《测量学》课程简介

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1、第十五章“3S”技术简介本章摘要：本章简单介绍GPS全球定位系统的组成，GPS测量坐标系、GPS定位原理、GPS测量的实施、实时GPS的应用、GIS地理信息系统、RS遥感技术及“3S”集成技术的应用。“3S”是中国科学家按照GPS、GIS、RS字尾均为S，而这三者关系日趋紧密结合构成的一个对地观测、处理、分析、制图系统。国外地学科学家也认为GPS、GIS、RS的结合与集成是从整体上解决空间对地观测的理想手段。GPS是授时与测距导航系统/全球定位系统（NavigationSystemTimingandRanging/GlobalPos

2、itioningSystem）的简称；GIS是地理信息系统或地学信息系统（GeographicInformationSystem）的简称；RS是遥感（RemoteSensing）的简称。“3S”技术通常指GPS、GIS、RS三者的集成技术。全球定位系统（GPS）是利用卫星发射的无线电信号进行导航定位，具有全球性、全天候、高精度、快速实时的三维导航、定位、测速和授时功能，以及良好的保密性和抗干扰性。地理信息系统（GIS）是指与所研究对象的空间地理分布有关的信息。它是表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、属性、规律和相互联系的数

3、字、文字、音像和图形等的总称。遥感技术（RS）是利用光谱学、光电子学和电子技术从高空或远距离平台上，利用电磁波的探测仪器，获得接收物体辐射及反射的电磁波信息，经信息处理，测定被测物体的性质、形状位置和动态变化。§15-1GPS全球定位系统的组成摘要内容：介绍GPS全球定位系统的空间星座部分、地面监控部分、用户设备部分。讲课重点：GPS全球定位系统的用户设备部分。讲课难点：GPS全球定位系统的用户设备部分。讲授重点内容提要：一、空间星座部分1.GPS卫星星座布设方案保证在世界任何地方、任何时间，都可进行实时三维定位。（说明：16GPS

4、卫星星座由24颗卫星组成，其中有21颗工作卫星，3颗备用卫星。工作卫星分布在6个近似圆形轨道面内，每个轨道上有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55º。各轨道面升交点赤经相差60º。轨道平均高度为20200km。卫星运行周期为11小时58分。卫星同时在地平线以上的情况至少有4颗，最多可达11颗。）2.GPS卫星功能（1）接收并存储由地面监控站发来的导航信息；（2）接收并执行主控站发出的控制命令，如调整卫星姿态，启用备用卫星等；（3）向用户连续发送卫星导航定位所需信息，如卫星轨道参数、卫星健康状态及卫星信号发射时间标准等。二、

5、地面监控部分地面监控部分是由分布在美国本土和三大洋的美军基地上的五个地面站组成。按功能可分为监测站、主控站和注入站三种。地面监控系统的整个系统是由主控站控制，地面站之间由现代化通信系统联系。三、用户设备部分1.主要任务捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号（GPS卫星是以广播方式发送定位信息。）2.分类（1）按用途导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机、姿态测量型接收机。（2）按接收机通道数多通道GPS接收机、序贯通道接收机、多路复用通道接收机。3.设备用户设备是指用户GPS接收机。GPS接收机是一种被动式无线电定位设备，在全球任何地方

6、只要能接收到4颗以上GPS卫星的信号，实现三维定位、测速、测时。GPS接收机组成：GPS接收机天线、GPS接收主机和电源三部分组成。其主要功能是接收GPS卫星信号并经过信号放大、变频、锁相处理，测定出GPS信号从卫星到接收机天线间的传播时间，解释导航电文，实时计算GPS天线所在位置（三维坐标）及运行速度。16在精密定位测量工作中，一般均采用大地型双频接收机或单频接收机。用于精密定位测量工作的GPS接收机，其观测数据必需进行后处理，因此必须配有功能完善的后处理软件，才能求得所需测站点的三维坐标。§15-2GPS坐标系统摘要内容：介绍G

7、PS全球定位系统的坐标系。讲课重点：WGS-84坐标系、三维坐标系统中的转换模型。讲课难点：三维坐标系统中的转换模型。讲授重点内容提要：一、WGS-84坐标系几何定义：WGS-84世界大地坐标系就是以国际时间局1984年第一次公布的瞬时地极（BIH1984.0）作为基准，建立的地球瞬时坐标系，严格来讲属准协议地球坐标系。物理定义：它拥有自己的重力场模型和重力计算公式，可以算出相对于WGS-84椭球的大地水准面差距。（说明：由于GPS是全球性的定位导航系统，其坐标系统必须是全球性的。它是通过国际协议确定的，通常称为协议地球坐标（Cov

8、entionalTerrestrialSystem-CTS）。GPS测量中所使用的协议地球坐标系统称为WGS-84坐标系（WorldGeodeticsystem）。几何定义是：原点是地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极