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1、 武汉大学 测绘学院 GPS原理及其应用课程组 GPS原理及其应用 (一) GPS原理及其应用 第一章绪 论 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 GPS原理及其应用 1.1 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS原理及其应用 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 G
2、PS原理及其应用 GPS概述 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 GPS原理及其应用 GPS概述 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 GPS原理及其应用 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
3、，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 GPS原理及其应用 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 GPS原理及其应用 子午卫星系统及其局限性 系统简介 NNSS Na
4、vy 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 子午卫星 子午卫星星座 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 GPS原理及其应用 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： 4.9996MHz 30 = 149.988MHz； 4.9996MHz 80 = 399.968MHz；星 历） 卫星星座 由6颗卫星构成，6轨
5、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 大地测量多普勒接收 机 - 1 （MX1502） 大地测量多普勒接收 机 - 2 （CMA751） 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 GPS原理及其应用 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 多普勒联测定位 多普勒单点定位 绪论 全球定位系统的产生、发展及
6、前景 子午卫星系统及其局限性 GPS原理及其应用 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 TRANSIT系统 卫星：6颗 极地轨道 轨道高度：1075km 信号频率：400MHz、150MHz 绝对定位精度：1m 相对定位精度：0.1m0.5m 定位原理：多普勒定位 存在问题：卫星少，无法实现实时定 位；轨道低，难以精密定轨；频率低 ，难以消除电离层影响。 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 GPS原理及其应用 GP
7、S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原理及其应用 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。 绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS的发展简史 GPS原理及其应用 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
8、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）。 绪论 全球定位系统的产生、发展及前景 GPS的发展简史 GPS原理及其应用 1.2 GPS在各个领域中的应用 GPS原理及其应用 GPS在军事中的应用 GPS导航的舰载飞弹 配备GPS的士兵 美国海军核潜艇 绪论 GPS在各个领域中的应用 GPS原理及其应用 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
9、、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原理及其应用 GPS在测量中的应用 建立和维持全球性的参考框架 绪论 GPS在各个领域中的应用 GPS原理及其应用 GPS在测量中的应用 板块运动和监测 绪论 GPS在各个领域中的应用 GPS原理及其应用 GPS在测量中的应用 建立各级国家平面控制网 绪论 GPS在各个领域中的应用 GPS原理及其应用 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 绪论 GPS在各个领域中的应用 GPS原理及其应用 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 绪论 GPS在各个领域中的应用 GPS原理及其应用 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 . 绪论 GPS在各个领域中的应用
