GPS测量原理与应用-讲义第八章

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1、第八章现代全球导航定位系统发展（TheDevelopmentofGlobalPositioningSystem）GPS的现代化及其实质美国提出的GPS现代化的基本目的是满足和适应21世纪美国国防现代化发展的需要，这是GPS现代化中第一位的，根本的。具体地说，GPS现代化是为了更好地支持和保障军事行动。GPS实现现代化的相应措施是：（1）增加GPS卫星发射的信号强度，以增加抗电子干扰能力；（2）在GPS信号频道上，增加新的军用码（M码），要与民用分开。M码要有更好的抗破译的保密和安全性能；(3)军事用户的接收设备要比民用的有更好的保护装置，特别是抗干扰能力和快速初始化功能；（4）创造新的技术，以

2、阻止和阻抗敌方使用GPS。当然，为了拥有众多的民用用户，GPS现代化中也考虑了如何改善民用中的精度、覆盖范围、完善性等内容。GPS现代化计划的进程安排GPS现代化第一阶段　　发射12颗改进型的GPSBLOCKⅡR型卫星，它们具有一些新的功能。既能发射第二民用码，即在L2上加载CA码；在L1和L2上播发P（Y）码的同时，在这两个频率上还试验性的同时加载新的军码（M码）；ⅡR型的信号发射功率，不论在民用通道还是军用通道上都有很大提高。GPS现代化第二阶段　　发射6颗GPSBLOCKⅡF（“ⅡFLite”）。GPSBLOCKⅡF型卫星除了有上面提到的GPSBLOCKⅡR型卫星的功能外，还进一步强

3、化发射M码的功率和增加发射第三民用频率，即L5频道。GPSⅡF型卫星的第一颗的发射不迟于2005年。到2008年在空中运行的GPS卫星中，至少有18颗ⅡF型卫星，以保证M码的全球覆盖。到2016年GPS卫星系统应全部以ⅡF卫星运行，共计24+3颗。GPS现代化计划的第三阶段　　发射的GPSBLOCKⅢ型卫星，在2003年前完成代号为GPSⅢ的GPS完全现代化计划设计工作。目前正在研究未来GPS卫星导航的需求，讨论制定GPSⅢ型卫星系统结构，系统安全性、可靠程度和各种可能的风险，计划在2008年要发射GPSⅢ的第一颗实验卫星。计划用近20年的时间完成GPSⅢ计划，取代目前的GPSⅡ。GLONA

4、SS系统的发展与结构前苏联海军从1965年开始第一代卫星导航系统——CICADA，该系统类似于美国的TRANSIT系统，也是一种基于多普勒频移测量的低轨卫星导航系统，其轨道高度仅1000km，只能实现二维位置定位，且定位精度为500m左右，因此，不能满足现代高精度导航的需要。从1982年10月开始，前苏联在全面总结研究CICADA卫星导航优劣以及吸取美国GPS系统的成功经验的基础上，研制发展第二代导航卫星系统——GLONASS全球导航卫星系统,英文全称为GlobalOrbitingNavigationSatelliteSystem，缩写为GLONASS），历经13年，于1996年1月建成了满星

5、座24颗卫星的GLONASS系统，可以实现全球、全天候、连续实时地为用户提供三维位置、三维速度和时间信息。与美国的GPS系统相同前苏联（现归属俄罗斯）的GLONASS系统也是由24颗卫星星座组成，但是，这24颗卫星是均匀分布在3个轨道平面上，每个轨道上布设着8颗GLONASS卫星。3个轨道平面间按升交点经度计算互为120°，平均轨道高度为19100km，轨道倾角为64.8°，卫星的运行周期为11h15min。GLONASS卫星星座如下图所示。GLONASS星座GLONASS卫星在轨重量为1400kg，卫星体直径为2.25m，其外形结构如图右所示，卫星圆标形的星体为仪表舱；两侧安设太阳电池翼板，

6、为星载电子设备提供电能；星体尾部装备312根L波段的发射天线，用以向全球用户发送GLONASS卫星的导航定位信号。GPS系统时与世界协调时相关联，而GLONASS系统时与莫斯科标准时相关联。GLONASS系统的卫星广播星历是以卫星在空间直角坐标、速度分量和加速度分量9个参数为星历参数；另外GLONASS卫星系统的参考坐标系是以与俄罗斯地区的地球表面拟合较好的地球模型建立的PZ-90坐标系。GLONASS导航电文所含数据可分为实时数据和非实时数据两类。实时数据是与发射该导航电文的GLONASS卫星相关的数据。包括：卫星钟面时、卫星钟钟面时与GLONASS系统时的差值、卫星信号载波频率实际值与设计

7、值的相对偏差、卫星星历。非实时数据为卫星导航系统的历书数据，包括：所有卫星的状态数据（状态历书）、每颗卫星的钟面时相对于GLONASS系统时的近似改正数（相应历书）、所有卫星的轨道参数（轨道历书）、GLONASS系统时间相对于UTC（SU）的改正数等。现阶段GLONASS系统存在的问题与发展方向由于GOLNASS卫星在轨作业寿命过短，部分卫星在轨作业时间不足2年，因此，维持这样一个系统的基本功能每