GPS卫星定位技术教案

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1、第一章绪论第一节GPS卫星定位技术的发展一、早期的卫星定位技术卫星三角测量：卫星作为空间动态观测目标。1966年—1972年，美、英、德合作应用卫星三角测量，测量了具有45个测站的“全球三角网”，点位精度约5米。二、子午卫星导航系统的应用及其缺陷1、卫星多普勒定位测量：卫星作定向动态已知点，非几何测量，发信号测速。2、（NAVYNAVIGATIONSATELLITESYSTEM）NNSS的建立1958年12月，美国海军和HOPKINS大学联合研究了“美国海军导航卫星系统——NNSS（NAVYNAVIGATIONSATELLITESYSTEM）。”由于卫星轨道通过南北

2、地极，故称为子午卫星导航系统。1964年1月研制成功，用于北极星核潜艇的导航定位；军事导航定位。1967年7月，美国政府批准，对其广播星历解密提供民用，定位技术迅速兴起。作用：已知地面点坐标，测定多普勒频移，确定卫星运行轨道；已知卫星运行轨道，测定多普勒频移，确定地面点坐标。3、多普勒定位原理：多普勒效应：当波源与接收器（观测者）作相对运动时，波源的发射频率与观测者接收频率之间成立关系：fr——接收频率；fs——发射频率；c——光速；α——波源运动方向与波源到测站方向间的夹角；v——波源运动速度。测定多普勒频移，即可求出ρ：，4、NNSS的优缺点优点：（1）经济、快

3、速，不受天气和时间限制。采集2天数据，可得分米级精度的三维地心坐标。（2）实现了全球范围内的核潜艇、导航测量船、军民用舰船的全天候导航，以及海上石油勘探、钻井定位、海底电缆铺设、海洋调查等方面的广泛定位。缺点：（1）子午卫星轨道高度低（1000km左右），难以做到精确定轨。卫星沿经圈运动。（2）子午卫星仅有六颗，数量少，无法实现全球的实时导航和定位。6颗卫星，950-1200km轨道，107min。（3）信号频率低，难以补偿电离层折射的影响。（4）卫星沿经圈运动，精度与高程相关，只有在已知接收机高程的情况下，才能得到经纬度的导航解。 在美洲大陆测定了500多个多普勒

4、点，西欧测定了30多个多普勒点，中国测定了近百个多普勒点，有全国多普勒网。 三、全球定位系统（GlobalPositionSystem）：子午卫星导航系统的应用受到较大的限制，为突破局限性，实现全天候、全球性和高精度的连续导航和定位----GPS卫星定位技术发展到一个辉煌的历史阶段。在子午卫星的基础上，克服其缺点。因此，具有“多星、高轨、测距”体制。导航解算需要多星，克服低轨缺点，保证多星。轨道高，覆盖范围大；高动态，瞬时解，以测距代测速。60年代末，提出计划：美国海军：“Timation”计划，12-18颗卫星，全球网；美国空军：“621-B”计划，3-4个星群，

5、全球网。1973年，国防部联合计划局（包括美国陆海空军、制图、交通、北大西洋）正式开始了GPS的研究和论证。1973年12月，美国国防部（DOD）批准建立GPS卫星全球导航定位系统（NAVSTAR/GPS），即：测时、测距/全球定位系统，计划投资300亿美元（实际花费130亿美元，管理有方）。计划分三阶段实施：（1）       第一阶段——原理与可行性（方案论证和初步设计阶段）由1973年开始至1978年2月22日第一颗试验卫星发射成功。1973-1979年，共发射4颗试验卫星，结果令人满意。（2）       第二阶段——系统全面研制与试验阶段由1979年开始至

6、1989年2月14日第一颗工作卫星发射成功。1979-1984年，发射了7颗试验卫星，BlockⅠ卫星（11颗）。定位精度远远超过设计精度。粗码定位精度为14米。（3）第三阶段——最后工程完成与发展（实用组网阶段）1989年，工作卫星发射，BlockⅡ、BlockⅡA（军事应用功能）。1993年，GPS网基本建成。DOD于1995年4月27日宣布：“GPS系统已具备全部运作能力（FOC）”。至此，整个历时23年、耗资130亿美元的GPS计划宣告完成。GPS的设计目标：实现全球、全天候、高精度的授时、导航和定位。 四、GLONASS：前苏联于1982年10月开始研究，

7、计划1995年前建成。GLONASS工作卫星星座：24颗卫星，其中21颗为工作卫星，3颗备用卫星，均匀分布在3个轨道上，轨道平面倾角64.8度；卫星高度：19100公里；运行周期：11小时15分；信号频率：1600MHz，1200MHz。1990年12月8日至1994年8月11日，共发射9颗GLONASS卫星；1994年11月20日开始发射三个一组的GLONASS卫星。97年全部完工，现已投入使用。  五、Galileo：Galileo计划设计为支持各种领域广泛应用，包括实时导航、位置基准、安全和应急跟踪、体育、休闲服务和支持政府公共事业的需要。Galileo系