GS原理與應(yīng)用第一章

GPS原理及應(yīng)用05級(jí)地信專業(yè)王宇明電話：235401051全球定位系統(tǒng)（GPS）

NavigationSystemTimeandRanging/GlobalPositioningSystem

NAVSTAR/GPS

三維位置（經(jīng)度、緯度、高度）三維速度時(shí)間根據(jù)Wooden1985年所給出的定義：NAVSTAR全球定位系統(tǒng)（GPS）是一個(gè)空基全天侯導(dǎo)航系統(tǒng)，它由美國(guó)國(guó)防部開發(fā)，用以滿足軍方在地面或近地空間內(nèi)獲取在一個(gè)通用參照系中的位置、速度和時(shí)間信息的要求。6/29/20232內(nèi)容提要一、概述（1）二、坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)（2）三、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷（3）四、GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號(hào)（4）五、GPS衛(wèi)星定位基本原理（4，5，6，7）六、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航（8）七、GPS測(cè)量的誤差來(lái)源及其影響（9，10）八、GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施（11）九、GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理（12）十、GPS應(yīng)用（13）6/29/20233課程要求及考核

課程的要求基本概念的掌握知識(shí)面的拓展課程成績(jī)理論考試70％，平時(shí)成績(jī)（考勤,作業(yè)和問答）30％主要考核基本概念和基本知識(shí)考核包括簡(jiǎn)單的計(jì)算，無(wú)公式推導(dǎo)考試范圍為課程的講授范圍17周上復(fù)習(xí)課，18周考試6/29/20234參考文獻(xiàn)

1.周忠謨等，GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用，

測(cè)繪出版社，19972.徐紹銓等，GPS測(cè)量原理及應(yīng)用，武漢大學(xué)出版社，20033.劉基余，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法，

科學(xué)出版社，20034.李征航，空間定位技術(shù)及應(yīng)用，

武漢大學(xué)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第一章概論GPS的發(fā)展與由來(lái)GPS的特點(diǎn)GPS的組成美國(guó)政府的GPS政策（限制）非特許用戶的對(duì)策（反限制）6/29/20236衛(wèi)星定位技術(shù)產(chǎn)生的必然性

提供精確的地心坐標(biāo)的需要提供全球統(tǒng)一的坐標(biāo)的需要長(zhǎng)距離高精度定位的需要全天候、快速、精確、簡(jiǎn)便定位方式的需要6/29/202371957年10月4日前蘇聯(lián)發(fā)射了人類的第一顆人造地球衛(wèi)星；美國(guó)海軍武器實(shí)驗(yàn)室利用多普勒頻移原理于1967年7月建成了海軍導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)（NavyNavigationSatelliteSystem-NNSS）即TRANSIT（子午衛(wèi)星系統(tǒng)，衛(wèi)星軌道通過地極）；GPS的發(fā)展與由來(lái)6/29/20238TRANSIT系統(tǒng)衛(wèi)星：6顆極地軌道軌道高度：1100km信號(hào)頻率：400MHz、150MHz衛(wèi)星通過時(shí)間間隔：~100min，有時(shí)達(dá)到10h絕對(duì)定位精度：1m相對(duì)定位精度：0.1m~0.5m定位原理：多普勒定位6/29/20239子午喊衛(wèi)星瞞導(dǎo)航譜系統(tǒng)迎存在臥什么升問題請(qǐng)？GP傅S的發(fā)茫展與矮由來(lái)橫（續(xù)肢）6/孩26沈/2議02岸310TR革AN融SI森T顧（子羽午衛(wèi)底星系供統(tǒng)）缺點(diǎn)始：衛(wèi)星攜數(shù)小鉆：5耀~6槍顆，無(wú)良法實(shí)帥現(xiàn)連師續(xù)導(dǎo)泛航定都位；高度套低：驗(yàn)10培00部km，難顛以精疊密定月軌；一次心定位婦所需作時(shí)間抹過長(zhǎng)（1姿.5熊h）頻率魄低，威難以超消除筆電離和層影繞響。因而資，滿宇足不畫了軍蠶事需往要。GP輕S的發(fā)饒展與塘由來(lái)介（續(xù)嚇）6/饑26給/2滋02抬311美國(guó)商國(guó)防急部從寨19滅73邊年開常始籌良建GP告S，整個(gè)GP墻S系統(tǒng)惑于1傍99累4年綿3月脹全部夫建成者。GP渣S系統(tǒng)租是2兇0世州紀(jì)空踏間技至術(shù)上蒜最重冠大的墓成就豈之一勉。GP等S的發(fā)批展與潮由來(lái)彎（續(xù)劉）6/誰(shuí)26財(cái)/2臭02墾3122.歐G豆PS情組準(zhǔn)成空間汪衛(wèi)星籮部分24鏈顆衛(wèi)連星耐6個(gè)遞軌道軌道予高度雞20忙20癥0KM運(yùn)行糟周期猶11戒小時(shí)民58形分地面訴監(jiān)控傷部分監(jiān)測(cè)酸站透主名控站新注入莖站用戶老設(shè)備害部分GP般S接收遭機(jī)壤天章線汽硬旦件罩軟蒜件包6/勵(lì)26找/2討02笨3132.欠G嫂PS憑組喊成（煌續(xù)）GP物S衛(wèi)溜星的沖發(fā)展齊可分駁為五賓個(gè)階正段：Bl男oc古kⅠBl渣oc刺kⅡ切、B志lo禮ck批ⅡABl集oc見kⅡ荒R、洗B耗lo良ck響ⅡFGP卻S空才間衛(wèi)以星部廁分6/泛26得/2館02蜓314GP臺(tái)S衛(wèi)多星星眼座設(shè)計(jì)溉星座許(2碼1+迅3)核：據(jù)21絮顆正撞式的許工作竭衛(wèi)星旺+3優(yōu)顆活仁動(dòng)的慰備用旋衛(wèi)星6個(gè)腎軌道坐面，花平均彎軌道鏈高度饅20役20輔0km惜，軌道貌傾角勤55，周屢期1比1h兆58她mi庭n（地球搜-衛(wèi)更星的屋幾何泊關(guān)系攻每天攻提前浩4mi氧n重復(fù)伯一次千）保證崇在2丘4小波時(shí)，載在高擁度角負(fù)15°以上拳，能較夠同頁(yè)時(shí)觀國(guó)測(cè)到壯4至蠻12危顆衛(wèi)畏星當(dāng)前蔬星座湖：2均8顆作用踏（基槐本功沿能）因：接收節(jié)、存受儲(chǔ)導(dǎo)卻航電蹲文生成晉用于引導(dǎo)航濫定位骨的信找號(hào)（幻玉測(cè)距盟碼、乳載波詠）發(fā)送什用于佳導(dǎo)航濁定位決的信選號(hào)（財(cái)采用石雙向線調(diào)制衡法調(diào)毒制在貴載波塘上的頂測(cè)距肯碼和敵導(dǎo)航殊電文腿）接受課地面往指令獨(dú)，進(jìn)佛行相承應(yīng)操有作銫鐘策和銣殿鐘提嘴供精心密的餅時(shí)間曬標(biāo)準(zhǔn)6/識(shí)26岡/2音02軍315Bl四oc德k覆II疑RBl兆o(hù)c的k海II的ABl洞oc賭k刺II多RBl格oc胖k悅II惹FBl甚oc諷k引II辮RGP梯S衛(wèi)過星類拋型6/賢26允/2它02柱316GP忍S油的控膠制部器分由藍(lán)分布扔在全習(xí)球的飄由若深干個(gè)供跟蹤知站所性組成灑。分奏為主跑控站售、監(jiān)裂控站型和注魚入站因。主決控站窮位于怨美國(guó)死克羅黎拉多瓜Co召lo召ra挨do惡的法紫爾孔柔Fa夠lc蟲on晌空怎軍基聯(lián)地。故它的鍵作用掙是根靈據(jù)各跡監(jiān)控旅站根廢據(jù)G糊PS錘的院觀測(cè)食數(shù)據(jù)樂，計(jì)毅算出糖衛(wèi)星羨的星伏歷和框衛(wèi)星芬鐘的尸改正痰參數(shù)竿等，之并將塔這些震數(shù)據(jù)謹(jǐn)通過貨注入會(huì)站注耽入到銹衛(wèi)星堆中去朋。同湖時(shí)它駁還對(duì)熊衛(wèi)星杰進(jìn)行娃控制凳，向絮衛(wèi)星窄發(fā)布烘指令臺(tái)，當(dāng)企工作目衛(wèi)星舉出現(xiàn)錢故障刃時(shí)調(diào)犧度備晌用衛(wèi)箭星替鄭代失吸效的榜工作根衛(wèi)星斃工作閑。主挎控站糾也具牲有監(jiān)飼控站光的功虹能。監(jiān)控絮站有好五個(gè)阻。除卵了主灑控站舉外其真它四鬧個(gè)分多別位浮于夏腎威夷窮(H甚aw坡ai溜i)端、狐阿松書森群慌島(劉As殿ce段nc櫻io劑n)另、紫迭哥蹈伽西銷亞(士Di珠eg節(jié)o凳Ga蝕rc桂ia匯)、蜜卡題瓦加儲(chǔ)蘭(欲Kw桑aj樂al訊ei瞧n)捏。幕監(jiān)控姨站的辯作用短是接油收衛(wèi)代星信蜜號(hào)、熱監(jiān)測(cè)造衛(wèi)星搞的工艇作狀果態(tài)。注入執(zhí)站有討三個(gè)昨。分近別位豪于阿漫松森軟群島午、維迭哥們伽西西亞、夜卡瓦央加蘭謀。救注入破站的橡作用賭是將吼主控財(cái)站計(jì)辭算出鑼的衛(wèi)章星星濱歷和蠻衛(wèi)星能鐘的醒改正幻玉數(shù)等慚注入凳到衛(wèi)扭星中飽去。地面傅監(jiān)控呼部分6/浸26文/2諷02宗317地面貧監(jiān)控號(hào)部分零（意Gr蕩ou拖nd詞S抬eg田me草nt狠）主控星站：倉(cāng)1個(gè)監(jiān)測(cè)軋站：幼5個(gè)注入甘站：翁3個(gè)6/朗26敬/2黨02染318主控站管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作編算廣播星歷,軌道參數(shù),衛(wèi)星鐘差和大氣層改正數(shù)等送給注入站調(diào)整衛(wèi)星狀態(tài)(軌道糾偏)調(diào)度衛(wèi)星(用備用衛(wèi)星代替失效工作衛(wèi)星)監(jiān)測(cè)站對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤觀測(cè)記錄氣象數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)傳送到主控站注入站向衛(wèi)星注入導(dǎo)航電文和指令等地面煎監(jiān)控院部分唐的主毛要任雖務(wù)6/昂26尋/2梳02名319用戶低部分茫（誕Us托er軌S離eg牽me疲nt掌）組成用戶接收斧設(shè)備接收蓄設(shè)備GP迎S信孟號(hào)接侍收機(jī)6/杯26頓/2械02行320GP緣瑞S信倒號(hào)接精收機(jī)組成天線說(shuō)單元天線前前置腐放大潤(rùn)器接收戚天線接收濫單元信號(hào)共通道布（ch呢an隸ne這l）存儲(chǔ)只器微處賣理器輸入柔輸出藍(lán)設(shè)備電源任務(wù)按一餐定高踐度截垃止角斷捕獲走衛(wèi)星朵，跟叫蹤衛(wèi)蘋星運(yùn)浴行對(duì)接垮收到?jīng)龅腉P委S信號(hào)償，具眨有變鑰換、礙放大溫、處似理功逗能測(cè)量棚信號(hào)頃傳播曲時(shí)間疼，解殖譯導(dǎo)溜航電借文；贊實(shí)時(shí)頑計(jì)算丟用戶畜位置題、速大度與鑰時(shí)間6/送26喊/2援02劇3213.概G聾PS的特利點(diǎn)傳統(tǒng)爪定位苗方法牌的局刷限性需要廳事先汪布設(shè)科大量括的地亂面控健制點(diǎn)觀測(cè)非點(diǎn)之慌間需迅要保遠(yuǎn)證通貪視作業(yè)型難度迅大需要耀修建麻覘標(biāo)邊長(zhǎng)悅受到荒限制效率否低：騰無(wú)用拿的中棉間過敘渡點(diǎn)無(wú)法汪同時(shí)攀精確紡確定什點(diǎn)的紐奉三維粗坐標(biāo)觀測(cè)駕受氣忠候、恢環(huán)境蜜條件符限制受系琴統(tǒng)誤迅差影仇響大難以搖確定高地心裁坐標(biāo)GP遵S叛相對(duì)偵傳統(tǒng)銅的測(cè)瞎量技西術(shù)觀測(cè)青站間練無(wú)需筑通視定位住精度寇高（壓絕對(duì)綢精度頓10寇米，敵相對(duì)酷精度季2毫病米）觀測(cè)州時(shí)間修短提供墊3維添坐標(biāo)操作閱簡(jiǎn)單全天猛候作陷業(yè)6/裝26茂/2刊02饞3223.磨G怎PS的特?cái)y點(diǎn)（目續(xù)）◆GP品S否相對(duì)氣其它歲導(dǎo)航陜系統(tǒng)全球賞地面尤連續(xù)井覆蓋功能搬多，熊精度野高實(shí)時(shí)尺定位應(yīng)用產(chǎn)廣泛6/桶26零/2勇02嫂3234.爺美究國(guó)政啄府的放GP妙S政葵策(限世制)(1袍)爬提供南不同準(zhǔn)的用舞戶服輝務(wù)方規(guī)式(2軟)斜實(shí)施概SA幼（選擇半可用據(jù)性）政顫策(3休)讓實(shí)施嘉AS雙（精碼鵲加密）政采策6/屠26兇/2燈02鄰3244.關(guān)美鳴國(guó)的楊GP濟(jì)S政源策賞(續(xù)召）(1融)窯提供陡不同痛的用革戶服挺務(wù)方袋式精密妨定位鏈服務(wù)PP褲S（遺Pr版ec餓is港e坐Po添si岸ti落on璃in濱g親Se進(jìn)rv妹ic鐮e）標(biāo)準(zhǔn)裁定位舞服務(wù)粉S叛PS韻(享St著an都da嗽rd顛P舟os糕it踢io寨ni翼ng刺S邊er之vi極ce擴(kuò))GP渠S衛(wèi)合星發(fā)無(wú)射的妻無(wú)線適電信彈號(hào)含記有二貞種精享度不指同的燦測(cè)距靠碼P碼撒（征又稱膨精碼辣）哲軍用仗P葬PS碎定位召服務(wù)C/由A碼尸（又計(jì)稱粗架碼）東民用SP尊S定積位服從務(wù)P碼筋獲得蘭較高躲的定太位精萬(wàn)度，療單點(diǎn)耍實(shí)時(shí)穩(wěn)定位冊(cè)精度邊可優(yōu)貪于1價(jià)0米C/委A碼碰獲得避較低察的定樣位精仆度，左單點(diǎn)路實(shí)時(shí)鴉定位炒精度峰約為消30姻-4腹0米冊(cè)左右6/躁26較/2濕02梢3254.踩美訪國(guó)G羅PS馳的政牽策浮(續(xù)輔）(2縣)碌實(shí)施大SA仔政策SA稠--筆--劉Se宰le替ct箭iv絕e話Av競(jìng)ai隔la村bi駱li尾ty灘（毛選擇夸可用臉性）SP育S定分位服貧務(wù)中嘗加干磁擾技鮮術(shù)-技改術(shù)-技腫術(shù)干擾衛(wèi)星見星歷引入噸高頻速抖動(dòng)實(shí)施肯SA侵政策額：水扶平定策位1腐00伏米，特垂直顏定位蕩15料0米（2通00視0年旬5月滲前）衛(wèi)星朱原子土鐘的帖基頻1協(xié)=1案9.薯03祝cm杜勁2=祖24街.4慎2c膛m6/曲26冰/2督02撇326(3浩)影實(shí)施興AS僑政策AS踢--當(dāng)An研ti齒-S馬po辱of晴in游g曠(精像碼P板碼加炎密)AS答--瞇反電餅子欺注騙PWY特許采用戶隨和非干特許色用戶烏定位至精度6/背26扛/2抱02苦327研究乏差分GP布S技術(shù)建立聚獨(dú)立膏衛(wèi)星驕定位軟系統(tǒng)GL朽ON東AS臟S伽利衰略(Ga根li厘le裁o)北斗開發(fā)嫂組合狂接收糠機(jī)和先組合初系統(tǒng)GP笨S/窮GL世ON驕AS糊S掩G黃PS藥/I宏NS5誓.非活特許霧用戶胡的對(duì)手策（宅反限抹制）6/困26鋪/2柄02狡328GL延ON館AS頑S是券GL裕Ob伶al著e畢NA躬vi兼ga惡ti絹on貢S詳at項(xiàng)el斥li民te高S搖ys惠te思m(閑全球械導(dǎo)航渠衛(wèi)星容系統(tǒng)慎)的截字頭怪縮寫炒，是栗前蘇宴聯(lián)從歉80蠟?zāi)甏铣蹰_梅始建萌設(shè)的捕與美鏈國(guó)G質(zhì)PS文系統(tǒng)毛相類葵似的遇衛(wèi)星最定位化系統(tǒng)秤，也棍由衛(wèi)葛星星擁座、濾地面誦監(jiān)測(cè)狹控制賓站和遺用戶鏡設(shè)備跳三部毛分組循成。旋現(xiàn)在漫由俄轉(zhuǎn)羅斯坡空間竟局管貝理。GL瘋ON揚(yáng)AS晶S系滔統(tǒng)的詢衛(wèi)星龍星座狗由2姑4顆彎衛(wèi)星翁組成所，均值勻分香布在蟻3個(gè)鋒近圓博形的器軌道尤平面嚴(yán)上，拖每個(gè)帆軌道雖面8晌顆衛(wèi)乞星，艱軌道謎高度義19頌10懇0公欠里，剩運(yùn)行便周期榜11百小時(shí)犁15加分，收軌道敲傾角鞋64怠.8盆°。GL泊ON歪AS沒S衛(wèi)保星的清載波船上也孕調(diào)制英了兩融種偽須隨機(jī)聽噪聲晶碼：吃S碼爬和P龍碼。GL縮慧ON棚AS執(zhí)S系齊統(tǒng)從您理論煌上有浸24病顆衛(wèi)雨星，蒙但由直于衛(wèi)辰星使珠用壽熔命和洋資金庭緊張趨等問走題，煮實(shí)際腰上目綢前只據(jù)有8桂顆。GL何ON纖AS卡S系綁統(tǒng)單獲點(diǎn)定智位精撐度水眠平方過向?yàn)槲?6顆m，圣垂直賴方向倦為2問5m捕。GL斷ON蠶AS局S系屯統(tǒng)6/心26盯/2察02裂329GL盒ON括AS總S系俘統(tǒng)狹(G掌LO幕ba腿l強(qiáng)NA懸vi想ga扯ti破on針S訂at促el臉li磚te氣S刺ys撥te掏m,寨俄貿(mào)羅斯炒)星座勁組成24秋顆衛(wèi)飄星（侮21龜＋3朵）三個(gè)晝軌道陸平面每個(gè)狡軌道勁面上石衛(wèi)星傍均勻按分布軌道遞高度困：1發(fā)91撤00律km軌道拾傾角賤：6悶4.公8°衛(wèi)星皇運(yùn)行用周期跳：1六1h絮15佛mi佛n19秒95務(wù)年底珠建成6/墓26康/2覆02偽330GL硬ON爹AS老S信雪號(hào)每顆遣衛(wèi)星雄載波嚇頻率濕不同計(jì)劃解調(diào)整堅(jiān)載波務(wù)頻率演，使王同軌拆道上淹相對(duì)互的衛(wèi)章星載證波頻順率相丸同。覆20肚05嬸年后L1省:鬧15喉98恩.0易62育5~鴨16奏04葉.2五50綁0M折HzL2尚:銅12慌42梁.9屢37倍5~魯12看47寶.7驚50坊0M票Hz各顆慨衛(wèi)星號(hào)也有地C/堂A碼勒與P緊碼，資且不勿同衛(wèi)岸星間逮相同無(wú)S牽A與底AS役技術(shù)趕，但貫不向滲民用造用戶丹提供農(nóng)P碼GL宜ON兔AS琴S單慰點(diǎn)定屈位精運(yùn)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嘆02挑3316/綿26膨/2系02準(zhǔn)3326/道26須/2膝02曉333系統(tǒng)扇組成：①衛(wèi)矮星星堂座：鉤由3么個(gè)獨(dú)限立的閱圓形兇軌道殼，3睛0顆弓GN亮SS疼衛(wèi)星酸組成捆（2藝7顆逼工作驚衛(wèi)星轎，3拒顆備腐用衛(wèi)全星）聽。年衛(wèi)星誦的軌虛道傾宮角i釋=腹56育°；鴉衛(wèi)星涂的公錘轉(zhuǎn)周震期T絹=1佩4h葬23黃m1渡4S雕恒星夫時(shí)；趙軌道喜高度停H=酷23夕61洲6k吩m追。②地血面系全統(tǒng)：撒在歐趙洲建柏立2永個(gè)控抽制中炊心；嚇在全套球構(gòu)皇建監(jiān)滑控網(wǎng)洽。③定野位原跑理：恭與G稈PS臟相同嫌。④定畜位精瞞度：麗導(dǎo)航及定位煎精度瓶比目縣前任闊何系忍統(tǒng)都哪高。計(jì)劃梯實(shí)施：①遷19追94懷年開鬧始進(jìn)立入方室案論衛(wèi)證階防段；②清20萌03冊(cè)年開嫂始發(fā)醬射兩蕩顆試臘驗(yàn)衛(wèi)業(yè)星進(jìn)嗎入試遣驗(yàn)階怕段；③乓20捕08乒年整固個(gè)伽緞利略釀（G到NS裁S）揀系統(tǒng)遺建成根并投枝入使饑用；伽俐混略系母統(tǒng)6/適26否/2慶02頁(yè)334GA既LI扁LE陳O系羞統(tǒng)背(歐旺洲)星座寶組成30霜顆衛(wèi)普星違（2呀7＋興3）三個(gè)伐軌道等平面軌道扒高度釘：2扛36破16獸km軌道拘傾角鞠：5煎6°Ga雅li毅le野o信績(jī)號(hào)根據(jù)韻公開急、安飛全、冤商業(yè)躲、政勿府四混種服隊(duì)務(wù)模底式采志用不軌同信罩號(hào)載波巴頻率嚇：L猴波段念（E近1,溜E2酷,E稻5a虛,叔E5源b和碑E6建）6/朵26蕩/2炎02車335星座包建立析計(jì)劃20關(guān)04公，發(fā)黨射G王ST掙B混(G客al剪il晉eo次S腹ys駛te案m啞Te胳st則B縱ed浴)試背驗(yàn)衛(wèi)宴星20喜05胖～2盞00挺6，盯發(fā)射乎4顆粥工作未衛(wèi)星公，在優(yōu)軌作首業(yè)試摘驗(yàn)20憂08莖，建誓立G悄al挽il佩e(cuò)o暫工作種星座6/似26爐/2愈02友336北斗指衛(wèi)星章導(dǎo)航菊系統(tǒng)眾(鑄中國(guó)沙)系統(tǒng)牌組成導(dǎo)航栽衛(wèi)星稱：2僅顆地剃球同遭步衛(wèi)玩星（譜Sa開t-侄31滔/3毀2靜嘗地衛(wèi)仗星