gps原理及其应用ppt电子课件教案-第1章_绪论

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1、GPS原理及其应用主讲：李征航1第1章绪论2§1.1全球定位系统的产生和发展3导航定位4导航定位空间位置与运动空间位置是物体的基本属性，运动是物体的基本特性定位确定目标的空间位置导航获取载体的空间位置，并控制其从一点到另一点的运动的过程XYZ(x,y,z)5原始导航定位方法利用天体进行定向日、月及特定的星体或星座利用自然景观高山、河流利用自然现象树木的生长态势，植物的生长态势（如苔藓）采用人造的器械指南针（罗盘）利用人工建筑烽火台、灯塔6近、现代导航定位方法①天文导航如六分仪（18世纪）六分仪7

2、近、现代导航定位方法②地面方法导航系统或仪器地基无线电导航系统：Loran-C，雷达等惯导系统地面测量仪器尺：铟钢尺光学仪器：经纬仪，水准仪激光和红外仪器：测距仪综合多种技术的仪器：全站仪8近、现代导航定位方法③卫星导航利用星载无线电信标进行导航，即星基无线电导航子午卫星系统全球定位系统（GPS）9子午卫星系统及其局限性10子午卫星系统的建立过程1957年10月4日，前苏联成功发射第一颗人造地球卫星–Sputnik1美国霍普金斯大学应用物理实验室（JHU/APL）的吉尔（WilliamGuier

3、）博士和魏芬巴哈（GeorgeWeiffenbach）博士利用地面Sputnik1信号多普勒测量资料对其进行了精确定轨JHU/APL的麦克卢尔（FrankMcClure）博士和克什纳（RichardKershner）博士提出了利用多普勒测量方法进行定位的思想1958年，受美国海军委托，在克什纳博士领导下，开始开展子午卫星系统的研究1964年1月，子午卫星系统建成并投入军用1967年7月，子午卫星系统解密并提供民用吉尔（右）和魏芬巴哈（左）Sputnik1麦克卢尔克什纳11子午卫星系统概况①名称正

4、式名称为海军导航系统（NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem），由于卫星采用极轨道，故也称为Transit（子午卫星导航系统）12子午卫星系统概况②空间部分卫星星座6颗卫星6个极轨道面轨道高度1075km信号频率1：149.988MHz（4.9996MHz30）频率2：399.968MHz（4.9996MHz80）星历（广播星历）子午卫星系统的卫星星座OSCARNOVA子午卫星系统的卫星13子午卫星系统概况③地面控制部分跟踪站计算中心注入站控制中心海军天文台用户

5、部分多普勒接收机多普勒接收机14子午卫星系统概况④定位及时间同步精度（单次卫星通过）定位：约200m时间同步：约50ms导航系统精度15子午卫星系统的工作原理①多普勒效应波源的运动速度向量与波源至观测者连线的夹角波源的运动速率波速波发送时的频率接收到的波的频率多普勒效应16接收机本振信号频率子午卫星系统的工作原理②多普勒计数对于电磁波多普勒计数令，真空中的光速为，有多普勒计数17子午卫星系统的工作原理③定位的观测值定位原理–双曲定位子午卫星系统的定位原理18子午卫星系统的局限性①一次定位时间过长

6、原因存在一个对同一卫星的信号多普勒计数进行时间积分的过程为获得良好的几何图形，通常需要观测一次完整的卫星通过（约8~18min）引发问题无法为高动态用户服务为缩短定位所需时间，需采用低轨卫星，从而又造成卫星定轨上的难度对于低动态用户，仍需进行位置归算，从而影响导航定位精度19子午卫星系统的局限性②无法进行连续定位原因卫星数少不同卫星采用相同频率的信号引发问题两次卫星通过的平均间隔长（中低纬地区约为1.5h）相邻轨道卫星信号可能相互干扰，导致有时必须关闭其中一颗卫星的信号20子午卫星系统的局限性③

7、对测量应用存在许多不利因素观测时间偏长，作业效率偏低（需50~100次合格卫星通过，耗时约1周）定位精度偏低原因卫星和接收机钟不够稳定，增加处理难度，影响定位精度信号频率较低，对电离层延迟改正不利卫星轨道精度低，影响定位精度21全球定位系统的产生和发展22全球定位系统概况建立国家：美国名称：NAVigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositioningSystem–NAVSTARGPS卫星星座（设计方案）：24颗GPS卫星载波信号频率两个：L1，L2信号

8、调制：载波信号上调制有测距码（L1上为C/A码和P码，L2上为P码）和导航电文系统基本功能：定位、测速、授时23GPS卫星列表(截止2010/10/27)24全球定位系统的基本定位方式单点定位25全球定位系统的建立①前期准备美国海军Timation计划始于1964年利用卫星播发精确的时间参考信号进行测距和时间传递1967年和1969年分别发射了Timation-1和Timation-2，搭载石英钟1974年发射NTS-1（NavigationTechnologySatellite1），首次搭载原