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1、第九章 GPS衛(wèi)星定位技術(shù) 9.1 GPS定位概述 1957年 10月，世界上（前蘇聯(lián)）第一顆人造 地球衛(wèi)星發(fā)射成功，標(biāo)志著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 跨入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。隨著人造地球衛(wèi)星的不 斷發(fā)射，利用衛(wèi)星進(jìn)行定位測(cè)量已成為現(xiàn)實(shí)。 第一階段： 衛(wèi)星僅作為觀測(cè)目標(biāo) 第二階段： 多普勒衛(wèi)星定位 第三階段： GPS定位系統(tǒng) GPS全球定位系統(tǒng)的建立 1973年 12月，美國(guó)國(guó)防部出于軍事戰(zhàn)略的考 慮，建立了全球定位系統(tǒng)（ GPS）。 全球定位系統(tǒng)（ GPS）計(jì)劃經(jīng)歷了以下 三個(gè) 階段： 19741978年 方案論證 19791987年 系統(tǒng)論證 19881993年 生產(chǎn)實(shí)驗(yàn) GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星
2、系統(tǒng) : 起步比 GPS晚 9年 （ 1982年）， 1996年 1 月 18日整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn) 行。 GLONASS系統(tǒng)在 系統(tǒng)組成和工作原理上 與 GPS類似，也是有空 間衛(wèi)星星座、地面控制 和用戶設(shè)備三大部分組 成。系統(tǒng)可供國(guó)防和民 用，不帶任何限制，也 不計(jì)劃對(duì)用戶收費(fèi)。 GLONASS衛(wèi)星星座 GLO NASS 衛(wèi) 星 伽利略 GNSS系統(tǒng)： 1994年開(kāi)始，歐盟對(duì)系統(tǒng)方案論證。 2002年 3月， 歐盟 15國(guó)交通部長(zhǎng)一致同意該系統(tǒng)的建設(shè)，計(jì)劃 2008年 完成系統(tǒng)部署并投入 使用。 GNSS系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì) 思想 ：與 GPS/GLONASS 不同，完全從民用出發(fā)； 可與 GPS/G
3、LONASS系 統(tǒng)有機(jī)的兼容；有償?shù)?對(duì)民用開(kāi)放（商用）， 高精度。 雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號(hào)）： 空間部分 GPS衛(wèi)星星座 三大部分 地面控制部分 地面監(jiān)控系統(tǒng) 用戶設(shè)備部分 GPS信號(hào)接收機(jī) 9.2 GPS系統(tǒng)組成 用戶部分 主控站 空間部分 地面控制部分 衛(wèi)星星座的基本參數(shù)： 21+3顆衛(wèi)星， 6個(gè) 軌道面，衛(wèi)星高度 20200km，軌道傾 角 55度，衛(wèi)星運(yùn)行 周期 11小時(shí) 58分（恒 星時(shí) 12小時(shí)），載波 頻率為 1575.42和 1227.60MHz。 GPS工作衛(wèi)星及其星座 GPS衛(wèi)星 各種車載型： 用戶設(shè)備部分 GPS信號(hào)接收機(jī) 各種手持機(jī)： 一體機(jī)： GJS300 靜態(tài)
4、接收機(jī) F30靜態(tài) 接收機(jī) Smart3100IS傻瓜型 徠卡 GPS1200 南方測(cè)繪 S808 天測(cè) Ashtech 藍(lán)牙接收機(jī)： “天目領(lǐng)航”汽車衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) 9800 天王星海洋水上測(cè)量系統(tǒng) (RTK) 返回 9.3 GPS特點(diǎn)及應(yīng)用 （ 1） 定位精度高 GPS相對(duì)定位精度在 50km以內(nèi)可達(dá) 10-6 , 100500km可達(dá) 10-7， 1000km以上可達(dá) 10-9。 一、 GPS系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 2） 觀測(cè)時(shí)間短 20km以內(nèi)的相對(duì)靜態(tài)定位，僅需 1520 分鐘；速靜態(tài)定位時(shí)，流動(dòng)站距基準(zhǔn)站 15km 以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)僅需 1520分鐘；動(dòng)態(tài) 定位僅需幾秒鐘。 （ 3）
5、測(cè)站間無(wú)需通視 只需測(cè)站上空開(kāi)闊即可，布點(diǎn)靈活。 （ 4） 可提供三維坐標(biāo) 經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程分別施測(cè)， GPS可同 時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 （ 5） 操作簡(jiǎn)便 隨著接收機(jī)的不斷改進(jìn)，有的已達(dá) “ 傻瓜化 ” 。 （ 6） 全天候作業(yè) 可在一天 24小時(shí)內(nèi)任何時(shí)間進(jìn)行。 （ 7） 功能多、應(yīng)用廣 “ GPS的應(yīng)用僅受到人們想象力的限制！ ” 1、 GPS系統(tǒng)用途廣泛 導(dǎo)航方面、軍事方面、測(cè)量方面、地球動(dòng)力學(xué) 研究方面、氣象、交通管理、農(nóng)林種植方面等等。 2、 多元化空間資源環(huán)境的出現(xiàn) 目前， GPS， GLONASS， INMARSAT等系統(tǒng)都具 備了導(dǎo)航定位的功能，形成了多元化的空間資源
6、環(huán) 境。到 2010年， GNSS純屬民間系統(tǒng)建成， GPS/GLONASS/GNSS將成為國(guó)際共有、國(guó)際共享的 安全資源環(huán)境。 二、 GPS系統(tǒng)的應(yīng)用前景 3、 GPS技術(shù)的最新進(jìn)展 GPS技術(shù)的最新進(jìn)展代表了全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 的主要發(fā)長(zhǎng)方向，目前主要表現(xiàn)為衛(wèi)星系統(tǒng)、定位方 法和接收機(jī)三個(gè)方面的迅速發(fā)展。 （ 1） GPS現(xiàn)代化計(jì)劃 實(shí)質(zhì)：保護(hù)、阻止、改善 （ 2）精密單點(diǎn)定位技術(shù) （ 3）網(wǎng)絡(luò) RTK定位技術(shù) 4、 發(fā)展 GPS產(chǎn)業(yè) 今后 GPS將像目前汽車、無(wú)線電通信等一樣形 成產(chǎn)業(yè)化。 5、 GPS的應(yīng)用將進(jìn)入人們的日常生活 盡管目前大多數(shù)人還不知道什么是 GPS，但有人 預(yù)言， GPS將改變我們的生活方式。 GPS就像移動(dòng)電 話、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)我們的生活的影響一 樣，人們?nèi)粘Ｉ顚㈦x不開(kāi)它。 9.4 定位原理及作業(yè)模式 衛(wèi)星定位的基本原理 1、 衛(wèi)星的位置 1 2 3 S P1 P2 P3 原理 ： 根據(jù)地面已知點(diǎn)的 坐標(biāo)，用空間距離前方 交會(huì)的方法，求出衛(wèi)星 的在軌位置。 1 2 3 S1 S2 S3 P 原理 ：根據(jù)空中衛(wèi)星的已知 坐標(biāo)，用空間距離 后方交會(huì)的方法， 求出測(cè)站點(diǎn)的位置。 2、 測(cè)站的位置 1靜態(tài)定位模式 1 2 3 4 5 6 7 定位原理及作業(yè)模式 2實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量 RTK 思考 與傳統(tǒng)測(cè)量相比， GPS基線觀測(cè)向量需要 哪些改化和計(jì)算！
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