GPS测量原理与应用-讲义.ppt

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1、GPS测量原理与应用The Principle and Application of GPS,主讲：李克昭,第一讲：GPS概述及理论基础第二讲：GPS信号及其测量原理 测量平差基础第三讲：GPS静态定位原理第四讲 GPS动态定位原理第五讲 GPS控制网的设计与外业工作第六讲 GPS定位测量数据处理第七讲 GPS定位测量技术应用第八章 现代全球导航定位系统发展,Basic course outline,实习安排：第11周：周三上午 第一大节 GPS接收机的认识和使用第13周：周三上午 第一大节 GPS网的布设和数据采集第13周：周五上午 第一大节 学院机房实习，GPS数据下载第14周：周三上午

2、第一大节 学院机房实习，GPS数据处理第15周：周三、五上午 第一大节 RTK的认识和使用答疑时间：周四晚，地点：学院310,参考书籍及网址：(Text books)1.张勤,李家权.GPS测量原理及应用.科学出版社.2.徐绍铨,张华海,杨志强 等.GPS测量原理及应用.武汉大学出版社.3.干国强.导航与定位现代战争的北斗星.国防工业出版社.4.袁建平 等.卫星导航原理与应用.中国宇航出版社.5.张守信.GPS卫星测量定位理论与应用.国防科技大学出版社.6.董绪荣 等.GPS/INS组合导航定位及其应用.国防科技大学出版社.7.许其凤.GPS卫星导航与精密定位.解放军出版社.,参考书籍及网址(

3、续)：8.麻省理工学院开放式课程网页。.9.武汉大学GPS原理及其应用课程专题网站。.10.卡尔加里大学Geomatics Engineering.,第一讲：GPS概述及理论基础（The Summarization and Basic Theory of GPS）内容（Contents）：1.1 GPS概述GPS的产生GPS系统的组成 GPS的定位特点及优势 GPS的应用发展及前景1.2 GPS定位基本原理及基础,1.1.1 GPS的产生(The Birth of GPS)GPS导航的本质是将陆基的无线电导航搬到天基。这是一个发展的过程，也是GPS产生的过程。因此，在将GPS的产生史，我们就得

4、先回顾一下无线电导航的发展史。（a）第一次世界大战，海上首次使用了无线电通信，与此同时，在海岸上开始安装发射375kHz连续无线电波的无线电信标台。（无线电导航雏形）（b）第二次世界大战，由于军事需求，加速了无线电导航的发展。主要发明了罗兰-A（LORAN-A）。,（c）二战后，50年代末期，美国海岸警卫队研制了罗兰-C（相对罗兰-A而言，覆盖范围大，导航精度提高）。为了实现全球导航，美国又进一步研制了奥米伽系统。该系统虽然做到了全球覆盖，但存在如下不足：（1）由于电磁波传播受各种因素影响，定位精度到24海里；（2）多值性；（3）数据更新率低；（4）用户设备昂贵，限制广泛使用；（5）全球设站，

5、维护代价很高。怎么办？,1957年10月4日晚，前苏联的拜科努尔发射场一声巨吼，由P-7洲际导弹改进的卫星号运载火箭将世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克”1号（C-1，Sputnik-1）送入了近地轨道。,重83kg，直径58cm,随后3个月，即1958年1月31日，美国发射了“探索者1号“（重13.89，直径13cm）。从此，美苏的太空竞争就拉开了序幕。,既然卫星上天了，能否将无线电导航设备放到卫星平台上以克服地基无线电导航的缺陷？1958年12月，美国海军和霍普金斯大学物理实验室就联合研制NNSS（Navy Navigation Satellite System）。由于卫星轨道近似圆形且

6、经过地球南、北极上空，又称NNSS为子午卫星系统（Transit)。,NNSS卫星运行图卫星轨道高度9501200km，运行周期约为107min,子午卫星是第一代卫星导航定位系统，跨越了从地基无线电导航到天基无线电导航的历程，但其仍然存在许多缺点，主要是：（1）卫星数量少（6颗），不能实现连续实时导航；（2）卫星轨道高度低，难以实现精密定轨；（3）信号频率低，难以补偿电离层效应的影响。正因为如此，美国国防部于1973年12月批准陆海空三军联合研制新的军用卫星导航系统，于是乎，GPS就产生了。,1.1.2 GPS的系统组成 GPS的英文全称是Navigation Satellite Timing

7、 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。,GPS系统由3部分组成：（1）空间部分；（2）地面监控部分；（3）用户接收部分。,空间部分GPS卫星星座,GPS卫星的3个基本功能：（1）执行地面监控站的指令，接收和存储地面监控站发来的导航信息；（2）向用户播送导航电文，提供导航和定位信息；（3）授时。通过高精度的卫星钟，向用户提供精密的时间基准。,地面监控部分 GPS系统的地面监控网络区段目前由5个地面站组成，其中主要包括主控站（Master Control S

8、tation，MCS），地面天线站和监测站。,用户设备部分,GPS系统的用户设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件及微机及其终端设备组成。,1.1.3 GPS的定位特点及优势(1)提供全天候、全球性的导航和定位服务；（2）可进行高精度、高速度的实时精密导航和定位；（3）用途广泛，操作简便。,1.1.4 GPS的应用发展及前景（The Development and Promotion of GPS Application),GPS在军事中的应用,交会对接空间科学研究中的应用,ETS-VII空间自主交会对接仿真验证示意图,OE在轨实验卫星,GPS在交通运输业中的应用,航运、航空搜索陆路交通（车辆导航、监控）船舶远洋导航和进港引水,GPS在测量中的应用,建立和维持全球性的参考框架,GPS在测量中的应用（续）,板块运动和监测,GPS在测量中的应用（续）,建立各级国家平面控制网,GPS在测量中的应用（续）,布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量,GPS在测量中的应用（续）,在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用,GPS在其他领域中的应用,精细农业遥感卫星定轨资源勘探个人旅游及野外探险电力、广播、电视、通讯等网络的时间同步、时间传递.,