GPS測量原理與應用-講義.ppt

GPS測量原理與應用 The Principle and Application of GPS,主講：李克昭,第一講：GPS概述及理論基礎 第二講：GPS信號及其測量原理 測量平差基礎 第三講：GPS靜態(tài)定位原理 第四講 GPS動態(tài)定位原理 第五講 GPS控制網的設計與外業(yè)工作 第六講 GPS定位測量數據處理 第七講 GPS定位測量技術應用 第八章 現代全球導航定位系統發(fā)展,Basic course outline,實習安排： 第11周：周三上午 第一大節(jié) GPS接收機的認識和使用 第13周：周三上午 第一大節(jié) GPS網的布設和數據采集 第13周：周五上午 第一大節(jié) 學院機房實習，GPS數據下載 第14周：周三上午 第一大節(jié) 學院機房實習，GPS數據處理 第15周：周三、五上午 第一大節(jié) RTK的認識和使用 答疑時間：周四晚，地點：學院310,參考書籍及網址：(Text books) 1.張勤, 李家權. GPS測量原理及應用. 科學出版社. 2.徐紹銓, 張華海, 楊志強 等. GPS測量原理及應用. 武漢大學出版社. 3.干國強. 導航與定位現代戰(zhàn)爭的北斗星. 國防工業(yè)出版社. 4.袁建平 等. 衛(wèi)星導航原理與應用. 中國宇航出版社. 5.張守信. GPS衛(wèi)星測量定位理論與應用. 國防科技大學出版社. 6.董緒榮 等. GPS/INS組合導航定位及其應用. 國防科技大學出版社. 7.許其鳳. GPS衛(wèi)星導航與精密定位. 解放軍出版社.,參考書籍及網址(續(xù))： 8. 麻省理工學院開放式課程網頁。/cocw/mit/Earth-Atmospheric-and-Planetary-Sciences/12-540Principles-of-the-Global-Positioning-SystemSpring2003/Calendar/index.htm. 9. 武漢大學GPS原理及其應用課程專題網站。/jpkcsite/gps/gpscourse/index.asp. 10.卡爾加里大學Geomatics Engineering. http:/www.geomatics.ucalgary.ca/research/researchareas.,第一講：GPS概述及理論基礎 （The Summarization and Basic Theory of GPS） 內容（Contents）： 1.1 GPS概述 GPS的產生 GPS系統的組成 GPS的定位特點及優(yōu)勢 GPS的應用發(fā)展及前景 1.2 GPS定位基本原理及基礎,1.1.1 GPS的產生 (The Birth of GPS) GPS導航的本質是將陸基的無線電導航搬到天基。這是一個發(fā)展的過程，也是GPS產生的過程。因此，在將GPS的產生史，我們就得先回顧一下無線電導航的發(fā)展史。 （a）第一次世界大戰(zhàn)，海上首次使用了無線電通信，與此同時，在海岸上開始安裝發(fā)射375kHz連續(xù)無線電波的無線電信標臺。（無線電導航雛形） （b）第二次世界大戰(zhàn)，由于軍事需求，加速了無線電導航的發(fā)展。主要發(fā)明了羅蘭-A（LORAN-A）。,（c）二戰(zhàn)后，50年代末期，美國海岸警衛(wèi)隊研制了羅蘭-C（相對羅蘭-A而言，覆蓋范圍大，導航精度提高）。為了實現全球導航，美國又進一步研制了奧米伽系統。該系統雖然做到了全球覆蓋，但存在如下不足： （1）由于電磁波傳播受各種因素影響，定位精度到24海里； （2）多值性； （3）數據更新率低； （4）用戶設備昂貴，限制廣泛使用； （5）全球設站，維護代價很高。 怎么辦？,1957年10月4日晚，前蘇聯的拜科努爾發(fā)射場一聲巨吼，由P-7洲際導彈改進的衛(wèi)星號運載火箭將世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克”1號（C-1，Sputnik-1）送入了近地軌道。,重83kg，直徑58cm,隨后3個月，即1958年1月31日，美國發(fā)射了“探索者1號“（重13.89，直徑13cm）。從此，美蘇的太空競爭就拉開了序幕。,既然衛(wèi)星上天了，能否將無線電導航設備放到衛(wèi)星平臺上以克服地基無線電導航的缺陷？ 1958年12月，美國海軍和霍普金斯大學物理實驗室就聯合研制NNSS（Navy Navigation Satellite System）。由于衛(wèi)星軌道近似圓形且經過地球南、北極上空，又稱NNSS為子午衛(wèi)星系統（Transit )。,NNSS衛(wèi)星運行圖 衛(wèi)星軌道高度9501200km，運行周期約為107min,子午衛(wèi)星是第一代衛(wèi)星導航定位系統，跨越了從地基無線電導航到天基無線電導航的歷程，但其仍然存在許多缺點，主要是： （1）衛(wèi)星數量少（6顆），不能實現連續(xù)實時導航； （2）衛(wèi)星軌道高度低，難以實現精密定軌； （3）信號頻率低，難以補償電離層效應的影響。 正因為如此，美國國防部于1973年12月批準陸?？杖娐摵涎兄菩碌能娪眯l(wèi)星導航系統，于是乎，GPS就產生了。,1.1.2 GPS的系統組成 GPS的英文全稱是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System，簡稱GPS，有時也被稱作NAVSTAR GPS。其意為“導航星測時與測距全球定位系統”，或簡稱全球定位系統。,GPS系統由3部分組成： （1）空間部分； （2）地面監(jiān)控部分； （3）用戶接收部分。,空間部分GPS衛(wèi)星星座,GPS衛(wèi)星的3個基本功能： （1）執(zhí)行地面監(jiān)控站的指令，接收和存儲地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息； （2）向用戶播送導航電文，提供導航和定位信息； （3）授時。通過高精度的衛(wèi)星鐘，向用戶提供精密的時間基準。,地面監(jiān)控部分 GPS系統的地面監(jiān)控網絡區(qū)段目前由5個地面站組成，其中主要包括主控站（Master Control Station，MCS），地面天線站和監(jiān)測站。,用戶設備部分,GPS系統的用戶設備部分由GPS接收機硬件和相應的數據處理軟件及微機及其終端設備組成。,1.1.3 GPS的定位特點及優(yōu)勢 (1)提供全天候、全球性的導航和定位服務； （2）可進行高精度、高速度的實時精密導航和定位； （3）用途廣泛，操作簡便。,1.1.4 GPS的應用發(fā)展及前景 （The Development and Promotion of GPS Application),GPS在軍事中的應用,交會對接空間科學研究中的應用,ETS-VII空間自主交會對接仿真驗證示意圖,OE在軌實驗衛(wèi)星,GPS在交通運輸業(yè)中的應用,航運、航空搜索 陸路交通（車輛導航、監(jiān)控） 船舶遠洋導航和進港引水,GPS在測量中的應用,建立和維持全球性的參考框架,GPS在測量中的應用（續(xù)）,板塊運動和監(jiān)測,GPS在測量中的應用（續(xù)）,建立各級國家平