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1、GPS定位技术原理及其在测量中的应用,空间定位技术及应用,第一章 GPS定位与常规经典测量方式的比较,空间定位技术及应用 绪论,1.1 常规（地面）定位方法及其局限性,空间定位技术及应用 绪论 常规（地面）定位方法及其局限性,什么是定位,确定点在某一坐标系中的位置 相关的英语单词 Positioning Location Orientation Navigation Guidance Tracking,空间定位技术及应用 绪论 常规（地面）定位方法及其局限性 什么是定位,原始的定位方法,利用天体进行定向：日、月、特别的星体 利用自然景观 利用自然现象：树木的生长态势，植物的生长态势（如苔藓）
2、采用人造的器械：司南，指南针 利用人工建筑：烽火台,空间定位技术及应用 绪论 常规定位方法及其局限性 原始的定位方法,近、现代的常规（地面）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 激光和红外仪器：测距仪 综合多种技术的仪器：全站仪 无线电、微波仪器：Loran-C，雷达 观测方法 角度或方向观测 距离观测 距离差观测,空间定位技术及应用 绪论 常规定位方法及其局限性 近、现代的常规（地面）定位方法,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 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
3、观测受气候、环境条件限制 受系统误差影响大，如地球旁折光 难以确定地心坐标,空间定位技术及应用 绪论 常规定位方法及其局限性 常规定位方法的局限性,常规（地面）定位方法的局限性,1.2 GPS空间定位技术,空间定位技术及应用 绪论 空间定位技术 定义,1. 空间定位技术,2.GPS定位技术（定义）,GPS(Globel Positionin System)即全球定位系统，是由美国建立的卫星导航定位系统，其已经广泛的应用于民用领域，在测量工作的各个方面大地测量、工程测量、水上测量、地籍测量、航空摄影测量等领域得到普及，被视为20世纪最重大的科技成就。,空间定位技术及应用 绪论 空间定位技术 定义
4、,观测值 方向、距离、距离差 观测目标 位置已知的空间目标，包括自然天体和人造天体 基本原理 交会 方向交会 距离交会 距离差交会,空间定位技术及应用 绪论 空间定位技术 空间定位的一般原理,GPS定位的基本原理,需要提供全球统一的地心坐标 航空、航天技术的要求 需要在长距离上进行高精度定位的技术 全球性问题研究的要求 要求具有全天候的特点，且快速简便的定位技术 快速、实时定位应用的要求,空间定位技术及应用 绪论 空间定位技术 空间定位技术的产生,GPS定位技术的产生 必要性,空间技术的发展 计算能力的加强 电子技术的提高 通信技术的进步 通信设备和手段的进步 通信技术,空间定位技术及应用 绪
5、论 空间定位技术 空间定位技术的产生,GPS定位技术的普及的 可能性,测站间无需通视：大大减少测量工作的经费和时间，使点位的选择变得甚为灵活。 提供三维坐标：为研究大地水准模型和确定地面点的高程开辟了新途径。 易于实现全天候观测，观测时间。 在长距离上仍能获得高精度的定位结果。 操作简便。,空间定位技术及应用 绪论 空间定位技术 空间定位技术的优点,GPS定位技术的优点,1.3GPS的发展及组成,GPS发展简史 1957年10月4日 第一颗人造卫星 Sputnik I （苏）发射成功。 1958年12月开始设计 NNSS(Navy Navigation Satellite System) TR
6、ANSIT，即子午卫星系统。1964年1月该系统正式运行。1967年7月系统解密以供民用。 1973年12月，美国国防部（DOD）批准研制GPS。 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。 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，IGS成立。 1995年7月17日，GPS达到FOC 完全运行能力（Full Operational Capability）。 1999年1月25日，美国副总统戈尔宣布，将斥资40亿美圆，进行GPS现代化。 1999年8月21/22日子夜，GPS发生GPS周结束翻转(EOW)问
7、题。 2000年1月1日，Y2K问题。 2000年5月1日，美国总统克林顿宣布，GPS停止实施SA。（实际停止实施SA是5月2日）,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构,GPS的系统组成 由空间部分、地面部分和用户部分等组成,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 全球定位系统的组成 GPS的系统组成,空间部分 （Space Segment） GPS卫星星座 设计星座：21+321颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角55，周期11h 58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）保证在24小时，在高
8、度角15以上，能够同时观测到4至8颗卫星 当前星座：28颗,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 空间部分,GPS卫星作用： 接收、存储导航电文 生成用于导航定位的信号（测距码、载波） 发送用于导航定位的信号（采用双向调制法调制在载波上的测距码和导航电文） 接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。主要设备 太阳能电池板 原子钟（2台铯钟、2台铷钟） 信号生成与发射装置,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 空间部分,GPS卫星 类型 试验卫星：Block 工作卫星：Block Block ：存储星历能力为14天，具有SA和AS地能力 Block A
9、 （Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SV35和SV36带有激光反射棱镜 Block R （Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪相互通讯 Block F（Follow On）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 空间部分,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 空间部分,Block IIR,Block IIA,Block IIA,Block IIR,Block IIF,Block IIR,地面监控部分 （Ground Segment） 主控站：1个 监测站：5个 注入站：
10、3个 通讯与辅助系统,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 地面监控部分,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 地面监控部分,GPS的地面监控部分,主控站 管理、协调地面监控系统各部分的工作 编算广播星历 轨道参数、卫星钟改正数等 调整卫星状态 调度卫星 监测站 对卫星进行跟踪观测 记录气象数据 将数据传送到主控站 注入站 向卫星注入导航电文和指令等 通讯与辅助系统,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 地面监控部分,用户部分 （User Segment） 组成 用户 接收设备 接收设备 GPS信号接收机 其它仪器设备,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成
11、及信号结构 用户部分,GPS信号接收机 组成 天线单元 带前置放大器 接收天线 接收单元 信号通道 存储器 微处理器 输入输出设备 电源,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 用户部分,接收单元 接收（信号）通道 定义：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成。 类型：根据信号跟踪方式：序惯通道、多路复用通道和多通道；根据工作原理：码相关通道、平方通道等 存储器 微处理器 作用：数据处理、控制 输入输出设备 电源,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 用户部分,GPS现代化 背景 国际局势的变化，世界进入后冷战时代 GPS产业为美国带来大量的经济利益 克服美国限制措施的技术日益完善成熟 其它卫星导航定位系统的竞争 内容 L2上增加C/A码 增加第三民用频率L5 增加军队专用码M1，M2 提高PPS信号质量 局部SA,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 美国政府的GPS政策,5.3 GPS卫星信号结构,GPS卫星信号的结构 包括载波（Carrier）、测距码（Code）和卫星（导航）电文（Message） 载波： L1 L2 测距码： C/A码（目前只被调制在L1上） P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） 卫星（导航）电文,空间定位技术及应用 全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构,
