01 第1讲 GPS原理及应用绪论.pptx

第1页：GPS原理及应用封面

GPS原理及其应用。

第2页：GPS能做什么

GPS首先想到什么？

• GPS能够干什么？
• 谁的手机上有GPS？
• 谁会用GPS？

第3页：GPS的三大应用与接收机分类

GPS的应用：导航、授时、定位测量。

• 导航型GPS接收机
• 测量型GPS接收机

第4页：课程基本情况与考核方式

教材

《GPS测量与数据处理》、《GPS测量操作与数据处理》

考核

平时成绩（考勤、作业、实习）占40%，期末考试占60%

第5页：课程主要内容

课程主要内容：

• GPS定位的坐标系统和时间系统
• 全球定位系统的组成及信号结构
• GPS定位中的误差源
• 距离测量与GPS定位
• GPS测量数据处理
• GPS测量的技术设计与数据采集

第6页：第一章绪论

第一章 绪论

• 全球定位系统的产生、发展
• GPS在各个领域中的应用
• 美国政府的GPS政策
• 其他卫星导航系统的概况

第7页：GPS的含义与全称

§1.1 全球定位系统的产生、发展

GPS全称

Navigation System with Timing And Ranging / Global Positioning System（NAVSTAR/GPS）

中文含义

授时与测距导航系统／全球定位系统，简称GPS

第8页：卫星定位的三个发展阶段

人造地球卫星成功发射后，卫星定位经历了三个发展阶段：

• 卫星三角测量
• 卫星多普勒测量
• GPS卫星定位测量

第9页：卫星三角测量原理

1、卫星三角测量原理：卫星仅作为一种空间动态观测目标，由地面通过拍摄卫星的位置而测定地面点的坐标。

第10页：卫星多普勒定位测量的提出

2、卫星多普勒定位测量

• 吉尔博士和魏芬巴哈博士指出，利用地面跟踪站上的多普勒测量资料可以精确确定卫星轨道
• 麦克卢尔博士和克什纳博士指出，对轨道已确定的卫星进行多普勒测量，则可确定用户位置

第11页：多普勒定位原理

卫星多普勒定位测量的定位原理基于「多普勒效应」，以发射频率 f_s 与接收频率 f_r 之差推求站星距离变化。

第12页：子午卫星系统NNSS简介

3、子午卫星系统简介

NNSS

Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星系统），卫星轨道为极地轨道，也称Transit（子午卫星系统）

• 利用多普勒效应进行导航定位，也称多普勒定位系统
• 美国研制、建立
• 1958年12月开始研究，1964年1月建成，1967年7月解密供民用

第13页：NNSS系统参数

子午卫星系统（NNSS）系统参数：

第14页：NNSS系统的局限性

子午卫星系统的局限性：

• 一次定位所需时间过长
• 不是连续的、独立的卫星导航系统
• 效率低、精度低

第15页：距离交会定位原理

4、全球定位系统的产生、发展：以距离交会为基本原理，利用多颗卫星的已知位置与站星距离交会确定测站点坐标。

第16页：GPS研制与试验卫星阶段

GPS研制与试验阶段：

• 1973年12月，美国国防部批准研制GPS
• 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功
• 1973年到1979年共发射4颗试验卫星，研制地面接收机并建立地面跟踪网
• 1979年到1987年又陆续发射7颗试验卫星，试验表明GPS定位精度远超设计标准

第17页：GPS工作卫星与运行能力

GPS工作卫星与运行能力：

• 1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功
• 1991年海湾战争中，GPS首次大规模用于实战
• 1993年7月在轨正常运行卫星达到24颗，同年12月宣布GPS具备IOC（初始运行能力）
• 1995年4月27日，GPS达到FOC（完全运行能力）

第18页：GPS在军事中的应用

§1.2 GPS在各个领域中的应用——1、GPS在军事中的应用：为导弹等武器提供导航与制导。

第19页：GPS在交通运输中的应用

2、GPS在交通运输业中的应用：

• 航运、航空搜索
• 陆路交通（车辆导航、监控）
• 船舶远洋导航和进港引水

第20页：建立全球性参考框架

3、GPS在测量中的应用：建立和维持全球性的参考框架。

第21页：板块运动与监测

3、GPS在测量中的应用：板块运动和监测。

第22页：建立国家平面控制网

3、GPS在测量中的应用：建立各级国家平面控制网。

第23页：城市与工程控制网布设

3、GPS在测量中的应用：布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量。

第24页：

第25页：航空摄影与地籍海洋测量

3、GPS在测量中的应用：

• 航空摄影测量
• 地籍测量
• 海洋测量

第26页：GPS在其他领域的应用

4、GPS在其他领域中的应用：

• 精细农业
• 遥感
• 卫星定轨
• 资源勘探
• GPS气象学
• 个人旅游及野外探险
• 电力、广播、电视、通讯等网络的时间同步与时间传递

第27页：SPS与PPS服务精度

§1.3 美国政府的GPS政策——1、SPS与PPS：

第28页：SA选择可用性与AS反电子欺骗

2、SA和AS技术

SA 选择可用性（Selective Availability）

1990.3.25~2000.5.1实施，人为降低普通用户测量精度：ε技术降低星历精度（加入随机变化），δ技术使卫星钟加高频抖动

AS 反电子欺骗（Anti-Spoofing）

1994.1.31起实施至今，将P码加密，P+W→Y码

第29页：GPS现代化内容

3、GPS现代化：

• 在Block II R卫星的L2载波上调制C/A码，在Block II F卫星中增加f=1176.45MHz的民用频率
• 增强卫星信号强度，增加抗干扰能力
• 增设新的军用码（M码），与民用码分开，保密性与抗干扰能力更好
• 使用新技术，以阻止或干扰敌方使用GPS
• 军用接收机具有更好的保护装置与抗干扰能力，并具有快速初始化功能

第30页：GPS卫星星座参数

§1.4 其他卫星导航定位系统概况——GPS卫星星座参数：

第31页：GLONASS系统概况

1、GLONASS（GLObal NAvigation Satellite System）

第32页：GLONASS卫星星座

GLONASS卫星星座与GLONASS卫星：24颗卫星均匀分布在3个轨道面上，轨道倾角64.8°，构成全球导航卫星星座。

第33页：GLONASS卫星运行状况

GLONASS卫星运行状况：

• 从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起，至1995年12月14日共发射73颗卫星
• 因卫星寿命过短、经费不足无法及时补星，系统一度不能维持正常工作
• 俄罗斯重新补充新卫星后，GLONASS系统有23颗卫星在轨

第34页：伽利略系统概况

2、伽利略卫星导航定位系统（Galileo）：

• 2002年3月欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统
• 星座由27颗工作卫星和3颗备用卫星组成，均匀分布在3个轨道平面，高度23616km，轨道倾角56°
• 具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能，前两种自由公开，后两种需经批准使用

第35页：伽利略计划实施进展

伽利略计划实施进展：

• 2005年12月28日第一颗试验卫星GIOVE-A进入2.3万km预定轨道，2006年1月12日开始向地面发送信号
• 总投资34亿欧元（约合41亿美元），计划发射30颗服役期约20年的正式卫星
• 建成后美欧两大兼容系统有助于提高导航定位的精度和可靠性；原计划2008年完成，后推迟至2014年

第36页：Galileo卫星

Galileo卫星：欧盟伽利略系统的导航卫星，部署在23616km高度的3个轨道平面上。

第37页：北斗卫星导航系统构成

3、北斗卫星导航系统

• 我国自行研制
• 系统由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成
• 空间部分包括2~3颗地球同步轨道卫星
• 用户终端分为定位通信终端、差分校时终端、集团用户管理站终端

第38页：

第39页：北斗用户机类型

北斗用户机类型：

• 车载型用户机
• 通讯型用户机
• 便携型用户机
• 船载型用户机
• 指挥型用户机

第40页：北斗一号与国外系统对比

北斗一号与GPS、GLONASS、Galileo的比较：

第41页：北斗一号卫星运行状况

北斗一号卫星运行状况：

第42页：北斗二代建设规划

4、北斗二代：

• 2011年12月28日开始试运行，覆盖亚太地区
• 2012年正式运行，2020年左右覆盖全球
• 空间段计划由35颗卫星组成：5颗GEO＋3颗IGSO＋27颗MEO
• 目前已发射19颗卫星：7颗GEO、5颗IGSO、7颗MEO

第43页：北斗二代已发射卫星一览

北斗二代已发射卫星一览：