任務(wù)二平面控制測(cè)量425GNSS定位原理25課件講解

CollegeofMarineSciences,ShanghaiOceanUniversity12025年1月13日

任務(wù)二平面控制測(cè)量4.2.5GNSS定位原理1.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展2不足：衛(wèi)星僅作為空間觀測(cè)的目標(biāo)，而不是動(dòng)態(tài)的已知點(diǎn)。受衛(wèi)星可見條件及天氣影響，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，定位精度低，且不能測(cè)得點(diǎn)位的地心坐標(biāo)。早期的衛(wèi)星定位技術(shù)：地面觀測(cè)站進(jìn)行攝影觀測(cè)（衛(wèi)星三角網(wǎng)）激光技術(shù)進(jìn)行距離觀測(cè)（衛(wèi)星測(cè)距網(wǎng)）子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（NNSS）美國(guó)1958年12月建立，采用多普勒衛(wèi)星定位技術(shù)工作原理：若已知在軌衛(wèi)星的軌道參數(shù)，地面的觀測(cè)者測(cè)得該衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)的多普勒頻移，則可計(jì)算出觀測(cè)者的點(diǎn)位坐標(biāo)。優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)快速、精度均勻、不受天氣和時(shí)間限制1965年前蘇聯(lián)建立了CICADA衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)31.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展1.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展NNSS的缺陷：衛(wèi)星少(6顆)間隔時(shí)間和所需觀測(cè)長(zhǎng)，不能實(shí)時(shí)定位軌道低(平均高度1070km)，難以精密定軌發(fā)射信號(hào)的射電頻率低(400MHz/150MHz)，受電離層影響較大精度較低(單點(diǎn)10m，聯(lián)測(cè)0.5m)，極限精度0.5～1m41.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)有的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（美國(guó)）GLONASS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（俄羅斯）伽利略GNSS系統(tǒng)（歐盟）北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)（中國(guó)）5GNSS：GlobalNavigationSatelliteSystem1.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)：1973年12月起，美國(guó)歷經(jīng)20余年，投資300億美元，建立起來的服務(wù)于全球的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。其從根本上解決了人類在地球及其周圍空間的導(dǎo)航及定位問題；GPS是美國(guó)為軍事目的而開發(fā)的。61.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展GPS政策C/A碼，P碼SA政策AS政策7對(duì)付GPS限制政策措施改進(jìn)定位方法建立獨(dú)立測(cè)軌系統(tǒng)同時(shí)接收多種信號(hào)建立獨(dú)立導(dǎo)航定位系統(tǒng)1.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)前蘇聯(lián)1982年10月發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星；至1996年整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。包括三部分：1.衛(wèi)星星座（三個(gè)等間隔橢圓軌道）2.地面控制系統(tǒng)

（一個(gè)系統(tǒng)控制中心，一個(gè)指令跟蹤站，控制網(wǎng)絡(luò)）3.用戶設(shè)備81.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展伽利略（Galileo）GNSS系統(tǒng)1994年歐盟開始進(jìn)行方案論證，2008年完成全系統(tǒng)部署并投入使用由30顆衛(wèi)星（27顆工作衛(wèi)星加3顆備用衛(wèi)星）組成完全服務(wù)于民用，與GPS/GLONASS有機(jī)地兼容由分布在三個(gè)軌道上的30顆中等高度軌道衛(wèi)星構(gòu)成，每個(gè)軌道面上有10顆衛(wèi)星，9顆正常工作，1顆運(yùn)行備用；軌道面傾角56度。91.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展10北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)北斗一代北斗一代定位需要終端主動(dòng)發(fā)出定位信號(hào)雙星導(dǎo)航1.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展北斗一號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)我國(guó)自主開發(fā)，獨(dú)立于其它定位系統(tǒng)；不依賴任何其他通信手段而很容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)，還可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，非常適合偏遠(yuǎn)地區(qū)和其他通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的地區(qū)。覆蓋面積完全可滿足我國(guó)及周邊國(guó)家的應(yīng)用需要。11缺點(diǎn)：覆蓋范圍；定位精度低；不適合軍用；無法在高速移動(dòng)平臺(tái)上使用1.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展125顆靜止軌道(GEO)30顆非靜止軌道衛(wèi)星27顆中軌道衛(wèi)星3顆傾斜同步衛(wèi)星組成2007年2月3日北斗一代第四顆衛(wèi)星發(fā)射成功COMPASSCompass(Beidou)NavigationSatelliteSystem北斗二代（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)）1.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展GNSS的特點(diǎn)全球地面連續(xù)覆蓋在地球上任何地點(diǎn)任何時(shí)刻，高度角15°以上，平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星。功能多，精度高（靜態(tài)：毫米級(jí)；動(dòng)態(tài)：厘米級(jí)）實(shí)時(shí)定位應(yīng)用廣泛131.1GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展

GNSS相對(duì)于常規(guī)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)14全天候作業(yè)觀測(cè)站之間無需通視定位精度高觀測(cè)時(shí)間短

大大節(jié)省人力資源測(cè)線長(zhǎng)度不受限制操作簡(jiǎn)便生產(chǎn)成本低1.2GPS系統(tǒng)組成15空間部分GPS衛(wèi)星星座地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)用戶部分GPS信號(hào)接收機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制16GPS衛(wèi)星星座GPS信號(hào)接收機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)24顆衛(wèi)星廣播軌道時(shí)間數(shù)據(jù)以及輔助資料信息接收設(shè)備接收衛(wèi)星信號(hào)中央控制系統(tǒng)時(shí)間同步跟蹤衛(wèi)星定軌1.2GPS系統(tǒng)組成空間部分：由GPS衛(wèi)星組成，稱為衛(wèi)星星座。GPS衛(wèi)星星座：21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成軌道面:6個(gè)長(zhǎng)半軸：26609km偏心率：0.008~0.004軌道面相對(duì)赤道面的傾角：55°衛(wèi)星高度：20200km衛(wèi)星運(yùn)行周期：11小時(shí)58分鐘171.2GPS系統(tǒng)組成GPS衛(wèi)星：銫原子鐘計(jì)算機(jī)2塊7m2的太陽能翼板無線電收發(fā)兩用機(jī)導(dǎo)航荷載（接收數(shù)據(jù)，發(fā)射測(cè)距和導(dǎo)航數(shù)據(jù)）姿態(tài)控制和太陽能板指向系統(tǒng)181.2GPS系統(tǒng)組成空間部分的作用：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;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，和其他有關(guān)信息，并通過GPS信號(hào)形成導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)發(fā)送給用戶;接收地面主控站通過注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令（鐘，軌道，衛(wèi)星）;191.2GPS系統(tǒng)組成地面控制部分20TransmitsinformationReceivesinformation1.2GPS系統(tǒng)組成21一個(gè)主控站根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中五個(gè)監(jiān)控站接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)三個(gè)注入站將主控站計(jì)算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中地面控制部分組成1.2GPS系統(tǒng)組成控制部分的作用——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221.2GPS系統(tǒng)組成用戶設(shè)備部分：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)過數(shù)據(jù)處理而完成定位工作23DCLRMSGFLPALTENTCRSRDISGSETEBRGTRK42.5NM154KT0.03217.537.2DKHIO+++++++++++NAVAPP11.2GPS系統(tǒng)組成DSNPLEICAGARMINTRIMBLEASHTECHJAVADGPS接收機(jī)241.2GPS系統(tǒng)組成測(cè)地型GPS接收機(jī)25天線單元接收單元1.2GPS系統(tǒng)組成軍用GPS信號(hào)接收機(jī)26海灣戰(zhàn)爭(zhēng)GPS一鳴驚人！“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)開始的時(shí)間幾乎就是空軍部署完成第一個(gè)GPS導(dǎo)航星座的同一天。此時(shí)只有10顆BlockII型導(dǎo)航衛(wèi)星好幾顆超期服役的BlockI原型試驗(yàn)衛(wèi)星，這些衛(wèi)星共同組成了一個(gè)龐大的GPS導(dǎo)航星座，可以為整個(gè)海灣戰(zhàn)區(qū)提供每天24小時(shí)的二維導(dǎo)航定位服務(wù)和每天19小時(shí)的三維導(dǎo)航定位服務(wù)。當(dāng)伊拉克入侵科威特時(shí)，美國(guó)陸軍一共才有500部試驗(yàn)用GPS接收裝置。到了“沙漠盾牌”軍事行動(dòng)的時(shí)候，美國(guó)國(guó)防部就提前購(gòu)買了數(shù)千套民用GPS接收裝置裝備各參戰(zhàn)部隊(duì)，占到了所有的5300套接收裝置的85%。1.2GPS系統(tǒng)組成大壩的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)27云南小灣水電站GNSS監(jiān)測(cè)