GPS-全球定位系統(tǒng)原理與應(yīng)用

GPS全球定位系統(tǒng)原理與應(yīng)用GPS導(dǎo)航儀GPS新聞（2010年9月）申通快遞應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸透明化管理江津283輛客運(yùn)班車(chē)裝GPS不良駕駛將“現(xiàn)形”市民帶上GPS爬鳳凰山迷路救援隊(duì)員凌晨上山將其救出時(shí)代：美國(guó)政府可使用GPS監(jiān)視公民行蹤GPS監(jiān)控寧夏偏遠(yuǎn)山村電影放映陽(yáng)光作業(yè)提高運(yùn)動(dòng)員成績(jī)GPS定位系統(tǒng)幫大忙?緒論GPS定位技術(shù)及其發(fā)展GPS是什么？GPS的英文全稱是:NavigationSatelliteTimingAndRanging/GlobalPositionSystem，簡(jiǎn)稱GPS，有時(shí)也被稱作NAVSTARGPS。其意為“導(dǎo)航星測(cè)時(shí)與測(cè)距/全球定位系統(tǒng)”，或簡(jiǎn)稱全球定位系統(tǒng)。定義：GPS是美國(guó)研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置，三維速度和時(shí)間信息。GPS技術(shù)的發(fā)展利用測(cè)深桿沿著海岸航行根據(jù)盛行風(fēng)和風(fēng)向。探險(xiǎn)家估計(jì)離陸地已近便把烏鴉放出去。水手依據(jù)氣味的方向判斷陸地的位置和船所在的位置最古老，最簡(jiǎn)單的導(dǎo)航方法是星歷導(dǎo)航；天文測(cè)量的思想早已經(jīng)出現(xiàn)在了測(cè)量學(xué)中；1405~1433年，中國(guó)明朝鄭和率領(lǐng)船隊(duì)七次橫渡印度洋，提出了利用恒星高度來(lái)測(cè)定地理緯度的方法；最早的導(dǎo)航儀是中國(guó)人發(fā)明的指南針；進(jìn)入20世紀(jì)，人們逐漸發(fā)現(xiàn)發(fā)明了很多新的技術(shù)：1、海員通過(guò)測(cè)量船體的速度進(jìn)行外推確定位置，“拖繩計(jì)節(jié)”；2、慣性導(dǎo)航技術(shù)，第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)以馮·布勞思為首的研究小組研制出了V-2火箭，它從歐洲本土飛越英吉利海峽，直奔英國(guó)首都，在倫敦市區(qū)爆炸了世界上第一枚投入戰(zhàn)爭(zhēng)的彈道式導(dǎo)彈，被希特勒稱為“第三帝國(guó)的秘密武器”。由于電子技術(shù)和電磁波技術(shù)的發(fā)展，人們從懂得利用宇宙中的參照物（星體）擴(kuò)展到主動(dòng)建立人為的參照物，即電子導(dǎo)航系統(tǒng)。首先是地基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，由在世界各地適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)建立的無(wú)線電參考站組成；1957年，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星；1958年，美國(guó)著手建立為軍用艦艇導(dǎo)航服務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)，即海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（NavaNavigationingSatelliteSystem–NNSS）,也稱子午衛(wèi)星系統(tǒng)；1960年發(fā)射第一顆衛(wèi)星；1964年1月該系統(tǒng)正式運(yùn)行；1967年7月系統(tǒng)解密以供民用。前蘇聯(lián)于1965年建立了一個(gè)類(lèi)似的系統(tǒng)：CICADA1973年，美國(guó)DOD批準(zhǔn)其海陸空三軍聯(lián)合研制第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS，設(shè)計(jì)24顆衛(wèi)星，投資300億美元，分三個(gè)階段：第一階段：方案論證（1974—1978）；第二階段：系統(tǒng)論證（1979—1987）；第三階段：生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)（1988—1993）；1995年7月，GPS達(dá)到FOC(FullOperationalCapability)；GPS的功能用途測(cè)量、航空、衛(wèi)星定位、軍事、精細(xì)農(nóng)業(yè)、車(chē)載導(dǎo)航、廣播、電視、探險(xiǎn)、航運(yùn)向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置，三維速度和時(shí)間信息.GPS的特點(diǎn)：全球性連續(xù)覆蓋，全天候工作；定位精度高；觀測(cè)時(shí)間短；測(cè)站間無(wú)需通視；可提供三維坐標(biāo)；操作簡(jiǎn)便；功能多，用途廣。軍事上的應(yīng)用協(xié)同作戰(zhàn)方面GPS可為各級(jí)指揮系統(tǒng)提供各種目標(biāo)及事件所發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)導(dǎo)彈的制導(dǎo)，提高命中目標(biāo)的精度美伊戰(zhàn)爭(zhēng)70%左右使用GPS輔助制導(dǎo)，使戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈從1600公里的地方準(zhǔn)確打擊一個(gè)小房子的目標(biāo)。搜索、救援人員野外定位在茫茫的沙漠上，沒(méi)有任何標(biāo)志，主要靠導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行定位，知道自己在什么地方美國(guó)的前參謀長(zhǎng)聯(lián)席會(huì)議主席曾說(shuō)過(guò)，如果沒(méi)有GPS系統(tǒng)的支持，美國(guó)甚至連一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)都無(wú)法取勝美國(guó)對(duì)伊戰(zhàn)爭(zhēng)中使用的最多的殺手锏是“精確制導(dǎo)武器”，而精確制導(dǎo)武器離不開(kāi)衛(wèi)星的偵察和定位作用，美軍空襲幾乎全部使用了gps輔助制導(dǎo)的精確制導(dǎo)武器，使美軍可以在夜間和沙塵的天氣條件下發(fā)起攻擊。美英聯(lián)軍的“自相殘殺”時(shí)有發(fā)生，如美軍巡航導(dǎo)彈落在了土耳其，“愛(ài)國(guó)者”擊落了英軍的“旋風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)，軍事專(zhuān)家分析原因：技術(shù)欠缺，地形復(fù)雜，訓(xùn)練不足，還有敵軍的破壞和干擾，因此，布什致電普京，指責(zé)俄羅斯的公司向伊拉克出售GPS干擾裝置海陸空的導(dǎo)航應(yīng)用海洋運(yùn)輸，利用GPS提供的位置信息，選擇最佳路徑，節(jié)省時(shí)間，燃料，并保障安全（1）使用GPS，一艘大型油輪橫渡大西洋一次可節(jié)省17000美元（2）沿海漁船上裝上GPS可方便準(zhǔn)確的導(dǎo)航，避免進(jìn)入國(guó)外領(lǐng)海，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海捕魚(yú)陸地車(chē)輛導(dǎo)航（1）對(duì)特種車(chē)輛進(jìn)行跟蹤、監(jiān)控、保障其安全——運(yùn)鈔車(chē)（2）公交系統(tǒng)、出租車(chē)系統(tǒng)——利用GPS隨時(shí)知道每輛車(chē)的具體方位和行駛狀況，隨時(shí)安排調(diào)度（3）北京的奧運(yùn)交通投資900億，其中一個(gè)內(nèi)容是四環(huán)以內(nèi)的公交、出租全部都裝上GPS監(jiān)控系統(tǒng)GPS導(dǎo)航：自動(dòng)定位的時(shí)間約為45秒，數(shù)據(jù)更新為1次/秒，水平定位精度小于10米，速度精度為0.5米/秒；任我游300裝載了全國(guó)公路網(wǎng)和313個(gè)城市的詳細(xì)地圖，而且還有大量的生活、旅游、交通資訊可以查詢。上海的110指揮中心車(chē)輛監(jiān)控空中導(dǎo)航（1）空中管制，導(dǎo)航，監(jiān)測(cè)（2）飛機(jī)的進(jìn)場(chǎng)，著陸RNP精密導(dǎo)航：RNP（RequiredNavigationPerformance）精密導(dǎo)航技術(shù)，是利用飛機(jī)自身機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備和全球定位系統(tǒng)引導(dǎo)飛機(jī)起降的新技術(shù)，為目前國(guó)際航空界公認(rèn)的飛行導(dǎo)航未來(lái)發(fā)展方向。3、定位大地測(cè)量和工程測(cè)量的應(yīng)用（1）代替常規(guī)方法布設(shè)、加密控制網(wǎng)（2）測(cè)圖、放樣（3）變形監(jiān)測(cè)（4）地球動(dòng)力學(xué)，檢測(cè)板塊、極移運(yùn)動(dòng)常規(guī)方法的局限：無(wú)法同時(shí)精確確定點(diǎn)的三維坐標(biāo)；觀測(cè)受氣候、環(huán)境條件限制；自動(dòng)化程度不高；不能連續(xù)觀測(cè)；觀測(cè)點(diǎn)之間需要保證通視（需要修建覘標(biāo)/架設(shè)高大的天線；邊長(zhǎng)受到限制；觀測(cè)難度大；效率低：無(wú)用的中間過(guò)渡點(diǎn)）地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)：由于印度板塊向北向的推擠而造成了中國(guó)大陸內(nèi)部產(chǎn)生了比較強(qiáng)烈變形，由于它的板塊在喜馬拉雅和亞洲板塊的碰撞，使得青藏高原產(chǎn)生這種隆升，而這種隆升的過(guò)程，又伴隨著青藏高原整體向東向的擠出，這樣一種擠出就會(huì)使得青藏高原內(nèi)部，包括青藏高原周邊的地塊,破碎成了一系列大小不同尺度的地塊，而這種地塊在邊界帶會(huì)相互地位錯(cuò)，會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)一旦以不穩(wěn)定的破裂形式發(fā)生的話就產(chǎn)生地震GPS與減災(zāi)防災(zāi)：胡錦濤主席提到：“要加快遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用以及防災(zāi)減災(zāi)高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和綜合集成，建立國(guó)家綜合減災(zāi)和風(fēng)險(xiǎn)管理信息共享平臺(tái)，完善國(guó)家和地方災(zāi)情監(jiān)測(cè)、預(yù)警、評(píng)估、應(yīng)急救助指揮體系?！鳖I(lǐng)?；€測(cè)量測(cè)量上的前景展望4、授時(shí)精度：10ns的時(shí)鐘改正數(shù)應(yīng)用：電力系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電5、其他農(nóng)業(yè)、氣象、休閑、日常生活……運(yùn)動(dòng)員實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、人員定位GPS新聞：新華社坎帕拉11月12日電:記者從正在烏干達(dá)舉行的第九屆《濕地公約》締約方大會(huì)上了解到，一些國(guó)家正在利用高科技手段研究候鳥(niǎo)遷徙，以追蹤候鳥(niǎo)這一傳播禽流感病毒的“最大嫌疑犯”。過(guò)去多使用人為手段追蹤候鳥(niǎo)，鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)家為此要花費(fèi)大量時(shí)間在世界各地追尋候鳥(niǎo)遷徙足跡，了解候鳥(niǎo)的生活習(xí)性?，F(xiàn)在，很多科學(xué)家正在利用ＧＰＳ（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）等先進(jìn)手段，監(jiān)測(cè)候鳥(niǎo)的飛行路線。據(jù)悉，利用ＧＰＳ系統(tǒng)監(jiān)測(cè)從歐亞大陸遷徙到北美的候鳥(niǎo)，不僅可以進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，誤差也只有幾米遠(yuǎn)。GPS和你的專(zhuān)業(yè)有什么關(guān)系嗎？土地資源管理：土地利用現(xiàn)狀調(diào)查；地籍測(cè)量；建設(shè)用地勘測(cè)定界；土地產(chǎn)權(quán)調(diào)查土地利用現(xiàn)狀、變化調(diào)查：一般方法：遙感相片；航攝相片；直接外業(yè)調(diào)繪，皮尺、常規(guī)測(cè)量?jī)x器一般的工作方法：土地資源監(jiān)測(cè)類(lèi)型體系及數(shù)據(jù)；室內(nèi)遙感解釋?zhuān)禾崛⊥恋乩眠b感變化信息；GPS野外實(shí)測(cè)作業(yè)，低精度的變化靶區(qū)數(shù)據(jù)（指導(dǎo)GPS作業(yè)）；利用野外作業(yè)獲得的高精度測(cè)量數(shù)據(jù)更新土地利用數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)采集/維護(hù)系統(tǒng)：TOPCON公司的Turbo-G2亞米級(jí)GPS接收機(jī)，進(jìn)行高精度GIS數(shù)據(jù)采集時(shí)還需架設(shè)一臺(tái)基準(zhǔn)臺(tái)，兩站之間的作用距離不得超過(guò)300公里。屬性采集GPS手持機(jī)“北京市國(guó)土資源局"GPS/PDA技術(shù)"在土地調(diào)查業(yè)務(wù)中的應(yīng)用”：與東南大學(xué)合作，利用該校研制的集成GPS、PDA、GIS、RS、網(wǎng)絡(luò)通訊（GPRS）等技術(shù)于一體、適合基層土地管理人員使用的便攜式土地調(diào)查作業(yè)系統(tǒng)-“調(diào)查之星”2006年，市局投資320萬(wàn)元為14個(gè)區(qū)縣分局配置了“調(diào)查之星”。利用“調(diào)查之星”對(duì)順義、通州、大興區(qū)以及亦莊經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)征（占）地部分檔案的宗地（位置、面積）數(shù)據(jù)進(jìn)行外業(yè)定位和面積量算。整個(gè)外業(yè)工作，充分利用了“調(diào)查之星”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，僅僅用了以前傳統(tǒng)調(diào)查方法約1/6的時(shí)間，就完成了1500多份歷史檔案的外業(yè)調(diào)查和內(nèi)業(yè)上圖工作。示范應(yīng)用表明：GPS/PDA不僅可以用于地籍調(diào)查與測(cè)繪，還可以用于農(nóng)村集體土地調(diào)查、土地登記發(fā)證、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法檢查等。第二次全國(guó)土地調(diào)查明確18億畝耕地紅線：僅用三年時(shí)間，從具體地塊開(kāi)始，查清全國(guó)城鄉(xiāng)每一塊土地的權(quán)屬、面積、四至和用途等情況，查清每一塊基本農(nóng)田的狀況，并要高標(biāo)準(zhǔn)地建立“四級(jí)聯(lián)網(wǎng)、上下互通”的土地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)土地管理信息化、網(wǎng)絡(luò)化。《第二次全國(guó)土地調(diào)查總體方案》中：“…農(nóng)村土地調(diào)查以1:1萬(wàn)主比例尺，以正射影像圖作為調(diào)查基礎(chǔ)底圖，充分利用現(xiàn)有資料，在GPS等技術(shù)手段引導(dǎo)下，實(shí)地對(duì)每一塊土地的地類(lèi)、權(quán)屬等情況進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，并詳細(xì)記錄，繪制相應(yīng)圖件，填寫(xiě)外業(yè)調(diào)查記錄表，確保每一地塊的地類(lèi)、權(quán)屬等現(xiàn)狀信息詳細(xì)、準(zhǔn)確、可靠?！盙PS搜索違法用地土壤調(diào)查五、GPS有什么缺點(diǎn)嗎？飛機(jī)上的導(dǎo)航配備現(xiàn)狀：中國(guó)北方航空公司的主力機(jī)型有麥道系列和空客系列飛機(jī)，包括MD-82、MD-90、A-300和A-321。1、MD-82生產(chǎn)年代最早，原來(lái)的導(dǎo)航系統(tǒng)是歐米茄系統(tǒng)，但由于80年代美國(guó)停用歐米茄系統(tǒng)四個(gè)地面臺(tái)，該系統(tǒng)不再工作，北方公司選裝了兩套GPS系統(tǒng)。2、MD-90和A-300是70-80年代生產(chǎn)的飛機(jī)，機(jī)載電子設(shè)備相近。它們都沒(méi)有裝備GPS，位置導(dǎo)航系統(tǒng)是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。3、A-321是空中客車(chē)公司最先進(jìn)機(jī)型之一，它的電子設(shè)備代表了最新的科技成果在民航業(yè)的應(yīng)用。A-321裝備兩套GPS系統(tǒng)，同時(shí)裝備兩套IRS，并且在正常情況下，IRS為主用系統(tǒng)，GPS為輔助系統(tǒng)。導(dǎo)航儀嚴(yán)重失誤第二節(jié)其他的GNSS系統(tǒng)GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)Galileo系統(tǒng)北斗系統(tǒng)：我國(guó)的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS：GlobalNavigationSatelliteSystem1996年俄羅斯耗資30多億美元，完成了GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星星座的組網(wǎng)工作。類(lèi)似于GPS，是俄羅斯以空間為基礎(chǔ)的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)；其前身CICADA與子午系統(tǒng)同期，于1965年設(shè)計(jì)，有12顆衛(wèi)星；20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始啟動(dòng)GLONASS計(jì)劃1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星1996年1月18日，完成24顆衛(wèi)星的布局，衛(wèi)星具備完全工作能力由于經(jīng)濟(jì)原因，現(xiàn)在天空上的GLONASS衛(wèi)星僅為十幾顆。關(guān)于GLONASS：GLONASS和GPS在技術(shù)上不相上下；GLONASS衛(wèi)星平均在軌道上的壽命較短且由于經(jīng)濟(jì)困難無(wú)力補(bǔ)網(wǎng)，在軌可用衛(wèi)星少，不能獨(dú)立組網(wǎng)；其應(yīng)用普及情況則遠(yuǎn)不及GPS，這主要是俄羅斯沒(méi)有開(kāi)發(fā)民用市場(chǎng)。GLONASS和GPS組合測(cè)量是一個(gè)發(fā)展方向；中國(guó)、印度都計(jì)劃和俄羅斯合作，維護(hù)和發(fā)展GLONASS。GLONASS動(dòng)態(tài)：2005年，俄羅斯聯(lián)邦政府正式批準(zhǔn)了《2006年—2015年俄羅斯聯(lián)邦航天計(jì)劃》，新的十年航天計(jì)劃是一項(xiàng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)航天科技的發(fā)展應(yīng)該更多地為國(guó)家經(jīng)濟(jì)服務(wù)，總預(yù)算為3050億盧布(1美元約合28盧布)，主要任務(wù)是發(fā)展衛(wèi)星通信，完善俄“GLONASS”衛(wèi)星定位系統(tǒng)，保障全俄境內(nèi)的通信和電視轉(zhuǎn)播等2005年底的12月25日，俄航天部隊(duì)與俄航天局在拜科努爾發(fā)射場(chǎng)的81號(hào)發(fā)射臺(tái)成功發(fā)射了載有3顆GLONASS衛(wèi)星的“質(zhì)子-K”運(yùn)載火箭。目前這三顆衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)正常。這三顆衛(wèi)星的飛行由位于莫斯科郊外克拉斯諾茲諾緬恩斯克的指揮所控制。這樣“全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)”有17枚在軌衛(wèi)星。俄將開(kāi)始生產(chǎn)新一代“格洛納斯”導(dǎo)航衛(wèi)星：2008年08月28日:俄羅斯聯(lián)邦航天署27日宣布，俄應(yīng)用機(jī)械科學(xué)生產(chǎn)集團(tuán)已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)新一代導(dǎo)航衛(wèi)星“格洛納斯-K”。據(jù)國(guó)際文傳電訊社報(bào)道，“格洛納斯-K”導(dǎo)航衛(wèi)星預(yù)計(jì)最早于2010年發(fā)射。該衛(wèi)星是俄全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的第三代產(chǎn)品，與前兩代衛(wèi)星“格洛納斯”和“格洛納斯-M”相比，它重量更輕，壽命可長(zhǎng)達(dá)12年俄全力打造“格洛納斯”沖擊美GPS一統(tǒng)天下局面：2008年09月13日:根據(jù)俄羅斯總理普京9月12日簽署的一項(xiàng)命令，俄政府決定增加670億盧布（約合26億美元）專(zhuān)項(xiàng)資金，用于進(jìn)一步落實(shí)“格洛納斯”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)家計(jì)劃。此舉不僅意味著“格洛納斯”計(jì)劃進(jìn)入了一個(gè)全面實(shí)施的新階段，同時(shí)也標(biāo)志著俄羅斯在參與全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中邁出了重要一步。2008年12月，系統(tǒng)達(dá)到20顆衛(wèi)星2、Galileo背景：GLONASS在軌衛(wèi)星缺失，GPS獨(dú)霸市場(chǎng)，GLONASS、GPS均由軍方控制歐盟：要建立國(guó)際民間控制的或歐盟自己的民用導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)：共享的獨(dú)立于GPS的無(wú)增強(qiáng)條件下的適于海陸空的系統(tǒng)。參股共建，收費(fèi)。Galileo的歷程：1998年，歐盟計(jì)劃開(kāi)發(fā)伽利略計(jì)劃2002年1月，“伽利略”計(jì)劃的發(fā)言人向外界宣布，該專(zhuān)案迫于美國(guó)壓力而擱淺。2002年3月26日，歐盟運(yùn)輸部長(zhǎng)們一致同意正式批準(zhǔn)研制“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星的計(jì)劃。同年3月，在多方努力下，歐洲航天局（EuropeanSpaceAgency）和歐盟成員國(guó)同意向“伽利略”計(jì)劃撥款。當(dāng)其時(shí)正值華盛頓與歐洲在進(jìn)攻伊拉克問(wèn)題上鬧得不可開(kāi)交，因此美國(guó)施壓非但沒(méi)有奏效，反而進(jìn)一步激怒了反對(duì)攻伊的法國(guó)、德國(guó)等歐盟國(guó)家。2003年3月20日，美國(guó)發(fā)動(dòng)伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)，更促使歐盟加速去研發(fā)一組不受美國(guó)控制的定位系統(tǒng)。2003年5月，歐盟宣布開(kāi)始實(shí)施“伽利略”計(jì)劃。Galileo的展望：伽利略計(jì)劃將為歐盟創(chuàng)造１５萬(wàn)個(gè)高技術(shù)含量的就業(yè)崗位；每年經(jīng)濟(jì)收益有１００億歐元之多；僅出售航空和航海終端設(shè)備一項(xiàng)就可在２００８年至２０２０年將獲得１５０億歐元收入；Galileo階段：（一）2000年前，可行性評(píng)估或定義（二）2001~2005，開(kāi)發(fā)和檢測(cè)（三）2006~2007，部署（四）2008，商業(yè)運(yùn)行Galileo系統(tǒng)的概況：投資預(yù)計(jì)36億歐元左右；30顆HEO衛(wèi)星組成；三個(gè)軌道面；2.4萬(wàn)多公里；預(yù)計(jì)在2008年布置完成；Galileo系統(tǒng)的服務(wù)：向用戶提供三種信號(hào)：１）免費(fèi)使用的信號(hào)（6M）；２）加密且需交費(fèi)使用的信號(hào)；３）加密且需滿足更高要求的信號(hào)（<1M）。如果說(shuō)GPS只能找到街道，“伽利略”則可找到車(chē)庫(kù)門(mén)Galileo動(dòng)態(tài)：2004年6月22日，美國(guó)國(guó)務(wù)院及歐洲聯(lián)盟執(zhí)行委員會(huì)官員表示，雙方已經(jīng)達(dá)成最后協(xié)議，解決大西洋兩岸在衛(wèi)星定位系統(tǒng)上的爭(zhēng)議，確保美國(guó)的全球定位系統(tǒng)與歐洲的伽利略計(jì)劃能夠兼容且不會(huì)互相干擾。歐盟與印度簽署《伽利略計(jì)劃》合作協(xié)定（2005），新華社布魯塞爾9月7日電(記者盧蘇燕)歐盟委員會(huì)7日宣布，歐盟與印度當(dāng)天在印度首都新德里簽署了雙方在《伽利略計(jì)劃》方面的合作協(xié)定，從而使歐盟在這一民用衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃中的合作伙伴增加到4個(gè);除印度外，歐盟已與中國(guó)、以色列和烏克蘭簽署了合作開(kāi)發(fā)協(xié)議，并正在與阿根廷、巴西、摩洛哥、墨西哥、挪威、智利、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、加拿大以及澳大利亞等國(guó)進(jìn)行合作談判。中國(guó)與Galileo：2003年底，中國(guó)與歐盟簽署了就“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃進(jìn)行合作的雙邊協(xié)議。協(xié)議規(guī)定：中歐雙方將在衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、工業(yè)制造、服務(wù)和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和頻率等方面進(jìn)行合作。此外，中國(guó)還將在“伽利略聯(lián)合企業(yè)”中投入約2億歐元，并在其中持有相應(yīng)的股份。美國(guó)威脅摧毀中歐合研衛(wèi)星：2005年2月，香港文匯報(bào)報(bào)道，根據(jù)一份美國(guó)空軍文件透露，美國(guó)空軍副部長(zhǎng)蒂茲這樣寫(xiě)道：「10年后，如果『伽利略』全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)準(zhǔn)確地攻擊美軍時(shí)，那么美國(guó)人民的生命就會(huì)非常危險(xiǎn)，我們將會(huì)怎么辦呢？」美國(guó)報(bào)刊披露，美軍已經(jīng)制定了詳細(xì)的作戰(zhàn)計(jì)劃，在必要時(shí)摧毀歐盟未來(lái)的“伽利略”全球定位系統(tǒng)的衛(wèi)星。據(jù)說(shuō)歐洲委員會(huì)堅(jiān)稱，即使衛(wèi)星將來(lái)會(huì)用於與美國(guó)打仗，也不會(huì)關(guān)掉它們或進(jìn)行訊號(hào)干擾。2005年已發(fā)射第一顆衛(wèi)星GIOVE－A：2005年12月28日，歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的首顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“GIOVE－A”由俄羅斯“聯(lián)盟－FG”火箭從哈薩克斯坦的拜科努爾航天中心發(fā)射升空，體積:2.7x1.2x1.1m3，重量：650Kg。第一顆衛(wèi)星由伽利略工業(yè)公司研制,采用的最突出的新技術(shù)是無(wú)源氫母鐘(PHM)。2006年1月12日，GlOVE-A已開(kāi)始向地面發(fā)送信號(hào)。2008年4月發(fā)射第二顆衛(wèi)星3、北斗一號(hào)兩顆“北斗一號(hào)”衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空第三顆“北斗一號(hào)”衛(wèi)星于2003年5月25日發(fā)射升空第四顆于2007年2月3日發(fā)射北斗系統(tǒng)：目的：快速定位、實(shí)時(shí)導(dǎo)航，簡(jiǎn)短通訊，精密授時(shí)；由三顆地球同步軌道衛(wèi)星組成星座，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；36000km。北斗的用戶接收機(jī)：定位通信型；通信型；授時(shí)型；管理型定位過(guò)程：由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I、II發(fā)送詢問(wèn)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問(wèn)信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，徑衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來(lái)的信號(hào)，然后根據(jù)用的申請(qǐng)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。北斗系統(tǒng)定位的特點(diǎn)：定位工作主要在中心站完成，屬于主動(dòng)式導(dǎo)航定位系統(tǒng)二維導(dǎo)航和定位，高程結(jié)果需要由其他途徑獲得主要的優(yōu)勢(shì)在于軍用：通訊、集團(tuán)用戶的調(diào)度和派遣北斗系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀：2004年4月全面對(duì)民用客戶開(kāi)放，迄今為用戶提供定位服務(wù)超過(guò)億次，通信服務(wù)超過(guò)千萬(wàn)條，在軍事應(yīng)用、森林防火、水利防汛、交通運(yùn)輸、安全保衛(wèi)等領(lǐng)域產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益。以衛(wèi)星設(shè)計(jì)容量為百萬(wàn)戶來(lái)計(jì)算，目前在線的終端用戶不足千分之一。以衛(wèi)星在軌壽命8年來(lái)計(jì)算，每天有100萬(wàn)元的折舊在白白消耗；北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的地面終端設(shè)備研制滯后，至今缺少性能穩(wěn)定、價(jià)格平民化的用戶機(jī)；北斗系統(tǒng)的應(yīng)用案例：“陜南水利雨量監(jiān)測(cè)速報(bào)系統(tǒng)”——由西安山脈公司和北斗星通共同建造，依托北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，通過(guò)北斗衛(wèi)星鏈路，實(shí)現(xiàn)了陜南漢中安康商洛三地市用戶所需的水文水情信息的實(shí)時(shí)傳輸?！斑叿佬畔⒒芸亍薄惭b了“北斗一號(hào)”車(chē)載指揮終端設(shè)備的巡邏車(chē)正在沿著邊境線例行巡邏。指揮控制中心的屏幕上，“北斗一號(hào)”衛(wèi)星巡邏檢查系統(tǒng)顯示著車(chē)輛移動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡。在地震中的重要作用：中國(guó)自主研制的“北斗一號(hào)”系統(tǒng)在通信中斷的情況下發(fā)揮重要作用，救災(zāi)部隊(duì)攜帶的北斗系統(tǒng)正在陸續(xù)發(fā)回各種災(zāi)情和救援信息。“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到，一支攜帶了“北斗一號(hào)”終端機(jī)的部隊(duì)，從中午12時(shí)開(kāi)始，沿著馬爾康、黑水、理縣到汶川的317國(guó)道，以每小時(shí)6公里左右的速度一路急進(jìn)。6個(gè)小時(shí)前進(jìn)了近40公里，已經(jīng)進(jìn)入汶川縣境內(nèi)，離縣城還有40公里左右的路程。由于通信受阻礙，位于北京的衛(wèi)星導(dǎo)航定位指控中心初步判斷該部隊(duì)隸屬四川武警總隊(duì)。指控中心正在進(jìn)一步了解情況。北斗二代計(jì)劃：“二代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”：COMPASS-系統(tǒng)是繼北斗一代系統(tǒng)后的中國(guó)新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這將是一個(gè)真正的全球定位系統(tǒng)?！岸倍穼?dǎo)航系統(tǒng)”計(jì)劃包括4顆靜止星；12顆中軌星；9顆高軌星。原定2006年開(kāi)始組網(wǎng)，2010年實(shí)現(xiàn)全球精確覆蓋。2007年4月14日首顆衛(wèi)星發(fā)射成功2009年4月發(fā)射第二顆4、其他：印度地區(qū)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)七顆衛(wèi)星，其中三顆為靜地衛(wèi)星，為印度全境及周邊2000公里的范圍提供定位服務(wù)，精度20米。第三節(jié)GPS系統(tǒng)的組成（一）由GPS衛(wèi)星組成的空間部分SpaceSegment（二）由若干地面站組成的控制部分GroundSegment（三）以接收機(jī)為主體的廣大用戶部分UserSegment（一）空間部分GPS系統(tǒng)的空間部分由GPS衛(wèi)星組成，稱為衛(wèi)星星座。GPS衛(wèi)星：銫原子鐘，計(jì)算機(jī)，2塊7m2的太陽(yáng)能翼板，姿態(tài)控制和太陽(yáng)能板指向系統(tǒng)，無(wú)線電收發(fā)兩用機(jī)，導(dǎo)航荷載（發(fā)射測(cè)距和導(dǎo)航數(shù)據(jù)），1,877kgGPSIIR衛(wèi)星發(fā)射GPS衛(wèi)星的發(fā)展：試驗(yàn)衛(wèi)星：BlockⅠ；工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲(chǔ)星歷能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲(chǔ)星歷能力為180天，SV35和SV36帶有激光反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設(shè)第三民用頻率GPS衛(wèi)星：所用時(shí)鐘不同，存儲(chǔ)信息量不同，發(fā)射信號(hào)組成不同，衛(wèi)星間通訊能力不同GPS星座：衛(wèi)星：24顆，軌道：6個(gè)，長(zhǎng)半軸：26609km，偏心率：0.01，衛(wèi)星高度：20200km，軌道面相對(duì)赤道面的傾角：55°，衛(wèi)星運(yùn)行周期：11小時(shí)58分鐘特點(diǎn)：任何時(shí)刻任何地點(diǎn)保證能接收到四顆以上的衛(wèi)星，一般6~11顆；高軌，軌道受攝動(dòng)較??；能見(jiàn)地面面積大，38%；GPS信號(hào)的波束覆蓋地面比較均勻；衛(wèi)星經(jīng)過(guò)天頂時(shí)，衛(wèi)星可見(jiàn)時(shí)間為5小時(shí)；周期11h58min,地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次；當(dāng)前星座：28顆空間部分的作用：飛越注入站上空時(shí)，接收地面注入站用S波段發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，并通過(guò)GPS信號(hào)形成導(dǎo)航電文;接收地面主控站通過(guò)注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令（鐘，軌道，衛(wèi)星）;向廣大用戶連續(xù)不斷發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)，并用導(dǎo)航電文中的星歷和歷書(shū)分別報(bào)導(dǎo)自己的現(xiàn)勢(shì)位置，以及其他在軌衛(wèi)星的位置;GNSS系統(tǒng)參數(shù)比較：參數(shù)GPSGLONASSGALILEO衛(wèi)星星座21+321+327+3軌道平面6個(gè)3個(gè)3個(gè)軌道傾角55度64.8度56度軌道高度20200km19123km23616km運(yùn)行周期11h58m11h15m（二）控制部分控制部分的組成：一個(gè)主控站，五個(gè)監(jiān)控站，三個(gè)注入站GPS的地面監(jiān)控部分：監(jiān)測(cè)站（5個(gè)），作用：接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集氣象信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站。地點(diǎn)：夏威夷、主控站及三個(gè)注入站。主控站（1個(gè)），作用：收集各監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星；監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令；衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。地點(diǎn)：美國(guó)科羅拉多州法爾孔空軍基地。注入站（3個(gè)），作用：將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。地點(diǎn)：阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）控制部分的作用：負(fù)責(zé)監(jiān)控全球定位系統(tǒng)的工作監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是否正常工作，是否沿預(yù)定的軌道運(yùn)行跟蹤計(jì)算衛(wèi)星的軌道參數(shù)并發(fā)送給衛(wèi)星，由衛(wèi)星通過(guò)導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶保持各顆衛(wèi)星的時(shí)間同步必要時(shí)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行調(diào)度控制部分的運(yùn)行機(jī)制：GPS衛(wèi)星—————監(jiān)控站—————主控站—————注入站—————GPS衛(wèi)星觀測(cè)原始數(shù)據(jù)星歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)控制參數(shù)監(jiān)控站：GPS接收機(jī)、原子鐘、計(jì)算機(jī)、環(huán)境數(shù)據(jù)采集裝置主控站：具備監(jiān)測(cè)站的功能，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理注入站：計(jì)算機(jī)、發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線（三）用戶部分GPS接收機(jī)：接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)，以獲得必要的定位信息和觀測(cè)量，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理而完成定位工作GPS信號(hào)接收機(jī)：組成：天線單元、帶前置放大器、接收天線，接收單元：信號(hào)通道、存儲(chǔ)器、微處理器、輸入輸出設(shè)備、電源系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制：GPS信號(hào)接收機(jī)<————————GPS衛(wèi)星星座<————————>地面監(jiān)控系統(tǒng)接收設(shè)備24顆衛(wèi)星中央控制系統(tǒng)接收衛(wèi)星信號(hào)廣播軌道時(shí)間數(shù)據(jù)以及輔助資料信息時(shí)間同步、跟蹤衛(wèi)星定軌第四節(jié)本課程的主要內(nèi)容目標(biāo)：GPS相關(guān)的基本概念（載波，偽距），理解gps定位的基本原理（測(cè)距，交會(huì)），如何使用GPS滿足你的不同精度的要求（誤差，定位方法），能夠?qū)PS中的常見(jiàn)問(wèn)題有所理解（坐標(biāo)），了解GPS的應(yīng)用領(lǐng)域第二章坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)第一節(jié)大地測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng)基準(zhǔn)的確定：參考橢球面和參心坐標(biāo)系。為了處理觀測(cè)成果傳算，地面控制網(wǎng)的成果通常選取參考橢球面，選取一參考點(diǎn)作為大地測(cè)量的起算點(diǎn)（稱大地原點(diǎn)），利用大地原點(diǎn)的天文觀測(cè)量，來(lái)確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方向，參考橢球中心一般不在地球質(zhì)心，這種原點(diǎn)位于地球質(zhì)心附近的坐標(biāo)系稱為參心坐標(biāo)系。參心坐標(biāo)系的特點(diǎn)：不關(guān)心地心是否與參心重合，只關(guān)心表面的擬和程度，使得橢球面上的計(jì)算簡(jiǎn)單。笛卡爾坐標(biāo)系：空間直角坐標(biāo)一、空間直角坐標(biāo)系二、大地坐標(biāo)系緯度是線面角，即本地法線與赤道平面的交角；經(jīng)度是兩面角，即本地子午面與本初子午面的交角。地球經(jīng)緯度的起源：公元前344年，亞歷山大渡海南侵，繼而東征，隨軍地理學(xué)家尼爾庫(kù)斯沿途搜索資料，準(zhǔn)備繪一幅“世界地圖”。他發(fā)現(xiàn)沿著亞歷山大東征的路線，由西向東，無(wú)論季節(jié)變換與日照長(zhǎng)短都很相仿。于是做出了一個(gè)重要貢獻(xiàn)——第一次在地球上劃出了一條緯線，這條線從直布羅陀海峽起，沿著托魯斯和喜馬拉雅山脈一直到太平洋。以亞歷山大為名的那座埃及城里，出現(xiàn)了一個(gè)著名圖書(shū)館，多年擔(dān)任館長(zhǎng)的埃拉托斯特尼博學(xué)多才，精通數(shù)學(xué)、天文、地理。他計(jì)算出地球的圓周是46250千米，畫(huà)了一張有7條經(jīng)線和6條緯線的世界地圖。公元120年，一位青年也在這座古老的圖書(shū)館里研究天文學(xué)、地理學(xué)。他就是克羅狄斯·托勒密。托勒密綜合前人的研究成果，認(rèn)為繪制地圖應(yīng)根據(jù)已知經(jīng)緯度的定點(diǎn)做根據(jù)，提出地圖上繪制經(jīng)緯度線網(wǎng)的概念。經(jīng)緯度的起源：托勒密測(cè)量了地中海一帶重要城市和據(jù)點(diǎn)的經(jīng)緯度。其中包括8000個(gè)地方的經(jīng)緯度。為使地球上的經(jīng)緯線能在平面上描繪出來(lái)，他設(shè)法把經(jīng)緯線繪成簡(jiǎn)單的扇形，從而繪制出一幅著名的“托勒密地圖”。備注：?公元前200年，埃及埃拉托斯特尼Erastosthenes引出了經(jīng)度和緯度的系統(tǒng)。?現(xiàn)在的經(jīng)緯度系統(tǒng)由喜帕恰斯Hipparchus在公元前100年提出，用天文方法確定了緯線。?1884年，英國(guó)格林尼治成為了0度經(jīng)線。大地坐標(biāo)系的建立：參考橢球面：數(shù)學(xué)的，可通過(guò)大地水準(zhǔn)面與地球表面建立聯(lián)系Majoraxis,a=6378km；Minoraxis,b=6357km；Flatteningratio,f=(a-b)/a~1/300經(jīng)線和緯線：緯圈平面垂直于地軸，經(jīng)圈平面都通過(guò)地軸大地坐標(biāo)的定義：按慣例：先緯度，后經(jīng)度；數(shù)字在先，符號(hào)在后。例：北京40oN,116oE經(jīng)度和緯度的特點(diǎn)：適合于球面描述度不是一個(gè)描述距離和面積的合適的單位，為了方便計(jì)算；工程上使用的圖都是平面的，球面坐標(biāo)系也不適合無(wú)限放大三、平面直角坐標(biāo)系為了建立各種比例尺的地形圖的測(cè)圖控制和工程測(cè)量控制，通常需要將橢球面上的各點(diǎn)的大地坐標(biāo)按照一定的數(shù)學(xué)規(guī)律投影到平面上，并以相應(yīng)的平面直角坐標(biāo)表示。1、地圖投影的意義投影問(wèn)題的產(chǎn)生：15世紀(jì)初，航海家亨利開(kāi)始把“托勒密地圖”付諸實(shí)踐。但是，經(jīng)過(guò)反復(fù)考察，卻發(fā)現(xiàn)這幅地圖并不實(shí)用。亨利手下的一些船長(zhǎng)遺憾地說(shuō)：“盡管我們對(duì)有名的托勒密十分敬仰，但我們發(fā)現(xiàn)事實(shí)都與他說(shuō)的相反?！?6世紀(jì)，荷蘭出現(xiàn)了一個(gè)偉大的地圖學(xué)家墨卡托（GerardusMercator1512－1594），他編制了新的《世界地圖》、《地球一覽》圖集，發(fā)明了等角正軸圓柱投影——墨卡托投影。這不僅把人們對(duì)世界逐漸完善的認(rèn)識(shí)反映到地圖上，而且其等角航線為直線的特性，給當(dāng)時(shí)歐洲航海事業(yè)巨大支持。墨卡托投影：航海圖正軸等角圓柱投：由荷蘭地圖學(xué)家墨卡托（MercatorGerardus，1512—1594）于1569年所創(chuàng)設(shè)，故又名墨卡托投影。特點(diǎn):不僅保持了方向和相對(duì)位置的正確，而且使等角航線在圖上表現(xiàn)為直線。這一特性對(duì)航海具有重要的實(shí)用價(jià)值。地圖投影的問(wèn)題：在墨卡托投影圖上的經(jīng)緯線。經(jīng)線互相平行，緯線間隔由赤道向兩極增大，以致格陵蘭島比南美洲還大。投影的基本方式：等角投影、等面積投影平面直角坐標(biāo)系的建立2、我國(guó)的投影方法：高斯投影橫軸橢圓柱等角投影，設(shè)想用一個(gè)橢圓柱套在地球橢球外面，并與地球面上的某一子午線相切，這條子午線稱為中央子午線。橢圓柱中心通過(guò)地球的中心，按其等角投影條件，將中心線東西兩側(cè)各一定范圍內(nèi)的經(jīng)為線投影到橢圓柱面上，然后將圓柱面沿其母線切開(kāi)展開(kāi)平面，即得平面上的經(jīng)緯線網(wǎng)格。高斯投影的變形：角度無(wú)變形，長(zhǎng)度變形除中央子午線無(wú)變形外，離開(kāi)中央子午線越遠(yuǎn)，其變形越大。高斯平面直角坐標(biāo)定義：高斯平面直角坐標(biāo)系的定義:X軸：中央子午線的投影,Y軸：赤道的投影,原點(diǎn)：兩軸的交點(diǎn)假東、假北:為了避免坐標(biāo)系中出現(xiàn)負(fù)值，統(tǒng)一規(guī)定將每一帶的坐標(biāo)軸西移或南移一定距離。我國(guó)的假北為0，假東為500km.高斯投影的數(shù)學(xué)表達(dá):高斯投影的計(jì)算公式：地圖上的平面直角坐標(biāo)系:公里格網(wǎng):一系列平行于X軸和Y軸的直線，組成直角坐標(biāo)格網(wǎng)，其間隔一般為1km高斯分帶投影:高斯投影的變形：角度無(wú)變形，長(zhǎng)度變形除中央子午線無(wú)變形外，離開(kāi)中央子午線越遠(yuǎn)，其變形越大解決：劃分多個(gè)投影帶,采用多個(gè)圓柱投影面投影高斯投影分帶和編號(hào):60帶：經(jīng)差60，共分60個(gè)帶，中央子午線：30帶：經(jīng)差30，共分120個(gè)帶，中央子午線：任意帶：1.50或任意高斯投影的參數(shù):中心緯度、中央子午線、坐標(biāo)系的假東、坐標(biāo)系的假北小結(jié)：不同形式的坐標(biāo)系統(tǒng)常見(jiàn)的坐標(biāo)系統(tǒng)：空間直角坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系、平面直角坐標(biāo)系為了處理觀測(cè)成果傳算，地面控制網(wǎng)的成果通常選取參考橢球面，選取一參考點(diǎn)作為大地測(cè)量的起算點(diǎn)（稱大地原點(diǎn)），利用大地原點(diǎn)的天文觀測(cè)量，來(lái)確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方向，參考橢球中心一般不在地球質(zhì)心，這種原點(diǎn)位于地球質(zhì)心附近的坐標(biāo)系稱為參心坐標(biāo)系。定義一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，包含了坐標(biāo)系統(tǒng)的基準(zhǔn)、坐標(biāo)系統(tǒng)的形式。新問(wèn)題：還存在不同基準(zhǔn)的坐標(biāo)系？不同的坐標(biāo)系統(tǒng)：1954年北京坐標(biāo)系、1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系、WGS-72、WGS-841、我國(guó)的大地坐標(biāo)系：參心坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系建立：與蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)橢球：克拉索夫斯基橢球問(wèn)題：參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面符合不好1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系建立：進(jìn)行了我國(guó)的天文大地網(wǎng)整體平差，采用新的橢球元素，進(jìn)行了定位和定向大地原點(diǎn)：陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)橢球：1975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第16屆年會(huì)2、WGS-84坐標(biāo)系:地心坐標(biāo)系定義:原點(diǎn)：地球的質(zhì)心Z軸：指向BIH1984.0定義的CTP（協(xié)議地球極）方向X軸：指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)Y軸：和Z,X構(gòu)成右手系橢球（國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆年會(huì)）不同基準(zhǔn)坐標(biāo)系之間的差異：不同坐標(biāo)系是建立在不同的參考橢球上的。建立坐標(biāo)系相應(yīng)的原點(diǎn)，坐標(biāo)軸都不一致。第二節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換區(qū)分：坐標(biāo)變換——同一基準(zhǔn)（參考橢球）下，在不同坐標(biāo)系表示形式之間進(jìn)行變換基準(zhǔn)變換——在不同的參考基準(zhǔn)間進(jìn)行變換坐標(biāo)變換的實(shí)質(zhì)—同一個(gè)基準(zhǔn)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)——不同的基準(zhǔn)一、坐標(biāo)系的變換空間直角坐標(biāo)系（X，Y，Z）<——————>大地坐標(biāo)系（B，L，H）<——————>平面直角坐標(biāo)系（x，y，H）高斯投影公式二、基準(zhǔn)變換的基本方法BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(X,Y,Z)1——(X,Y,Z)2二維坐標(biāo)的差異：XT＝△X＋Xcosε－Ysinε

YT＝△Y＋Xsinε＋YcosεXT＝△X＋KXcosε－KYsinε

YT＝△Y＋KXsinε＋KYcosε空間直角坐標(biāo)系間關(guān)系——基準(zhǔn)之間的關(guān)系坐標(biāo)系的平移變換、縮放變換、坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)、坐標(biāo)軸系的旋轉(zhuǎn)、三個(gè)旋轉(zhuǎn)七參數(shù)模型:平移有三個(gè)變量Dx，Dy，DZ，旋轉(zhuǎn)有三個(gè)變量，再加上一個(gè)尺度縮放。三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的一般流程BJ54WGS84(X,Y)1(X,Y)2投影參數(shù)投影參數(shù)(B,L)1(B,L)2橢球參數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù)橢球參數(shù)(X,Y,Z)1(X,Y,Z)2七參數(shù)四、手持機(jī)中的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)筆記新問(wèn)題：如果參數(shù)未知如何解決？首先，在測(cè)區(qū)附近選擇一國(guó)家已知點(diǎn)，在該已知點(diǎn)上用GPS測(cè)定WGPS-84坐標(biāo)系經(jīng)緯度B和L，轉(zhuǎn)換成平面直角坐標(biāo)X’Y’，然后與已知北京54坐標(biāo)比較則可計(jì)算出偏移量：△X=X－X’△Y=Y－Y’，式中的X、Y為國(guó)家控制點(diǎn)的已知坐標(biāo)，X’、Y’為測(cè)定坐標(biāo)，△X和△Y為偏移量。求得偏移量后，就可以用此偏移量糾正測(cè)區(qū)內(nèi)的其他測(cè)量點(diǎn)了。X=X’+△X，Y=Y’+△Y。轉(zhuǎn)換參數(shù)有七個(gè)，因此，三個(gè)點(diǎn)（公共點(diǎn)）就可以求得七個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)，但由于公共點(diǎn)在朗格坐標(biāo)系的坐標(biāo)都受到隨機(jī)誤差和其他系統(tǒng)誤差的影響，因此，在實(shí)際工作中，應(yīng)用不同的方法獲得精度要求不同的轉(zhuǎn)換參數(shù)。公共點(diǎn)：如果不知道兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，而是知道部分點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，稱公共點(diǎn)，須通過(guò)公共點(diǎn)的兩組坐標(biāo)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。例如：在做GPS測(cè)量時(shí)，得到測(cè)量點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，通常要求網(wǎng)中包含3個(gè)以上的地方坐標(biāo)已知的控制點(diǎn)。求轉(zhuǎn)換參數(shù)的模型：轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法：三點(diǎn)法：對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的要求精度不高，或只有三個(gè)公共點(diǎn)時(shí)，可用三個(gè)點(diǎn)的9個(gè)坐標(biāo)，列出9個(gè)方程，取其中的7個(gè)方程求解。多點(diǎn)法：由公共點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，按照轉(zhuǎn)換模型，以轉(zhuǎn)換參數(shù)為未知數(shù)寫(xiě)出誤差方程。第三節(jié)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間測(cè)量的意義：田徑運(yùn)動(dòng)員有幾分之一秒之差就決定勝負(fù)；汽車(chē)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量需要精確到0.01秒；炮彈發(fā)射是在千分之一秒內(nèi)發(fā)生的；雷達(dá)技術(shù)需要百萬(wàn)分之一秒的時(shí)間精度；導(dǎo)彈或飛行器計(jì)時(shí)精度需要達(dá)到十億分之一秒；對(duì)核潛艇進(jìn)行無(wú)線電導(dǎo)航，時(shí)間精度要達(dá)到百萬(wàn)分之一秒；科學(xué)家研究原子構(gòu)造、宇宙射線等往往需要準(zhǔn)確測(cè)量?jī)|分之一秒時(shí)間內(nèi)的變化；要準(zhǔn)確測(cè)量光速需要百億分之一秒的準(zhǔn)確度。GPS定位中精密時(shí)間的意義：衛(wèi)星的位置誤差<1cm，要求相應(yīng)的時(shí)刻誤差應(yīng)小于2.6x10-6秒；測(cè)距誤差<1cm，要求信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)量誤差，應(yīng)不超過(guò)3x10-11秒；一、時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間：包含時(shí)刻和時(shí)間間隔兩種意義時(shí)間系統(tǒng)：作為測(cè)時(shí)的基準(zhǔn)，包含時(shí)間尺度（單位）和原點(diǎn)（起始?xì)v元），一般來(lái)說(shuō)任何一個(gè)可觀測(cè)的周期運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，只要滿足：連續(xù)性，穩(wěn)定性，復(fù)現(xiàn)性均可作為時(shí)間基準(zhǔn)。時(shí)標(biāo)發(fā)展史：直立的地上的桿子用以觀察太陽(yáng)光投射的桿影，通過(guò)桿影移動(dòng)規(guī)律、影的長(zhǎng)短確定時(shí)間誤差10秒每天誤差1秒每30年

1955年誤差1秒每300年誤差1秒每300萬(wàn)年二、常用的時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)和太陽(yáng)時(shí)：地球的周期性自轉(zhuǎn)歷書(shū)時(shí)：地球的周期性公轉(zhuǎn)原子時(shí)：原子核外電子能級(jí)躍遷時(shí)輻射的電磁波的頻率1、世界時(shí)系統(tǒng)：恒星時(shí)（春分點(diǎn)）、太陽(yáng)時(shí)（太陽(yáng)）、平太陽(yáng)時(shí)（平太陽(yáng)）根據(jù)天體的周日視運(yùn)動(dòng)反映地球的自轉(zhuǎn)；補(bǔ)充：世界時(shí)系統(tǒng)——以地球的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)原子時(shí)系統(tǒng)——以物質(zhì)內(nèi)部原子躍遷的特征為基礎(chǔ)協(xié)調(diào)世界時(shí)——以原子時(shí)的秒長(zhǎng)為基礎(chǔ)，在時(shí)刻上盡量接近世界時(shí)由于真太陽(yáng)的運(yùn)行速度和時(shí)角變化率不均勻，不適于作為計(jì)量均勻時(shí)間的基準(zhǔn)，在天文學(xué)中引入平太陽(yáng)。它在天赤道上作勻速運(yùn)動(dòng)，其速度與真太陽(yáng)的平均速度相一致。一個(gè)地方的平太陽(yáng)時(shí)以平太陽(yáng)對(duì)于該地子午圈的時(shí)角來(lái)度量。平太陽(yáng)在該地下中天的瞬間作為平太陽(yáng)時(shí)零時(shí)。平太陽(yáng)時(shí)與平恒星時(shí)之間有相互換算關(guān)系。太陽(yáng)時(shí)：參照于太陽(yáng)的地球自轉(zhuǎn)周期太陽(yáng)時(shí)——選取太陽(yáng)作為參考點(diǎn)，用它的周日視運(yùn)動(dòng)周期來(lái)描述時(shí)間的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。平太陽(yáng)時(shí)：太陽(yáng)時(shí)的問(wèn)題——真太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)不均勻，并不嚴(yán)格等于地球自轉(zhuǎn)周期。冬長(zhǎng)夏短，最長(zhǎng)和最短可相差51秒；平太陽(yáng)——假設(shè)一個(gè)參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度等于真太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)平均速度，且該點(diǎn)在天球赤道上作周年運(yùn)動(dòng)。平太陽(yáng)時(shí)——以平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)建立的時(shí)間系統(tǒng)。世界時(shí)UT：世界時(shí)——以平子夜為零時(shí)的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)長(zhǎng)期變化：潮汐影響使地球自轉(zhuǎn)速度變慢；季節(jié)性變化：大氣層中的氣團(tuán)隨季節(jié)變化；不規(guī)則變化：地球內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)；與地球的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，在空間大地測(cè)量中有意義。2、原子時(shí)ATI原子時(shí)秒長(zhǎng)——位于海平面的銫133原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)，在零磁場(chǎng)中躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間，為一原子時(shí)秒。國(guó)際原子時(shí)——國(guó)際上約100座原子鐘，通過(guò)相互比對(duì)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理推算出統(tǒng)一的原子時(shí)系統(tǒng)。原子時(shí)原點(diǎn)——UT2(19)-0.0039s地球自轉(zhuǎn)速度長(zhǎng)期性變慢，世界時(shí)每年比原子時(shí)慢約一秒3、協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC協(xié)調(diào)世界時(shí)——從1972年開(kāi)始，國(guó)際上開(kāi)始使用一種以原子時(shí)秒長(zhǎng)為基準(zhǔn)，時(shí)刻上接近世界時(shí)的折衷的時(shí)間系統(tǒng)。秒長(zhǎng)穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于天體測(cè)量，大地測(cè)量，研究地球自轉(zhuǎn)速度。閏秒——當(dāng)協(xié)調(diào)時(shí)和世界時(shí)相差超過(guò)正負(fù)0.9秒時(shí)，便在協(xié)調(diào)時(shí)上加入一個(gè)閏秒（跳秒）。（跳秒由國(guó)際自轉(zhuǎn)服務(wù)組織發(fā)布，一般在12.31或6.30進(jìn)行）。在2006年的元旦，我國(guó)的時(shí)鐘將撥慢：7時(shí)59分59秒——7時(shí)59分60秒——8時(shí)00分00秒。而在正常情況下，時(shí)間是從7時(shí)59分59秒直接到8點(diǎn)整的。三、GPS時(shí)間系統(tǒng)原子時(shí)系統(tǒng)——秒長(zhǎng)與原子時(shí)相同原點(diǎn)：1980年1月6日的UTC零時(shí)沒(méi)有跳秒第四節(jié)天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系描述衛(wèi)星的位置——天球坐標(biāo)系描述地球上的點(diǎn)的位置——地球坐標(biāo)系一、天球和天球坐標(biāo)系天球——以地球質(zhì)心為中心，半徑為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想球體。1、天球天軸:地球自轉(zhuǎn)軸的延伸線；天極:天軸與天球的交點(diǎn)；天球赤道面：通過(guò)地球質(zhì)心，與天軸垂直的平面；天球子午面：包含天軸,并通過(guò)天球上任何一點(diǎn)的平面黃道和春分點(diǎn)：黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，即地球公轉(zhuǎn)時(shí)，地球上的觀測(cè)者所見(jiàn)到的太陽(yáng)在天球上的軌道。春分點(diǎn)：當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)黃道與天球赤道的交點(diǎn)，在天球上的位置不隨著地球的自轉(zhuǎn)變化。天球坐標(biāo)系的兩種表示方法天球空間直角坐標(biāo)系(X,Y,Z)天球球面坐標(biāo)系(赤經(jīng)，赤緯，向徑)3、建立天球坐標(biāo)系的兩個(gè)問(wèn)題實(shí)際地球的形狀近似一個(gè)赤道隆起的橢球體，因此在日月引力和其他天體對(duì)隆起部分的作用下，地球在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移——?dú)q差、章動(dòng)。歲差：由于對(duì)隆起部分的作用，周期25800年章動(dòng)：由于月球軌道和月地距離的變化，周期18.6年三種天球坐標(biāo)系瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系：瞬時(shí)真天極、瞬時(shí)真赤道面、瞬時(shí)真春分點(diǎn)坐標(biāo)軸指向隨時(shí)間變化瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系：瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)平赤道面、瞬時(shí)平春分點(diǎn)經(jīng)過(guò)了章動(dòng)改正標(biāo)準(zhǔn)歷元平天球坐標(biāo)系：相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)歷元（2000.1.15）的一個(gè)特定時(shí)刻的平天球坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)歷元到觀測(cè)歷元的歲差改正二、地球坐標(biāo)系1、地心坐標(biāo)系的定義：地心空間直角坐標(biāo)系、地心大地坐標(biāo)系2、建立地球坐標(biāo)系的問(wèn)題：極移極移——地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球體的位置不是固定的，因而地極點(diǎn)在地球表面的位置是隨時(shí)間而變化的，這種現(xiàn)象稱為極移。原因：地球內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，其他天體的相互作用；地球不是一個(gè)剛體影響：地球坐標(biāo)系相對(duì)地球不固定，描述的點(diǎn)位隨時(shí)間變化3、兩種地球坐標(biāo)系CIO（國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)）：1900年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)以1900.00~1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時(shí)平均位置作為地球的固定極。瞬時(shí)地球坐標(biāo)系：瞬時(shí)北地極，瞬時(shí)真赤道面與包含瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸的格林尼治平子午面的郊縣；協(xié)議地球坐標(biāo)系：極移使瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向發(fā)生了變化，地面點(diǎn)的坐標(biāo)也不斷變化，因此要定義一個(gè)地球上穩(wěn)定不動(dòng)的坐標(biāo)系，選擇某一固定的基準(zhǔn)點(diǎn)(如CIO原點(diǎn))作為Z軸指向，使之隨地球自轉(zhuǎn)指向不隨時(shí)間變第三章GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星星歷第一節(jié)衛(wèi)星的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的意義任意時(shí)刻衛(wèi)星在什么地點(diǎn)軌道對(duì)定位的影響二、研究天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的歷史古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為，一切萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)都是基于圓形或球形的。此后，這種觀點(diǎn)持續(xù)了幾個(gè)世紀(jì)。畢達(dá)哥拉斯學(xué)派認(rèn)為：一切立體圖形中最美好的是球形，一切平面圖形中最美好的是圓形，而宇宙是一種和諧的代表物，所以一切天體的形狀都應(yīng)該是球形，一切天體的運(yùn)動(dòng)都應(yīng)該是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。橢圓軌道的發(fā)現(xiàn)：第谷(1546-1601):著名的天文觀測(cè)者，近代天文學(xué)的奠基人，對(duì)天體進(jìn)行了精確，細(xì)致的觀測(cè)。卓越的天文儀器制造家，曾制造過(guò)許多大型、精密的天文儀器。給儀器進(jìn)行了精密刻度，大氣折射效應(yīng)進(jìn)行修正，增大了儀器的尺寸并安裝在堅(jiān)固的基礎(chǔ)上。1576年在丹麥王腓特烈二世的資助下，他耗資黃金1噸多在汶島上建立一所宏大的天文臺(tái)，他稱之為天文堡，是世界上最早的大型天文臺(tái)。約翰尼斯.開(kāi)普勒(1571-1630)，被稱為：天上的立法者。利用第谷多年積累的觀測(cè)資料，仔細(xì)分析研究，發(fā)現(xiàn)了行星沿橢圓軌道運(yùn)行，提出行星運(yùn)動(dòng)三定律（即開(kāi)普勒定律）。不僅在天文學(xué)上，開(kāi)普勒在在光學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)也是非常卓越的。他研究了小孔成像，研究過(guò)光的折射問(wèn)題，并且解釋了產(chǎn)生近視眼和遠(yuǎn)視眼的原因。墓志銘：我欲測(cè)天高，今卻量地深。Kepler’sLaws：開(kāi)普勒第一定律——衛(wèi)星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，而該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與地球的質(zhì)心相重合。開(kāi)普勒第二定律——衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過(guò)的面積相等開(kāi)普勒第三定律——衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期的平方與軌道橢圓長(zhǎng)半徑的立方之比為一常量。牛頓力學(xué)定律是天體力學(xué)的基礎(chǔ)艾薩克.牛頓(1643-1727)的運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律給開(kāi)普勒三定律提供了物理的解釋。萬(wàn)有引力定律也成為了天體力學(xué)的理論基礎(chǔ)。天體力學(xué)即應(yīng)用力學(xué)規(guī)律來(lái)研究天體的運(yùn)動(dòng)和形狀。Newton’sLawofGravitation：運(yùn)動(dòng)定律：萬(wàn)有引力：牛頓-衛(wèi)星：牛頓曾經(jīng)設(shè)想:如果制造一座高射大炮，架在高山之上，炮彈平射出去，隨著速度的增大，其彈著點(diǎn)不斷伸遠(yuǎn)，在獲得足夠大的速度之后，它距地面越來(lái)越遠(yuǎn)，這時(shí)它受到的地球引力也就越來(lái)越小，可以飛到足夠遠(yuǎn)的地方環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)掉下來(lái)；如果速度再大，甚至?xí)w離地球軌道而進(jìn)入宇宙空間漫游。三、影響衛(wèi)星軌道的因素研究衛(wèi)星軌道的基礎(chǔ)：應(yīng)用力學(xué)規(guī)律。衛(wèi)星所受到的力：中心力，來(lái)源：假設(shè)地球?yàn)榫|(zhì)球體的引力（質(zhì)量集中在球體的中心），結(jié)果：決定衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和特征，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)：無(wú)攝運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星軌道：理想軌道（無(wú)攝軌道）攝動(dòng)力（非中心力），來(lái)源：地球非球型對(duì)稱的作用力、太陽(yáng)、月亮和其它天體力、大氣阻力、太陽(yáng)光壓、地球潮汐力等，結(jié)果：衛(wèi)星偏離理想軌道，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)：受攝運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星軌道：受攝軌道（偏移量的大小隨時(shí)間變化）研究流程：研究衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)規(guī)律，描述衛(wèi)星軌道的基本特征研究各種攝動(dòng)力的影響，對(duì)衛(wèi)星的無(wú)攝軌道修正確定衛(wèi)星受攝運(yùn)動(dòng)軌道的瞬時(shí)特征軌道改進(jìn)：一種精密測(cè)定天體軌道的方法。這種方法以天體的某一初始軌道為依據(jù)﹐利用盡可能多的觀測(cè)資料﹐逐次改進(jìn)軌道要素﹐最后求出天體的精密軌道。攝動(dòng)及攝動(dòng)理論的應(yīng)用：攝動(dòng)：一個(gè)天體繞另一個(gè)天體沿二體問(wèn)題的軌道運(yùn)行時(shí)，因受到其他天體的吸引或其他因素的影響，天體的運(yùn)動(dòng)會(huì)偏離原來(lái)的軌道。這種偏離的現(xiàn)象稱為攝動(dòng)。攝動(dòng)理論的應(yīng)用：“筆頭上發(fā)現(xiàn)的行星”：海王星在海王星和冥王星未發(fā)現(xiàn)之前，人們只知道有七大行星。其他行星的行走路線都與理論符合得挺好，唯獨(dú)天王星，實(shí)際行走路線與理論不一致。當(dāng)時(shí)，有兩個(gè)不同國(guó)籍的青年英國(guó)劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)系26歲的亞當(dāng)斯和法國(guó)天文學(xué)家勒維葉，在經(jīng)過(guò)艱深的演算后，分別都算出了這顆星的位置。人們根據(jù)他們計(jì)算的結(jié)果，真的從望遠(yuǎn)鏡里找到了這顆遙遠(yuǎn)而暗弱的行星。它就是海王星。又過(guò)了差不多一百年，冥王星才在1930年被發(fā)現(xiàn)。四、衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的中心力：地球引力。根據(jù)牛頓萬(wàn)有引力定律，計(jì)算引力加速度。理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)是我們的首要研究對(duì)象，因?yàn)椋?、它是衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的一個(gè)近似描述；2、它是至今唯一能得到的嚴(yán)密分析解的運(yùn)動(dòng)；3、它是全部作用力下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的更精確的解的基礎(chǔ)。無(wú)攝運(yùn)動(dòng)——二體問(wèn)題：，（G為引力常數(shù)；M為地球質(zhì)量；m為衛(wèi)星質(zhì)量；r為衛(wèi)星的地心向徑）——————>在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量：無(wú)攝運(yùn)動(dòng)解：衛(wèi)星的平面方程：（衛(wèi)星的軌道在一個(gè)平面上）衛(wèi)星的軌道方程：（衛(wèi)星的軌道為橢圓）開(kāi)普勒方程：（衛(wèi)星在軌道上的位置可以表達(dá)成時(shí)間的函數(shù)）開(kāi)普勒方程：開(kāi)普勒方程：五、開(kāi)普勒軌道六參數(shù)開(kāi)普勒軌道參數(shù)：描述衛(wèi)星的軌道大小和方向以及衛(wèi)星在軌道上的位置的參數(shù)。無(wú)攝運(yùn)動(dòng)下，可以用6個(gè)開(kāi)普勒軌道參數(shù)唯一確定的描述任意時(shí)刻的衛(wèi)星位置。軌道平面上的特殊點(diǎn)：近地點(diǎn)與遠(yuǎn)地點(diǎn)升交點(diǎn)與降交點(diǎn)：通常，衛(wèi)星軌道與赤道平面有2個(gè)交點(diǎn)。當(dāng)衛(wèi)星從赤道平面以下（南半球）穿過(guò)赤道平面進(jìn)入北半球的交點(diǎn)，稱為升交點(diǎn)。反之，則稱為降交點(diǎn)。開(kāi)普勒軌道六參數(shù)：V─衛(wèi)星的真近點(diǎn)角，即在軌道平面上衛(wèi)星與近地點(diǎn)之間的地心角距—為開(kāi)普勒橢圓的長(zhǎng)半徑es─軌道橢圓的偏心率Ω─升交點(diǎn)赤經(jīng)，即在地球赤道平面上升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的地心夾角，它是衛(wèi)星由南向北運(yùn)行時(shí)，其軌道通過(guò)赤道面的交點(diǎn)i─軌道傾角，即衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面之間的夾角s─近地點(diǎn)角距，即在軌道平面上升交點(diǎn)與近地點(diǎn)之間的地心角距fs─衛(wèi)星的真近點(diǎn)角，即在軌道平面上衛(wèi)星與近地點(diǎn)之間的地心角距開(kāi)普勒軌道根數(shù)(2)：決定軌道形狀的參數(shù)：長(zhǎng)半徑a，偏心率e決定軌道方向的參數(shù)：升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω，軌道傾角i，近地點(diǎn)角距ω決定衛(wèi)星位置的參數(shù)：真近點(diǎn)角（衛(wèi)星過(guò)近地點(diǎn)的時(shí)刻）小結(jié)：一組六個(gè)軌道參數(shù)唯一能夠確定衛(wèi)星在空間中的位置。無(wú)攝運(yùn)動(dòng)條件下，除了V以外，理想的軌道參數(shù)是常數(shù)。任意時(shí)刻衛(wèi)星在軌道上的位置V可以用開(kāi)普勒方程計(jì)算出來(lái)。受攝運(yùn)動(dòng)條件下，軌道六參數(shù)隨著時(shí)間變化。六、衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的攝動(dòng)力：地球的非中心引力，太陽(yáng)的引力和月球的引力，太陽(yáng)的直接與間接輻射壓力，太陽(yáng)的阻力，地球的潮汐作用，磁力等衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)——在攝動(dòng)力的影響下，衛(wèi)星偏離理想軌道的運(yùn)動(dòng)地球的非中心引力——地球的非球性及其質(zhì)量分布不均勻而引起的作用力太陽(yáng)的輻射壓力——與衛(wèi)星、太陽(yáng)、地球之間的相對(duì)位置有關(guān)，與衛(wèi)星的反射特性，衛(wèi)星的解面積質(zhì)量比有關(guān)大氣阻力——取決于大氣密度，衛(wèi)星的斷面與質(zhì)量比，衛(wèi)星的速度磁力——（衛(wèi)星在地球的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁力）攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星的影響：攝動(dòng)源加速度(m/sec2)軌道攝動(dòng)(m)3小時(shí)弧段2日弧段地球的非對(duì)稱性C20其它調(diào)和相2km5-8014km100-1500日、月點(diǎn)質(zhì)影響5-1501000-3000地球潮汐位固體潮海洋潮汐____0.5-1.00.0-2.0太陽(yáng)輻射壓5-10100-800反照壓__1.0-1.5受攝運(yùn)動(dòng)的研究：描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的參數(shù)：衛(wèi)星的軌道參數(shù)：參考時(shí)刻的位置和隨著時(shí)間的變化率：星歷的參考?xì)v元，：半長(zhǎng)軸的平方根，：偏心率，：參考時(shí)刻的傾角：升交點(diǎn)赤經(jīng)，：近地點(diǎn)角距，：平近點(diǎn)角，：軌道傾角變化率：星歷表數(shù)據(jù)齡期時(shí)間二參數(shù)；開(kāi)普勒六參數(shù)；軌道攝動(dòng)九參數(shù)：升交點(diǎn)赤經(jīng)變化率，：平均角速度的校正，：緯度幅角余弦的校正：緯度幅角正弦的校正，：軌道半徑余弦的校正，：軌道半徑正弦的校正：傾角余弦的校正，：傾角正弦的校正數(shù)據(jù)齡期：一般的星歷是外推的第二節(jié)GPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷——描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的信息。星歷的分類(lèi)：（1）預(yù)報(bào)星歷——廣播星歷（2）后處理星歷——精密星歷1、廣播星歷/預(yù)報(bào)星歷包含在衛(wèi)星向地面發(fā)射的導(dǎo)航電文中；根據(jù)某一參考?xì)v元的觀測(cè)資料向外推算的星歷。衛(wèi)星位置的計(jì)算（4.3）2、后處理星歷后處理星歷——用跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算更準(zhǔn)確的星歷格式SP3;精度：優(yōu)于5cmIGSInternationalGNSSService全球跟蹤站：全球地心參考框架維護(hù)的機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是一個(gè)服務(wù)中心，IGS的全球跟蹤站已達(dá)300個(gè)；其中包括我國(guó)的上海、武漢、拉薩、烏魯木齊、北京、昆明和西安；IGS組織的服務(wù)：（1）高精度的GPS衛(wèi)星星歷；（2）地球自轉(zhuǎn)參數(shù)；（3）IGS跟蹤站的坐標(biāo)和速率；（4）IGS跟蹤站的時(shí)鐘信息；（5）電離層數(shù)據(jù)；（6）對(duì)流層數(shù)據(jù)；（7）IGS跟蹤站的GPS觀測(cè)值?？蚣芫S護(hù)與全球板塊運(yùn)動(dòng)分析第四章GPS衛(wèi)星信號(hào)引言GPS信號(hào)概述：GPS信號(hào)——衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的調(diào)制波調(diào)制：將頻率較低的信號(hào)加載到頻率較高的信號(hào)上信號(hào)的成分：考慮三個(gè)方面：1、為了提供衛(wèi)星的瞬時(shí)位置——導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)碼：D碼2、為了保密通信，提高信號(hào)的抗干擾能力；以及不同的衛(wèi)星的區(qū)分選擇和精密測(cè)距——偽隨機(jī)碼測(cè)距碼：C/A碼，P碼3、為了信號(hào)的傳播——將擴(kuò)頻后的編碼脈沖對(duì)L波段的兩個(gè)載波進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射載波：L1(1575.42MHZ)，L2(1227.6MHZ)第一節(jié)導(dǎo)航電文一、導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文——衛(wèi)星通過(guò)無(wú)線電信號(hào)向地面發(fā)播的電文，是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，即一組數(shù)據(jù)碼。為了數(shù)字通信，導(dǎo)航電文以編碼脈沖的形式播發(fā)。碼，碼元：碼/編碼：將某些信息（數(shù)字、字母、符號(hào)等）用若干位二進(jìn)制代碼表示,這些表達(dá)不同信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合叫做編碼。碼元：在二進(jìn)制中，一位二進(jìn)制數(shù)叫一個(gè)碼元或一比特。二、導(dǎo)航電文的播發(fā)內(nèi)容衛(wèi)星的星歷，衛(wèi)星的工作狀態(tài)，衛(wèi)星的時(shí)鐘改正，電離層時(shí)延改正，C/A碼捕獲P碼，其它衛(wèi)星的星歷導(dǎo)航電文的播發(fā)格式：楨播發(fā)內(nèi)容1、遙測(cè)碼TLM--Telemetryword遙測(cè)碼——每個(gè)子幀的第一個(gè)字碼都是遙測(cè)碼，作為捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)第1~8bit為同步碼（10001001）；第9~22bit為遙測(cè)電文，包括地面監(jiān)控系統(tǒng)注入數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)信息、診斷信息和其它信息，以此指示用戶是否選用該衛(wèi)星；第23、24bit無(wú)意義；第25~30bit為奇偶檢驗(yàn)碼。2、轉(zhuǎn)換碼HOW--Handoverword轉(zhuǎn)換碼——向用戶提供用于捕獲P碼的Z計(jì)數(shù)Z計(jì)數(shù)——它表示從每星期六/星期日午夜零時(shí)開(kāi)始播發(fā)的導(dǎo)航電文的子楨數(shù)。知道Z計(jì)數(shù)，就知道觀測(cè)時(shí)刻P碼在周期中的準(zhǔn)確位置，以此較快地捕獲P碼3、第一數(shù)據(jù)塊第一子幀的第3--10個(gè)字碼為第一數(shù)據(jù)塊。它的主要內(nèi)容是：(1)信號(hào)內(nèi)部的時(shí)延改正值Tgd；(2)星期序號(hào)WN，GPS星期數(shù);(3)衛(wèi)星時(shí)鐘改正系數(shù)(4)數(shù)據(jù)齡期AODC，時(shí)鐘改正數(shù)的外推時(shí)間間隔；4、第二數(shù)據(jù)塊第二和第三子幀共同構(gòu)成第二數(shù)據(jù)塊，它表示GPS衛(wèi)星的星歷。(1)開(kāi)普勒6參數(shù)(2)軌道攝動(dòng)9參數(shù)(3)時(shí)間2參數(shù)：星歷參考時(shí)刻、星歷數(shù)據(jù)齡期5、第三數(shù)據(jù)塊第三數(shù)據(jù)塊是由第4和第5兩個(gè)子幀構(gòu)成的，它提供GPS衛(wèi)星的歷書(shū)數(shù)據(jù)。當(dāng)接收機(jī)捕獲得某顆衛(wèi)星后，利用第三數(shù)據(jù)塊提供其它衛(wèi)星的概略星歷、時(shí)鐘改正、碼分地址和衛(wèi)星工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。用戶不僅能選擇工作正常和位置適當(dāng)?shù)男l(wèi)星，而且還可根據(jù)所在的位置，選擇最佳星座，依據(jù)已知的衛(wèi)星PRN號(hào)進(jìn)行設(shè)置，以快速捕獲和定位。三、用戶接收到的導(dǎo)航文件GPS接收機(jī)對(duì)導(dǎo)航電文進(jìn)行解碼，輸出；可以通過(guò)隨機(jī)軟件將輸出的接收機(jī)文件轉(zhuǎn)換成ASCII格式的通用格式的RINEX文件ReceiverIndependentExchangeformat(RINEX)/igscb/data/format/rinex2.txt文件名稱格式：[4-char][Dayofyear][Session].[yy]n

e.g.brdc0120.02nRINEX標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)GPS的信號(hào)（4.2）一、GPS的測(cè)距碼1、偽隨機(jī)噪聲碼偽隨機(jī)噪聲碼——PRN碼PseudoRandomNoiceCode什么是偽隨機(jī)噪聲碼：以預(yù)先確定并可重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)制，具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的二進(jìn)制碼，有一定周期的，取值0或1的二進(jìn)制序列。碼：表達(dá)不同信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合。在二進(jìn)制中，一位二進(jìn)制數(shù)叫一個(gè)碼元或一比特。數(shù)碼率：每秒鐘傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，bit/s或記為BPS隨機(jī)碼：碼元幅度的取值是完全無(wú)規(guī)律的碼序列稱為隨機(jī)碼序列，或隨機(jī)噪聲碼序列。它是一種非周期序列，無(wú)法復(fù)制。偽隨機(jī)噪聲碼（PseudoRandomNoice，PRN，偽隨機(jī)碼或偽碼）：GPS采用偽隨機(jī)噪聲碼。特點(diǎn)：具有隨機(jī)碼的良好自相關(guān)性，具有某種確定的編碼規(guī)則，可以容易地復(fù)制。為什么利用偽隨機(jī)噪聲碼測(cè)距：仙農(nóng)“噪聲通信理論”：可實(shí)現(xiàn)低信噪比的接收，可實(shí)現(xiàn)碼分多址通信，具有良好的保密特性。信號(hào)的保密（調(diào)制和解調(diào)）：模二和算法:0+0=0;0+1=1;1+0=1;1+1=0碼分多址與頻分多址PRN碼的產(chǎn)生與碼分多址M序列發(fā)生器:寄存器，反饋，時(shí)鐘脈沖工作流程:1、置一脈沖2、時(shí)鐘脈沖3、移位4、輸出5、反饋2、偽隨機(jī)噪聲碼的特點(diǎn)：統(tǒng)計(jì)特性“1”出現(xiàn)的次數(shù)比“0”出現(xiàn)的次數(shù)多一，“0”——，“1”——移位相加特性，111101011001000011110101100100100011110101100偽隨機(jī)噪聲碼的特點(diǎn)：相關(guān)特性相關(guān)函數(shù)：描述兩個(gè)序列的相似性程度連續(xù)離散通用計(jì)算方法自相關(guān)系數(shù)的大?。阂莆幌嗉印狹序列“1”出現(xiàn)的次數(shù)比“0”出現(xiàn)的次數(shù)多一兩個(gè)序列中不同的碼的個(gè)數(shù)，比相同的碼的個(gè)數(shù)多一相關(guān)系數(shù)的大?。坷?，自相關(guān)系數(shù)：1110100111010011101001110100R（t）=(3-4)/7=-1/71110100111010011101001110100R(t)=(3-4)/7=-1/7相關(guān)特性的應(yīng)用：自相關(guān)性——錯(cuò)開(kāi)了多少個(gè)碼元——時(shí)間延遲3、偽隨機(jī)噪聲碼測(cè)距：測(cè)量在傳播時(shí)間內(nèi)變化了多少個(gè)碼元原理——利用接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼與衛(wèi)星發(fā)播的偽隨機(jī)碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，通過(guò)測(cè)量相關(guān)函數(shù)最大值的位置來(lái)測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)的傳播延遲，從而求得衛(wèi)星至接收機(jī)的距離觀測(cè)值。GPS測(cè)距：，單程測(cè)距測(cè)距儀測(cè)距：雙程測(cè)距，上式除以24、GPS的測(cè)距碼粗測(cè)碼——C/A碼，精測(cè)碼——P碼(1)、粗測(cè)碼C/A碼：由兩個(gè)十級(jí)反饋移位寄存器產(chǎn)生C/A碼的特性長(zhǎng)度周期：頻率：碼元長(zhǎng)度：時(shí)間周期：C/A碼的特點(diǎn)：易于搜索和捕獲；碼長(zhǎng)約為300km；一個(gè)碼長(zhǎng)293m，測(cè)量（比對(duì)）精度1%~10%。(2)、精測(cè)碼P碼的特性長(zhǎng)度周期：碼元長(zhǎng)度：時(shí)間周期：頻率：P碼的特點(diǎn)周期長(zhǎng)，碼率高，不易于捕獲；易于保密，難于破譯；AS政策:P+W=Y；一個(gè)碼長(zhǎng)29.3m，測(cè)量（比對(duì)）精度1%~10%。能否理解：用測(cè)距碼測(cè)距，就像用一個(gè)與對(duì)應(yīng)碼長(zhǎng)長(zhǎng)度相等的尺子丈量衛(wèi)地距離？測(cè)量的精度與單個(gè)碼元長(zhǎng)度相關(guān)，就像尺子的最小刻度影響估讀精度？二GPS的載波信號(hào)定義：可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)的高頻振蕩波。1、電磁波傳播的基本概念電磁波是一種隨時(shí)間t變化的正弦或余弦波。設(shè)電磁波初相角為0，角頻率，振幅為Ae，則電磁波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為y=Aesin(t+0)2、GPS的載波信號(hào)L1載波，頻率：1575.42MHZ，波長(zhǎng)：19cmL2載波，頻率：1227.6MHZ，波長(zhǎng)：24cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：1176.45MHz；波長(zhǎng)：25.48cm關(guān)于載波：GPS的載波是L波段的微波，具有良好的穿透大氣的能力，從衛(wèi)星的發(fā)射天線發(fā)出后沿直線傳播到達(dá)地球表面，發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度為26.8dBw，接收最低信號(hào)強(qiáng)度為-160dBw。常規(guī)GPS接收機(jī)可以進(jìn)行正常接收的最弱信號(hào)為-160dBw，而經(jīng)過(guò)稠密介質(zhì)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度大為衰減，例如在室內(nèi)，GPS信號(hào)強(qiáng)度會(huì)衰減為-188dBw（比-158dBw弱1000倍），因而常規(guī)GPS接收機(jī)在室內(nèi)因信號(hào)太弱而不能進(jìn)行定位，在這種弱信號(hào)環(huán)境下，特殊的GPS接收機(jī)仍然可以工作，例如IndoorGPS。載波的作用是作為傳輸工具，把搭載于其上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文從衛(wèi)星傳播到地面；對(duì)于測(cè)量型接收機(jī)，載波又同時(shí)用作為測(cè)量信號(hào)，接收機(jī)對(duì)接收到的載波進(jìn)行相位測(cè)量，獲得高精度的相位觀測(cè)值，從而實(shí)現(xiàn)厘米乃至毫米級(jí)的高精度基線測(cè)量。三GPS信號(hào)的構(gòu)成1、信號(hào)的生成由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生頻率為10.23MHz，衛(wèi)星信號(hào)的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻。2、GPS信號(hào)的調(diào)制調(diào)制是對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问降倪^(guò)程第一級(jí)的調(diào)制：第一級(jí)是導(dǎo)航電文調(diào)制到測(cè)距碼；采用二進(jìn)制編碼序列“模二和”算法；調(diào)制結(jié)果是把數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文)從50Hz擴(kuò)展到1.023MHz(對(duì)于C/A碼)。第二級(jí)的調(diào)制：第二級(jí)是測(cè)距碼調(diào)制到載波，采用二進(jìn)制信號(hào)“波形相乘”的算法，將導(dǎo)航電文與測(cè)距碼合成后的二進(jìn)制碼調(diào)制到載波上。調(diào)相、調(diào)幅與調(diào)頻L2信號(hào)：L2載波1227.6MHz;測(cè)距碼：P碼10.23MHz;導(dǎo)航電文50HzL1信號(hào):L1載波1575.42MHz;測(cè)距碼：C/A碼1.023MHz;導(dǎo)航電文50Hz;測(cè)距碼：P碼10.23MHzGPS信號(hào)結(jié)構(gòu):L1信號(hào)——導(dǎo)航電文，C/A碼，P碼L2信號(hào)——導(dǎo)航電文，P碼3、GPS信號(hào)的發(fā)展第三節(jié)GPS接收機(jī)GPS接收機(jī)——接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，并進(jìn)行處理和量測(cè)，以獲取導(dǎo)航電文和必要的觀測(cè)量。一、接收機(jī)的組成天線——接收信號(hào)；信號(hào)處理器——用于信號(hào)識(shí)別和處理；微處理器——用于接收機(jī)的控制，數(shù)據(jù)采集和導(dǎo)航計(jì)算；用戶信息傳輸——包括操作板，顯示板和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；精密振蕩器——用以產(chǎn)生便準(zhǔn)頻率二、接收機(jī)的基本工作原理三、接收機(jī)的分類(lèi)1、根據(jù)接收機(jī)的工作原理碼相關(guān)型接收機(jī)——能夠產(chǎn)生于所測(cè)衛(wèi)星的測(cè)距碼，結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼，工作中通過(guò)逐步相移，是接收碼與復(fù)制碼達(dá)到最大相關(guān)；平方型接收機(jī)——利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制碼，從而獲得載波相位測(cè)量所必需的載波信號(hào)；混合型接收機(jī)——綜合利用上述方法，同時(shí)獲得碼相位和精密的載波相位觀測(cè)值；2、根據(jù)接收機(jī)信號(hào)通道的類(lèi)型接收機(jī)的信號(hào)通道——GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)由天線進(jìn)入接收機(jī)的路徑。多通道接收機(jī)、序貫通道接收機(jī)、多路復(fù)用接收機(jī)3、根據(jù)接收衛(wèi)星信號(hào)頻率單頻接收機(jī)、雙頻接收機(jī)（具體接收信號(hào)見(jiàn)筆記）4、根據(jù)接收機(jī)的用途導(dǎo)航型、測(cè)量型、授時(shí)型（具體接收信號(hào)見(jiàn)筆記）導(dǎo)航型接收機(jī)民用高精度接收機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)美國(guó)的噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室(JPL)P.MacDoran于1979年：->MacrometerInterferometricSurveyor(精密GPS接收機(jī))美國(guó)國(guó)防制圖局(DMA)、美國(guó)國(guó)家大地測(cè)量局(NGS)、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)的合作研究->TI-4100接收機(jī)NGS的大地測(cè)量學(xué)者C.Goad和B.Remondi研制了軟件對(duì)這兩種接收機(jī)的載波相位進(jìn)行基線解算；1985年Trimble公司批量生產(chǎn)出了具有載波相位輸出的GPS接收機(jī)Trimble4000S，其相應(yīng)的基線處理軟件則是由C.Goad進(jìn)一步研制的。1990以后，GPS軟硬件迅猛發(fā)展起來(lái)，向著小型化、低功耗、高采樣率快速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了手持導(dǎo)航型、手表型、小型單、雙頻測(cè)量型、差分型、雙星測(cè)量型、GIS數(shù)據(jù)采集型GPS接收機(jī)2000年以后GPS軟件接收機(jī)技術(shù)、室內(nèi)GPS接收機(jī)技術(shù)成為發(fā)展熱點(diǎn)，將GPS接收機(jī)與手機(jī)集成在一起更是得到空前的關(guān)注，并形成了基于GPS定位服務(wù)的行業(yè)(LBS)，GPS將同手機(jī)通信一樣，進(jìn)入我們每一個(gè)人的生活。早期的GPS接收機(jī)：JPL于1982年的GPS接收機(jī)：接收機(jī)73kg，天線18kg1982年，TI4100GPS接收機(jī)，25kg,110W第五章GPS觀測(cè)值信號(hào)——〉觀測(cè)值：信號(hào)：導(dǎo)航電文、測(cè)距碼、載波觀測(cè)值：衛(wèi)星坐標(biāo)、偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值GPS定位的觀測(cè)值:距離利用測(cè)距碼測(cè)距——偽距觀測(cè)值利用載波相位測(cè)距——載波相位觀測(cè)值一、偽距觀測(cè)值GPS測(cè)距碼：粗測(cè)碼——C/A碼；精測(cè)碼——P碼1、偽隨機(jī)噪聲碼測(cè)距距離=速度*傳播時(shí)間偽距測(cè)量：衛(wèi)星和接收機(jī)同時(shí)產(chǎn)生PRN碼衛(wèi)星向地面發(fā)射，經(jīng)傳播時(shí)間達(dá)到接收機(jī)，時(shí)刻：t時(shí)刻，接收機(jī)衛(wèi)地距離2、偽距觀測(cè)方程問(wèn)題：1、鐘差2、整周3、折射（1）鐘差問(wèn)題標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間：衛(wèi)星時(shí)間：接收機(jī)時(shí)間：觀測(cè)值：鐘差影響：（2）整周對(duì)齊衛(wèi)地距離是多少？C/A碼長(zhǎng)是多少?（3）大氣折射偽距觀測(cè)值：偽距觀測(cè)方程（X,Y,Z為測(cè)站坐標(biāo)，未知；未知；衛(wèi)星坐標(biāo)XS，YS，ZS已知；等式右邊已知）偽距定位：空間后方交會(huì)，至少四顆衛(wèi)星GPS定位原理：可以確定我們的位置在一個(gè)球面上可以確定我們的位置在兩個(gè)球面相交的公共部分可以確定我們的位置在三個(gè)球面相交的公共部分可以確定我們的位置在四個(gè)球面相交的公共部分說(shuō)明：四個(gè)距離=一個(gè)點(diǎn)，第四個(gè)距離是不必要的。但是，由于接收機(jī)時(shí)鐘誤差需要確定，增加了一個(gè)未知數(shù)，需要第四顆衛(wèi)星。偽距的特點(diǎn)小結(jié)：無(wú)模糊測(cè)距、可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位、精度低二、載波相位觀測(cè)值定義——接收機(jī)接收的衛(wèi)星載波信號(hào)和接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)的相位差相位與距離的關(guān)系：?jiǎn)栴}一：整周模糊度載波在衛(wèi)星到接收機(jī)間相位變化的整周數(shù)距離D=Nλ+Δλ（Δλ=不足整周波長(zhǎng)，N=整周模糊度）載波相位測(cè)量：連續(xù)的載波相位測(cè)量類(lèi)比偽距觀測(cè)值：偽距觀測(cè)值/觀測(cè)方程：載波相位觀測(cè)值：，載波相位觀測(cè)方程：（X，Y，Z，，N未知）某一時(shí)刻，觀測(cè)四顆衛(wèi)星，利用載波相位定位有幾個(gè)觀測(cè)值？有幾個(gè)未知數(shù)？衛(wèi)星的鎖定：輸出的觀測(cè)值模糊度鎖定衛(wèi)星后，連續(xù)二次測(cè)量有幾個(gè)觀測(cè)值？有幾個(gè)未知數(shù)？問(wèn)題二：周跳周跳——由于衛(wèi)星信號(hào)失鎖而使載波相位差觀測(cè)值中的整周計(jì)數(shù)發(fā)生突變。周跳的影響：如果在觀測(cè)過(guò)程接收機(jī)保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤，則整周模糊度將保持不變，整周計(jì)數(shù)也將保持連續(xù)；但當(dāng)由于某種原因使接收機(jī)無(wú)法保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤時(shí)，在衛(wèi)星信號(hào)重新被鎖定后，將發(fā)生變化，而也不會(huì)與前面的值保持連續(xù)，這一現(xiàn)象稱為整周跳變。周跳探測(cè)與修復(fù)：周跳的影響：破壞了對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)觀測(cè)解決：探測(cè)與修復(fù)高次差法、曲線擬和、衛(wèi)星間求差、電離層延遲方法例：曲線擬合法根據(jù)n個(gè)相位觀測(cè)值，擬和一個(gè)m階的多項(xiàng)式，據(jù)此多項(xiàng)式預(yù)估下一個(gè)觀測(cè)值，并與實(shí)測(cè)值比較，從而發(fā)現(xiàn)并修復(fù)周跳。載波相位觀測(cè)值的特點(diǎn)：模糊測(cè)距，不可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，精度高，容易出現(xiàn)周跳問(wèn)題，容易受誤差影響，解算復(fù)雜多普勒頻移計(jì)數(shù)：（衛(wèi)星到測(cè)站的徑向相對(duì)速度）（衛(wèi)星到測(cè)站的距離）第六章GPS測(cè)量誤差源一、為什么講誤差？GPS定位基礎(chǔ)：衛(wèi)星信號(hào)提供定位信息：衛(wèi)星位置、衛(wèi)地距離，接收機(jī)接收信號(hào)，獲得觀測(cè)值，進(jìn)行定位誤差影響定位精度：研究誤差的目的：提高定位精度；為使用GPS提供一些注意事項(xiàng)；提出精密定位的方法二、誤差誤差的定義：在同一量的各觀測(cè)值之間，或在各觀測(cè)值與其理論上的應(yīng)有值之間存在差異的現(xiàn)象。分類(lèi)：誤差的來(lái)源從觀測(cè)過(guò)程進(jìn)行分析儀器角度：測(cè)量?jī)x器的精密度；觀測(cè)者角度：觀測(cè)者感覺(jué)器官的鑒別能力；外界條件：溫度、濕度、大氣折光分類(lèi)：誤差的性質(zhì)系統(tǒng)誤差(Systematicerrors)：誤差在大小、符號(hào)上表現(xiàn)出系統(tǒng)性，或者在觀測(cè)過(guò)程中按照一定的規(guī)律變化，或者為一常數(shù)。偶然誤差(randomerrors)：如果誤差在大小和符號(hào)上都表現(xiàn)出偶然性，即從單個(gè)誤差看，該列誤差的大小和符號(hào)沒(méi)有規(guī)律粗差(grosserror)：錯(cuò)誤不同誤差的解決辦法粗差的解決？盡量避免系統(tǒng)誤差的解決？分析它對(duì)觀測(cè)的影響規(guī)律，采取各種方法來(lái)消除系統(tǒng)誤差，或者減小它對(duì)觀測(cè)成果的影響。偶然誤差的解決？進(jìn)行多余觀測(cè)，通過(guò)測(cè)量平差、數(shù)據(jù)處理理論，確定被認(rèn)為是最可靠的結(jié)果。三、GPS定位中的誤差根據(jù)誤差的來(lái)源分析：與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差：對(duì)流層折射、電離層折射、多路徑效應(yīng)與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、相對(duì)論效應(yīng)與接收機(jī)有關(guān)的誤差：接收機(jī)鐘差、位置誤差、天線相位中心的偏差及變化、各通道間的信號(hào)延遲誤差其它誤差：地球潮汐（一）與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差大氣折射：也稱大氣延遲。指信號(hào)在穿過(guò)大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。色散與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同對(duì)GPS信號(hào)，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)1）電離層及其折射影響電離層：地球表面以上50km~1000km具有密度較高的帶電粒子電離層影響：天頂方向50米；地平方向120米電子總量和電子密度：電子密度——單位體積中所包含的電子數(shù)電子總量——底面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電離層的一個(gè)柱體內(nèi)所含的電子總數(shù)電離層的影響：電離層的折射率與大氣的電子密度成正比，而與通過(guò)的電磁波頻率平方成反比。對(duì)于群波和相波影響不同電離層折射相折射率：相速度：載波群折射率：群速度：偽距電離層折射對(duì)測(cè)距觀測(cè)值的影響：偽距：傳播距離測(cè)量距離電離層延遲載波：影響和頻率以及電子總