GPS概论第一章 绪论(上)ppt课件.ppt

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1、1,全球定位系统,华中农业大学资源与环境学院林承达,2,科学与技术卫星,1995年,3,1957年,4,科学与技术卫星,1999年,5,地球（海洋）资源卫星,1999年,6,地球（海洋）资源卫星,中国、巴西“资源一号”地球资源卫星(CBERS-1) 1999,7,2010年3月5日，我国在酒泉卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭成功地将“遥感卫星九号”送入太空预定轨道,8,气象卫星,1969年,9,气象卫星,风云三号（奥运星）2008.5,10,导航卫星、军事卫星,11,太空站,前苏联和平号空间站 1986年发射，2001年坠毁,12,第一章绪 论,1.1 全球定位系统的产生、发展及前景1.2

2、 GPS在各个领域中的应用,13,什么是GPS？,GPS的英文全称是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。,其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定位系统。,14,GPS概述,建立国家美国目的在全球范围内，提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务开始筹建时间1973年完全建成时间1995年,15,GPS概述,系统构成空间部分、地面控制部分、用户部分服务方式通过由多颗卫星所组成的卫星星座提供导航定位服务定位原理距离交会测距原理被动式电磁波测距特点全球

3、覆盖、全天候、不间断、精度高,16,常规（地面）定位方法,近、现代的常规定位方法采用的仪器设备尺：铟钢尺光学仪器：经纬仪，水准仪电磁波或激光仪器：测距仪综合多种技术的仪器：全站仪观测值角度或方向观测距离观测天文观测方法,17,常规定位方法的局限性,需要事先布设大量的地面控制点/地面站无法同时精确确定点的三维坐标观测受气候、环境条件限制观测点之间需要保证通视需要修建觇标/架设高大的天线边长受到限制观测难度大效率低：无用的中间过渡点受系统误差影响大，如地球旁折光难以确定地心坐标,18,子午卫星系统及其局限性,系统简介NNSS Navy Navigation Satellite System（海军导

4、航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统）采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统美国研制、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用,19,子午卫星系统及其局限性,系统组成空间部分卫星：发送导航定位信号（信号：4.9996MHz 30 = 149.988MHz；4.9996MHz 80 = 399.968MHz；星历）卫星星座 由6颗卫星构成，6轨道面，轨道高度1075km地面控制部分包括：跟踪站、计算中心、注入站、控制中心和海军天文台用户部分多普勒接收机,20,子午卫星系统及其局限性,应用领域海上船舶的定位大地测量精度单点定位：15次合

5、格卫星通过（两次通过之间的时间间隔为0.8h 1.6h），精度约为10m联测定位： 各站共同观测17次合格卫星通过，精度约为0.5m,21,子午卫星系统及其局限性,系统缺陷卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务导航定位精度低卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响卫星轨道低，难以进行精密定轨,22,GPS的发展简史方案论证阶段,1973年12月，美国国防部批准研制GPS。1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。,23,GPS的发展简史全面研制和试验阶段,从1979年到1987年，

6、又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。,24,GPS的发展简史实用组网阶段,1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。1993年底实用的GPS网，即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 1995年7月17日，GPS达到FOC 完全运行能力（Full Operational Capability）。,25,其他卫星导航定位系统,GLONASS（俄） - Global Navigation Satellite System卫星：21+3轨道高度：19100km

7、信号频率：16021616MHz、12461256MHzGalileo（欧）,26,GLONASS全球轨道导航卫星系统,与GPS在系统组成及定位原理上极为相似通信方式不同：GLONASS：频分多址FDMAGPS：码分多址CDMA GLONASS卫星星座一直处于降效运行状态。GLONASS的精度要比GPS系统的精度低。,27,其它卫星导航定位系统GLONASS,卫星运行状况从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起，至1995年12月14日共发射了73颗卫星。由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统不能维持正常工作。到目前为止（2006年3月2

8、0日）,GLONASS系统共有17颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工作状态，2颗备用，4颗已过期而停止使用。俄罗斯计划到2007年使GLONASS系统的工作卫星数量至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。,28,GLONASS系统和GPS系统的比较,一是卫星发射频率不同。GPS的卫星信号采用码分多址体制。而GLONASS采用频分多址体制，GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力。二是坐标系不同。GPS使用世界大地坐标系（WGS-84），而GLONASS使用前苏联地心坐标系（PE-90）。三是时间标准不同。GPS系统时与世界协调时相关联，而GLONASS则与

9、莫斯科标准时相关联。,29,30,GLONASS系统的问题,1目前GLONASS工作不稳定，卫星工作寿命短，在轨卫星只17颗，实际满负荷运行只有8颗；2GLONASS用户设备发展缓慢，生产厂家少，设备体积大而笨重；3由于GLONASS采用的是FDMA，所以用户接收机中频率综合器复杂；4对GPS/GLONASS兼容接收机，需解决两系统的时间和坐标系统问题。,31,“伽利略计划(GALILEO )”,伽利略计划，实际上是一个欧洲的全球导航服务计划。它是世界上笫一个专门为民用目的设计的全球性卫星导航定位系统，与现在普遍使用的 GPS 相比，它将更显先进、更加有效、更为可靠。按照规划，“伽利略”计划将

10、耗资约27亿美元，星座由30颗卫星组成。“伽利略”卫星导航系统目前已陷入困境，不仅经费难以为继，连频率也被“北斗二代”优先占用。,32,“伽利略计划(GALILEO )”简介,伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统2002年3月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统 Galileo系统。Galileo卫星星座将由27颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这30颗卫星将均匀分布在3个轨道平面上，卫星高度为23616km，轨道倾角为56。Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，后两种服务则需经过批准后才能

11、使用。,33,the Galileo satellite constellation,其它卫星导航定位系统Galileo,34,中欧伽利略计划,35,伽利略全球卫星定位系统首颗实验卫星升空电脑示意图,36,伽利略计划首颗卫星在拜科努尔航天发射场第六发射平台整装待发,37,其它卫星导航定位系统Galileo,2005年12月28日第一颗Galileo试验卫星（Galileo In-Orbit Validation Elements-GlOVE-A）成功进入高度为2.3万Km的预定轨道。2006年1月12日，GlOVE-A已开始向地面发送信号。这标志着总投资为34亿欧元（约合41亿美元）的计划已进

12、入实施阶段。到2010年欧洲将发射30颗服役期约为20年的正式卫星，完成伽利略卫星星座的部署工作。2008年4月27日，“伽利略”系统的第二颗实验卫星才升空，此时距上次发射已经有差不多四年时间，这样的进度，比最初的计划推迟了整整五年。,38,the GIOVE Satellite,其它卫星导航定位系统Galileo,GIOVE的主要目标: 频率信号测试； 验证一些关键技术（比如铷原子钟、氢原子钟）； 轨道环境特征测试； 并行2或3通道信号传输测试。,39,中欧导航系统之争,“伽利略”卫星导航系统目前已陷入困境，不仅经费难以为继，连频率也被“北斗二代”优先占用。 中国的“北斗”卫星依照“谁先用谁

13、先得”的原则，已使用了原本“伽利略”系统计划使用的频率。 “伽利略”计划排挤中国 自己反被排挤,40,中欧导航系统之争,中欧卫星导航系统频率争夺历程蜜月期（2003年-2004年）中欧优势互补反对单极世界 转折期（2005年-2007年）欧洲政治转向 联美排挤中国 竞争期（2008年-2009年）“北斗”横空出世 技压“欧系”卫星,41,北斗导航定位系统,北斗定位系统可向终端设备提供全天候、24小时的即时定位服务，定位最高精度可达10米，其精度与GPS相当。“北斗一号”导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。3颗导航定位卫星的发射时间分别为：2000年10月31日；2000年12月21日；2

14、003年5月25日，第三颗是备用卫星。标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航系统BD1。北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。,42,北斗1代卫星导航系统组成图,其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统,“北斗卫星导航系统”系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成。空间部分包括两颗地球同步轨道卫星（GEO）组成。卫星上带有信号转发装置，完成地面控制中心站和用户终端之间的双向无线电信号的中继任务。,43,北斗导航定位系统原理,基于三球交会原理，即以2颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成2个球面，用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。中心站电子高程地图库提供

15、的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，即可获得用户的二维位置。其高程可以从电子高程地图库查询，也可以从气压测高计读取。,44,国产北斗一号导航定位卫星工作示意图,45,北斗系统与GPS的区别,1、 北斗导航系统同时具备定位与双向通信能力；GPS系统本身不具备通信能力。 2、北斗导航系统是区域性导航系统，GPS系统是全球性导航系统。3、 北斗导航系统由我国自主控制，GPS系统则是由美国军方控制。4、北斗导航系统用户数量受到限制，GPS的用户数量不受限制。5、北斗导航用户机无导航处理器，GPS接收机有。,46,北斗导航系统发展展望,改变现有定位方式

16、，提高定位保密度。发展为能与GPS抗衡的全球性导航系统。几年后，在我国用北斗导航全面代替GPS。,47,北斗卫星导航系统,BD2为了使我国的卫星导航定位系统的性能有实质性的提高，中央已决定研制组建第二代北斗卫星导航定位系统（BD2）。从导航体制、测距方法、卫星星座、信号结构及接收机等方面进行全面改进。卫星星座计划由GEO卫星，IGSO卫星和MEO卫星组成。此项工作将成为”十一五”期间的一项重要工作。,48,北斗发射计划,2007年发射的第四颗“北斗”一号导航卫星，替换了退役的卫星，“北斗”系统开始激活。到2007年底，中国成功发射了第一颗“中轨道”导航系统，标志着“北斗”系统在技术和规划上的重大突破。 2009年4月15日0时16分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第二颗北斗2导航卫星送入预定轨道 2010年1月17日0时12分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号”运载火箭成功发射第三颗北斗导航卫星。这是中国今年的首次卫星发射。 北斗导航系统官方网站,49,北斗发射计划,（2009，2010）两年我国将发射10颗左右 “北斗二号”导航卫星，计划2015年建成由35颗左右卫星组成的星座，形成中国人自己的卫星导航定位系统，实现全球定位。,