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1、专题三全球定位系统理论与应用研究进展一、GPS理论研究进展GPS的全称是:NavigationSatelliteTimingandRangingGlobalpositioningSystem。即，利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。现在，GPS已经在全世界范围内得到了广泛的应用，在军事，农业，航海，勘探等许多领域.发挥着积极的作用。1、GPS的发展历程前苏联于1957年发射的第一颗人造地球卫星开启了人类星基导航的大门,美国人提出的"反向观测"设想奠定了现代全球卫星定位的理论基础。20世纪70
2、年代,随着美苏军事竞争的逐步升级,美国迫切希望拥有能够在世界范围内实施精确、快速定位和导航的高端技术,从而掌握制空权。于是美国国防部于1973年开始组织研制能满足陆海空三军需要的“导航卫星定时和测距全球定位系统(NaviGationSatelliteTimingandRangingGlobalPositioningSystem),简称GPS全球定位系统。GPS计划的实施分为三个阶段:1973～1977年为方案论证和设计;1978～1988年为全面研制和试验;1989-1994年为组网阶段,到1994年3
3、月建成了GPS系统。历时20多年,耗资200多亿美元,是美国继“阿波罗”登月飞船和航天飞机后的第三大航天技术工程。该系统是能在海、陆、空进行全方位高准确度实时定位、测速、授时的新一代卫星导航定位系统。最早的全球定位系统是“NNSS”(NavyNavigationSatelliteSystem)，即海军导航卫星系统，它于1958年底由美国15海军开始实施，于1964年建成，但开始时只供美国军方使用，直到1967年才开始提供民用，并为各国所采用，我国也于70年代中期引人了NNSS定位技术。该系统的问题在于其
4、“单星、低轨、低频测速”体制，不能满足高动态用户时导航定位的要求，也不能满足高精度的要求。因此，美国与七十年代初又开始了新的导航定位系统的研制，并于1973年发射了第一颗试验卫星，1989年又发射了第一颗GPS工作卫星，逐渐形成了现在的GPS定位系统。目前，世界上主要有两种卫星导航系统，即:NAVSTAR系统和CLONASS系统，前者属于美国国防部，而后者则是由前苏联开发的系统。通常我们所说的GPS系统主要是指NAVSTAR系统。美军的GPS系统是世界上目前唯一最完善的卫星导航定位系统,GPS系统经过海
5、湾战争、科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争以及各种冲突的历练,已成为美军及其盟军重要的电子信息系统,GPS系统是美军战斗力的倍增器,它在美军各项军事行动中发挥了巨大的作用,也是美军保持其全球信息优势的重要基础。1、GPS的原理2.1GPS系统组成一个完整的GPS主要由空间段、控制段和用户段三部分构成。2.1.1空间段由分布在6个轨道面上的24颗卫星组成15。卫星轨道高度20200km,倾角55度,周期12小时。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号,导航定位信号中含有卫星的位置
6、信息,使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻,在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多可达到9颗。卫星的轨道分布保证在世界各地任何时间可见到至少6颗卫星,卫星连续向用户提供位置和时间信息。2.1.2控制段由分布在全球的一个主控站、五个监测站和三个注入站组成。主控站位于Colorado。监测站跟踪视野内所有GPS卫星、收集卫星测距信息,并把收集的信息送到主站。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据,计算各卫星的轨道参数、钟差参数等,并将这些数据编制成导航电文,传送到注入站,再由
7、注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。2.1.3用户段由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,跟踪卫星的运行,并对信号进行交换、放大和处理,再通过计算机和相应软件,经基线解算、网平差,求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。2.2GPS定位原理所有在轨运行的GPS卫星既是作为一系列的动态已知点、又是作为无线电信号发射台存在于空间,它们发播的星历信号为用户提供卫星的空间坐标、轨道参数、时间、各种改正等一系
8、列信息。接收机接收这些星历信号,测量观测者距所选卫星的距离,然后根据所测得距离求出观测者的坐标参数,这就是GPS定位。GPS定位是在GPS卫星的实时位置已知的前提下采用距离交会原理来实现位置的准确确定的。15基本原理是:知道未知点到已知点的距离,未知点就必然位于以已知点为球心、两点间距离为半径的球面上;如果已知A、B、C三个卫星的在轨坐标,又测出了观测站距三颗卫星的距离,然后分别以这3个卫星为球心,以所测得的距离为半径画3个球面,则观测站就
