gps 原理及其应用 ( 一 )

GPS 原理及其应用( 一 )

GPS 原理及其应用

§1.1 全球定位系统的产生、发展及前景§1.2 GPS 在各个领域中的应用


§1.1 全球定位系统的产生、发展及前景


什么是 GPS ？• GPS 的英文全称是

Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System

简称 GPS ，有时也被称作 NAVSTAR GPS 。

其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定位系统。

绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > 什么是全球定位系统


GPS 概述①• 建立国家

– 美国• 目的

– 在全球范围内，提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务

• 开始筹建时间– 1973 年

• 完全建成时间– 1995 年

绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > GPS 概述①


GPS 概述②• 系统构成

– 空间部分、地面控制部分、用户部分• 服务方式

– 通过由多颗卫星所组成的卫星星座提供导航定位服务• 定位原理

– 距离交会• 测距原理

– 被动式电磁波测距• 特点

– 全球覆盖、全天候、不间断、精度高

绪论绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > GPS 概述②


常规（地面）定位方法• 近、现代的常规定位方法

– 采用的仪器设备• 尺：铟钢尺• 光学仪器：经纬仪，水准仪• 电磁波或激光仪器：测距仪• 综合多种技术的仪器：全站仪

– 观测值• 角度或方向观测• 距离观测• 天文观测方法

绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > 常规（地面）定位方法


常规定位方法的局限性• 需要事先布设大量的地面控制点 / 地面站• 无法同时精确确定点的三维坐标• 观测受气候、环境条件限制• 观测点之间需要保证通视

– 需要修建觇标 / 架设高大的天线– 边长受到限制– 观测难度大– 效率低：无用的中间过渡点

• 受系统误差影响大，如地球旁折光• 难以确定地心坐标

绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > 常规（地面）定位方法的局限性


子午卫星系统及其局限性• 系统简介

– NNSS – Navy Navigation Satellite System （海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit （子午卫星系统）

– 采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统

– 美国研制、建立– 1964 年 1 月建成– 1967 年 7 月解密供民用

绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > 子午卫星系统及其局限性


子午卫星系统及其局限性• 系统组成

– 空间部分• 卫星：发送导航定位信号（信号： 4.9996

MHz 30 = 149.988MHz ； 4.9996MHz 80 = 399.968MHz ；星历）

• 卫星星座 – 由 6 颗卫星构成， 6 轨道面，轨道高度 1075km

– 地面控制部分• 包括：跟踪站、计算中心、注入站、控制

中心和海军天文台– 用户部分

• 多普勒接收机



子午卫星系统及其局限性• 应用领域

– 海上船舶的定位– 大地测量

• 精度– 单点定位： 15 次合格卫星通过

（两次通过之间的时间间隔为 0.8h ~ 1.6h ），精度约为 10m

– 联测定位：各站共同观测 17 次合格卫星通过，精度约为 0.5m



子午卫星系统及其局限性• 系统缺陷

– 卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务

– 导航定位精度低– 卫星信号频率低，不

利于补偿电离层折射效应的影响

– 卫星轨道低，难以进行精密定轨



GPS 的发展简史——方案论证阶段 • 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。

• 从 1973 年到 1979 年，共发射了 4 颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。

绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > GPS 的发展简史


GPS 的发展简史——全面研制和试验阶段 • 从 1979 年到 1987 年，又陆续发射了 7 颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明， GPS 定位精度远远超过设计标准。



GPS 的发展简史——实用组网阶段 • 1989 年 2 月 14日，第 1 颗 GPS工作卫星发射成功。

• 1991 年，在海湾战争中， GPS首次大规模用于实战。

• 1993 年底实用的 GPS网即（ 21+3 ） GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。

• 1995 年 7 月 17日， GPS达到 FOC – 完全运行能力（ Full Operational Capability ）。



§1.2 GPS 在各个领域中的应用


GPS 在军事中的应用绪论 > GPS 在各个领域中的应用


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

绪论 > GPS 在各个领域中的应用


GPS 在测量中的应用• 建立和维持全球性的参考框架



GPS 在测量中的应用• 板块运动和监测



GPS 在测量中的应用• 建立各级国家平面控制网



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



GPS 在测量中的应用• 在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的

应用



GPS 在其他领域中的应用

• 精细农业• 遥感• 卫星定轨• 资源勘探• 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、

时间传递• ….


gps 原理及其应用 ( 一 )

Documents