫星定位技术的发展125颗静止轨道(GEO)30颗非静止轨道卫星27颗中轨道卫星3颗倾斜同步卫星组成2007年2月3日北斗一代第四颗卫星发射成功COMPASSCompass(Beidou)NavigationSatelliteSystem北斗二代（北斗卫星导航定位系统）1.1GNSS卫星定位技术的发展GNSS的特点全球地面连续覆盖在地球上任何地点任何时刻，高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星。功能多，精度高（静态：毫米级；动态：厘米级）实时定位应用广泛131.1GNSS卫星定位技术的发展

GNSS相对于常规测量技术的优势14全天候作业观测站之间无需通视定位精度高观测时间短

大大节省人力资源测线长度不受限制操作简便生产成本低1.2GPS系统组成15空间部分GPS卫星星座地面控制部分地面监控系统用户部分GPS信号接收机系统的运行机制16GPS卫星星座GPS信号接收机地面监控系统24颗卫星广播轨道时间数据以及辅助资料信息接收设备接收卫星信号中央控制系统时间同步跟踪卫星定轨1.2GPS系统组成空间部分：由GPS卫星组成，称为卫星星座。GPS卫星星座：21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成轨道面:6个长半轴：26609km偏心率：0.008~0.004轨道面相对赤道面的倾角：55°卫星高度：20200km卫星运行周期：11小时58分钟171.2GPS系统组成GPS卫星：铯原子钟计算机2块7m2的太阳能翼板无线电收发两用机导航荷载（接收数据，发射测距和导航数据）姿态控制和太阳能板指向系统181.2GPS系统组成空间部分的作用：向广大用户连续不断发送导航定位信号，并用导航电文中的星历和历书分别报导自己的现势位置，以及其他在轨卫星的位置;飞越注入站上空时，接收地面注入站用S波段发送到卫星的导航信息，和其他有关信息，并通过GPS信号形成导航电文，实时发送给用户;接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令（钟，轨道，卫星）;191.2GPS系统组成地面控制部分20TransmitsinformationReceivesinformation1.2GPS系统组成21一个主控站根据各监控站对GPS的观测数据，计算卫星星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中五个监控站接收卫星信号，监测卫星的工作状态三个注入站将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中地面控制部分组成1.2GPS系统组成控制部分的作用——负责监控全球定位系统的工作：监测卫星是否正常工作，是否沿预定的轨道运行跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星，由卫星通过导航电文发送给用户保持各颗卫星的时间同步必要时对卫星进行调度221.2GPS系统组成用户设备部分：GPS接收机接收、跟踪、变换和测量GPS信号，以获得必要的定位信息和观测量，并经过数据处理而完成定位工作23DCLRMSGFLPALTENTCRSRDISGSETEBRGTRK42.5NM154KT0.03217.537.2DKHIO+++++++++++NAVAPP11.2GPS系统组成DSNPLEICAGARMINTRIMBLEASHTECHJAVADGPS接收机241.2GPS系统组成测地型GPS接收机25天线单元接收单元1.2GPS系统组成军用GPS信号接收机26海湾战争GPS一鸣惊人！“沙漠风暴”行动开始的时间几乎就是空军部署完成第一个GPS导航星座的同一天。此时只有10颗BlockII型导航卫星好几颗超期服役的BlockI原型试验卫星，这些卫星共同组成了一个庞大的GPS导航星座，可以为整个海湾战区提供每天24小时的二维导航定位服务和每天19小时的三维导航定位服务。当伊拉克入侵科威特时，美国陆军一共才有500部试验用GPS接收装置。到了“沙漠盾牌”军事行动的时候，美国国防部就提前购买了数千套民用GPS接收装置装备各参战部队，占到了所有的5300套接收装置的85%。1.2GPS系统组成大坝的变形监测系统27云南小湾水电站GNSS监测