全球定位系统原理与方法ppt培训课件

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1、GPS全球定位系统原理与方法蒋耿明jainggengming@hotmail.com第一部分GPS技术及其发展GPS——GlobalPositioningSystem定义：GPS是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。21957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，40年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多领域，得到了极广泛应用。人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的

2、高度重视。1958年底，美国海军武器实验室开始着手研发的“海军导航卫星系统”(NavyNavigationSatelliteSystem——NNSS)。由于该系统卫星都通过地极，也称“子午(Transit)卫星系统”。1964年该系统建成，并在美国军方启用。1967年美国政府批准该系统解密，提供民用。该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。卫星定位技术发展的回顾3卫星定位技术发展的回顾NNSS导航系统存在如下缺点：系统卫星数目少(5-6颗)，且运行轨道低(1000km)；观测时

3、间长：几小时或几天，无法提供连续实时三维导航，尤其是高动态目标(飞机、导弹等)导航要求；精度低：精度低，单点定位精度3-5m，相对定位精度1m。4卫星定位技术发展的回顾为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星授时测距/全球定位系统”(NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem)，简称全球定位系统(GPS)。为使G

4、PS具有高精度连续实时三维导航和定位能力，以及良好的抗干扰性能，在设计上采取了若干改善措施。5GPS系统的特点全球性连续覆盖，全天候工作定位精度高观测时间短测站间无需通视可提供三维坐标操作简便功能多，用途广6GPS定位系统的组成GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射L波段的载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。因此，GPS定位系统是由以下三个部分组成：GPS卫星星座(空间部分)地面监控系统(地面控制部分)GPS信号接收机(用户设备部分)这三

5、部分的功能和作用各自独立，缺一不可。7GPS系统的空间部分由24颗GPS卫星组成，称为卫星星座。卫星星座的分布设置要保证地球上任何地点，任何时刻至少可以同时观测到四颗卫星。GPS卫星星座组成可见卫星出没轨迹图GPS星座8铯原子钟计算机2块7m2的太阳能翼板无线电收发两用机导航荷载（接收数据，发射测距和导航数据）姿态控制和太阳能板指向系统GPS卫星9GPS卫星迄今已设计了三代:第一代Block1型用于系统实验，称实验卫星，共研制和发射了11颗，设计寿命5年，现已停止工作；第二代Block2和2A型卫

6、星称为工作卫星，共研制了28颗，设计寿命7.5年，从1989年初到1994年上半年发射完毕；第三代GPS网络由32颗Block3和2R型卫星组成，性能至少不亚于欧洲与中国合作的“伽利略计划”，第一阶段将于2013年年底部署到位。GPS卫星星座组成10GPS星座参数卫星：24颗(3颗备用)轨道：6个面长半轴：26609km偏心率：0.01轨道面相对赤道面的倾角：55°各轨道面升交点赤经相差：60°相邻轨道卫星升交距角相差：30°卫星高度：20200km卫星运行周期：11小时58分钟11接收和存储由地

7、面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行处理；通过星载的原子钟提供精密的时间标准。向用户发送定位信息；在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态或启用备用卫星。GPS卫星的基本功能12GPS地面监控部分GPS的地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，其中包括5个卫星监测站、1个主控站和3个注入站。监测站：是主控站直接控制下的数据自动采集中心。站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机1台和若干台环境数据传感器。观测资料由计算机进行初步处

8、理，存储并传输到主控站，以确定卫星轨道。科罗拉多卡瓦加兰狄哥伽西亚阿松森岛夏威夷13GPS地面监控部分主控站除协调和管理地面监控系统外，主要任务：根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星时钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站；提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站；调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行；启用备用卫星代替失效工作卫星。14GPS地面监控部分注入站：