卫星测量概述课件

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1、GPS卫星测量原理,成都经纬,成都经纬,空间部分,D1070/30.PPT,数据上传与下载,用户部分,控制部分 主控站 监控站 注入站,一句话原理:距离后方交会,GPS星轨道,GPS卫星测量原理,贵州大学,美国的GPS系统,建立时间:上世纪70年代初 构成:24颗卫星分布在6个近地轨道,轨道高度20183公里,轨道倾角55度,周期为11小时58分; 原理:码分多址(CDMA),有L1(1575.42MHz )和L2(1227.60MHz )，两个频段,调制C/A码和P码,以SA(已取消)和AS进行加密 目前设计精度:P码定位6米,C/A码定位12米 提供服务:标准定位服务 (SPS) 和精确定

2、位服务 (PPS) 使用椭球:WGS84 授时方式:UTC 现状:由于卫星设计寿命较长,故目前天上的卫星多于24颗(27) 计划:在II代卫星上增加军用测距码(M),在L2载波增加C/A码(至2010年完成,提高单点定位精度,并增加频率);于在2005后发射的II代卫星上增加L5频段(至2014年完成);加快对III代卫星的开发研制.,目前最为好用的全球卫星定位系统,其应用领域早已超出了导航/测绘等领域,成为世界一个新的应用研究方向,相信GPS的发展会给我们带来意想不到的东西.,其他应用:欧洲的EGNOS,美国的WASS,日本的MTSAS广义差分应用,贵州大学13595124056,1984

3、国际大地坐标系统 (WGS84) 是地球表面的最佳拟合A = 6,378,137.000 m 1/f = 298.2572236,南美洲,非洲,N,北美洲,欧洲,地形表面,WGS84介绍,贵州大学13595124056,原点位于地球的质量中心 X 与 Y 轴彼此垂直并位于赤道平面上 Z 轴垂直 X, Y 轴所在平面， 并与地球的自转轴相重合,WGS84介绍,贵州大学13595124056,“ 地图投影是将球面上的子午圈 (经圈)及平行圈(纬度圈)采用数学模型展开并表达在平面上。”,以地理坐标表达的每一个点都能够在平面上用一对东方向及北方向坐标来表示其位置。,地图投影介绍,高斯平面直角坐标,我国

4、高斯平面直角坐标的表示方法,（1）先将自然值的横坐标Y加上500000米； （2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。,国家高斯平面点P（2433586.693，38514366.157）所表示的意义: (1)表示点P在高斯平面上至赤道的距离;X=2433586.693m (2)其投影带的带号为38 、P点离38带的纵轴X轴的实际坐标Y=514366.157-500000= 14366.157m,GPS卫星测量原理,贵州大学,俄罗斯格拉斯系统GLONASS,建立时间:上世纪80年代初 构成:24颗卫星分布在3个近圆轨道,轨道高度19100公里,轨道倾角65度,周期为11小时15分; 原理:频

5、分多址(FDMA),也有L1(1,602+0.5625MHz)和L2(1,246+0.4375MHz)，两个频段,调制S码和P码,不进行加密 设计精度:平面16米,高程25米 提供服务:标准定位服务 (SPS) 和精确定位服务 (PPS) 使用椭球:SGS-E90 授时方式:UTC 现状:由于卫星寿命较短(5年),故发射了80余颗卫星,仅有8颗左右能正常工作,在低纬度地区,其卫星可见较差,单独使用无法定位 计划:用四年时间改造为GLONASS-M系统,应用状况: 除在高纬度地区外,GLONASS系统不具有实际用途,并不能对GPS系统大幅提高观测精度,也不能提高工作效率,贵州大学,欧盟的伽利略系

6、统GALILEO,GPS卫星测量原理,建立时间:21世纪初(2008年开始运营) 构成:30颗卫星分布在3个近地轨道,轨道高度23616公里,轨道倾角56度,周期为14小时04分; 原理:码分多址(CDMA),有四个发射频段(含SAR),工作信道达11个 设计精度:精度通常为 15-20m( 单频 ) 和 5-10m( 双频 ) 两种档次。公开特许服务有局域增强时能达到 1m ，商用服务有局域增强时为 10cm-1m 提供服务:公开服务 (OS) ，与 GPS 的 SPS 相类似，免费提供；生命安全服务 (SoLS) ；商业服务 (CS) ；公共特许服务 (PRS) ；以及搜救 (SAR) 服

7、务 使用椭球/授时方式:资料不详 现状:正在布署,伽利略定位系统是唯一一个民用系统,它的精度高,服务多,将会给GNSS带来诸多影响和发展,在未来伽利略系统一定会成为GNSS家庭中重要的一员,人们试目以待,贵州大学,中国的北斗系统,建立时间:上世纪80年代提出(2003年正式运营) 构成:2颗工作卫星一个备用卫星,均为同步卫星,两个轨道的交角为60度,工作频率：2491.75MHz ; 原理:主动式双向二维导航(上述其他系统均为被动式单向三维导航),可称为GEOSTAR快速双星导航. 设计精度:100米,设立标校站后可达20米 工作范围:北纬555， 东经70140之间的心脏地区，上大下小，最宽

8、处在北纬35左右 容量:每小时540000户 提供服务:定位,通讯 使用椭球/授时方式:资料不详 使用方法:用户发出定位信号给地面控制站,控制站经身份确认后,发信号给卫星,卫星再将结果发送至接收机,时延较大.,目前仍属军方使用,正逐步向民用开放,但由于其精度低,时延长,对于真正的民用而言,无实际使用价值,出于对国家战略安全和利益的考虑，越来越多的国家正在研制自己的卫星定位系统，如日本正在开发新的定位系统-准天顶系统。,贵州大学,1960年第一次提出卫星定位的概念 1964年美国海军Transit卫星定位系统开始投入运行 主要为核潜艇开发；5 颗极轨道卫星；只能测量Doppler频移 1967-

9、69年美国空军Timation卫星第一次利用星载精密时钟进行被动定位 1973年正式开始研发和布署 GPS 系统 1978年第一批4颗卫星发射成功 1983年第一次公开GPS系统（此前为军事机密） 1993年12月开始试运行阶段 1995年4月开始正式运行。系统总投资120亿美圆，年运行费约4亿美圆。 1999年公布GPS现代化计划,美国的GPS发展历程(从多普勒卫星发展而来),贵州大学,选择服务政策 (SA): 美国军方人为地降低民用用户的点定位精度。SA政策是通过制造卫星时钟信号的抖动和降低卫星轨道参数的精度来实现的。2000年5月1日正式关闭。但军方有能力对于指定区域人为降低定位精度。

10、防电子欺骗技术 (AS): 通过对 P 码加密，使民用用户无法利用P码进行定位和捕获L2载波相位。,2003年: 在之后发射的12颗Block IIR GPS卫星上加载新的军用测距码（M码），在L2载波上加载C/A码，并增加信号发射功率。至2010年完成。 2005年: 在之后发射的Block IIF GPS卫星上增加L5载波（1176.45MHz）。至2014年完成。 增加10亿美圆的投资，进行第三代GPS系统的研究和开发。,GPS的服务政策,GPS的最新计划,贵州大学,与天气状况无关 不要求点与点之间的彼此通视 高度均匀的定位精度 日夜均可作业 定位速度之快无与伦比 大大节省人力资源 测线

11、长度不受限制 统一的坐标系统生产成本低于常规测量技术定位精度高 GPS相对定位精度在50km以内可达10-6 ，100-500km可达10-7 ，1000km可达10-9 。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小1mm。 观测时间短 20KM以内快速静态相对定位，仅需15-20分钟；RTK测量时，当每个流动站与参考站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟。,贵州大学,GPS 需要良好的对天通视接收天线的观测视野中不应该存在障碍物,贵州大学,基本的导航点位能够按后方交会的方式计算出来。 卫星相当于处在运动“轨道上的控制点”。 采用与时间相关的至每颗卫星的码观测向量。,至少观测 4 颗卫星，我们就可以解算出 4 个未知参数：测站的纬度、经度、高程及接收机的时钟偏差,GPS卫星测量原理,贵州大学,S 1,S 4,A,B,差分 GPS 是 2 个或更多个测站之间的相对定位。 如果 A 和 B 两点在同一时间区间内观测了相同的一组卫星 而且 A 是一个已知点，那么 B 点的位置就可以加以确定。,