电子测量结课论文

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1、电子测量在卫星导航中的应用摘要目前，世界上正在运行的全球卫星导航定位系统主要有两大系统：一是美国的全球定位 系统(Global Positioning System，GPS)。二是俄罗斯的格洛纳斯全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System， GLONASS)。三是欧盟的伽利略卫星定位系统(Galileo Positioning System， Galileo)。在此大背景下，我国也开始建设属于自己的卫星导航系统。建设北斗卫星导航系统。关键字：GPS，GLONESS，GALILEO，北斗什么是卫星导航卫星定位在军事领域里使用较多，例如用来给导弹、飞机等

2、导航等，很多国 家都花了大量的人力、物力搞自己的卫星定位系统。其中有前苏联的 GLONASS(Global Navigation SateUite System)、美国的 GPS(G10balPositioning System)、欧洲的伽利略卫星定位系统、以及我国的北 斗星双星定位和开始筹建的北斗二代等。这么多的国家热衷与此，可见卫星定位 的重要性。近来，卫星定位技术使用越来越广泛，随着该技术的不断成熟和发展， 卫星定位的应用领域已经迅速扩大。卫星导航技术的工作原理卫星导航分为多普勒测速、时间测距等方法。多普勒测速定位是用户测量实 际接收到的信号频率与卫星发射的频率之间的多普勒频移，并根据卫

3、星的轨道参 数，算出用户的位置。时间测距导航定位是用户测量系统中4颗(或3颗)卫星 发来信号的传播时间，然后完成一组包括4个(或3个)方程式的数学模型运算。 卫星导航技术的系统组成卫星导航系统由导航卫星、地面台站和用户定位设备三个部分组成。导航卫 星是卫星导航系统的空间部分，由多颗导航卫星构成空间导航网。地面台站通常 包括跟踪站、遥测站、计算中心、注入站及时间统一系统等部分。用户定位设备 通常由接收机、定时器、数据预处理机、计算机和显示器等组成。目前，世界上正在运行的全球卫星导航定位系统主要有两大系统：一是美国 的全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，二是

4、俄罗斯的格洛纳斯 全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System， GLONASS)。三十 欧盟的伽利略卫星定位系统(Galileo Positioning System，Galileo)。在此大 背景下，我国也开始建设属于自己的卫星导航系统。建设北斗卫星导航系统，对 于提高我国的国际地位，促进经济社会的发展，保障国家安全等许多方面，都具 有十分重大特殊的意义。美国全球定位系统（GPS）全球定位系统GPS（Global Positioning System）美国从1973年开始筹建， 于1989年开始发射正式工作卫星，历时20年，耗资200亿美元，于19

5、94年全 部建成，投入使用。GPS系统由21颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上卫星向地面发射两个 波段的信号，能在全球范围内，向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、 实时的三维测速、三维定位和授时。GPS系统的控制部分由设在美国本土上的5个监控站组成，这些站不问断地 对GPS卫星进行观测，并将计算和预报的信息由注入站对卫星信息更新。GPS系统的用户是非常隐蔽的，它是一种单程系统，用户只接收而不必发射 信号，因此用户的数量也是不受限制的。虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的，但很快在民用方面得到了极大 的发展，各类GPS接收机和处理软件纷纷涌现出来。GPS技术的特性三星定位，军民两用。

6、由于GPS定位技术涉及军事用途，美国限制非特许用 户利用GPS定位精度。GPS系统除在设计方面采取了许多保密性措施外，还对不 同的用户提供不同的服务方式。GPS技术的特点：（1）全球全天候定位（2）定位精度高（3）观测时间短（4）测站间无需通视（5）仪器操作简便（6）可提供全球统一的三维地心坐标俄罗斯“格洛纳斯”系统（GLONASS）1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星，1996年1月18日完成24颗 卫星在轨。GLONASS的单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m.。GLONASS 与GPS类似，也由星座、地面控制和用户设备三部分组成。空间星座由24颗 GLONASS卫

7、星组成。GLONESS技术的特性Glonass-K卫星是完全基于非压力式平台的新型卫星，使用寿命达到十年。 系统目前使用的卫星为两种型号卫星一一Glonass卫星与其升级型号 Glonass-M。Glonass-M卫星使用寿命更长，为七年，装有先进的天线馈电系统， 并为民用客户增加了一个额外的导航频率。Glonass系统为军民两用而设计，可 使用户实时标明位置。GLONASS系统的特点：(1) GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式，根据载波频率来区分不同卫星 (GPS是码分多址(CDMA)，根据调制码来区分卫星)。(2) GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码

8、。(3) 尽管其定位精度比GPS系统、伽利略系统定位精度略低，但其抗干扰能 力却是最强的。欧洲“伽利略”系统(GALILEO)从20世纪90年代起，欧盟就开始酝酿建立自己的全球卫星导航系统，1998 年欧盟15国决定制定一个卫星导航系统的建设计划，1999年初名为Galileo(伽 利略)的卫星导航系统计划出台。该系统的星座由均匀分布在3个轨道中的30 颗卫星组成，每个轨道上9颗工作卫星和1颗备用卫星，轨道离地高约24000 公里，计划总投资35亿欧元，所需资金中近三分之二是来自私营公司及投资者。 Galileo系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统，多用于民用，但 也用于防务，它可提

9、供3种服务信号：对普通用户的免费基本服务，加密且需注 册付费的服务，供友好国家的防务等需要的高精度加密服务，其精度依次提高， 用户可根据需要进行选择。GALILEO系统的特性三星定位，专门为民用。将来精度最高的全开放的新一代定位系统。可为地 面用户提供3种类型的信号供选择，其中包括免费信号、加密且需交费才能使用 的信号、加密且可以符合更高要求的信号。GALILEO系统的特点：Galileo系统的主要特点是多载频、多服务、多用户。它除具有与GPS系统 相同的全球导航定位功能以外，还具有全球搜寻援救功能。与此同时，Galileo 系统还向遇险用户发给援救安排通报，以便遇险用户等待援救。Galile

10、o系统也采用被动式导航定位原理和扩频技术发送导航定位信号；每 颗Galileo卫星发送6种导航定位信号(L1F、L1P、E6C、E6P、E5A、E5B)，它 将功能分成公开、安全、商务和管制等4种服务模式，每种服务采用不同的信号， 其目的如下所述：(1) 公开服务(OS)(2) 人身安全服务(SOL)(3) 商务服务(CS)(4) 公用管制服务(PRS)中国“北斗”系统(COMPASS)“北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星，足足要比GPS多出11颗。 按照规划，“北斗”卫星导航定位系统将有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道 卫星组成，采用“东方红”-3号卫星平台。30颗非静止轨道卫星又细

11、分为27 颗中轨道(MEO)卫星和3颗倾斜同步(IGSO)卫星组成，27颗MEO卫星平均分布在 倾角55度的三个平面上，轨道高度21500公里。“北斗”卫星导航定位系统将提 供开放服务和授权服务。开放服务在服务区免费提供定位，测速和授时服务，定 位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务则是军 事用途的马甲，将向授权用户提供更安全与更高精度的定位，测速，授时服务， 外加继承自北斗试验系统的通信服务功能。地面端包括主控站、注入站和监测站等若十个地面站。用户端由北斗用户终 端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”(GLONASS)、欧洲“伽利略”(GALILEO) 等其他卫

12、星导航系统兼容的终端组成。北斗系统的布局由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，定位精度10米。目前 10颗卫星开始应用，定位精度只达到25米。北斗系统的特性双星定位，民用为主，军事能力有限。能在任何时间、任何地点为用户确定 其所在的地理经纬度和海拔高度。在定位性能上有所创新，不仅能使用户知道自 己所在位置，还可以告诉别人自己的位置，特别适用于需要导航与移动数据通信 场所。此外，中国还致力于提高北斗卫星导航系统与其他全球卫星导航系统的兼 容性，促进卫星定位、导航、授时服务功能的应用。北斗卫星导航系统向全世界 提供的服务均为免费。北斗系统的特点(1) 北斗导航系统可以提供导航定位服务，其精

13、度可以达到重点地区水平 10米，高程10米，其他大部分地区水平20米，高程20米；测速精度优于0.2 米/秒。这和美国GPS的水平是差不多的。(2) 授时服务。授时精度可达到单向优于50纳秒，双向优于10纳秒。(3) 短报文通信服务。这一功能能够保证在我国及周边地区具备每次120 个汉字的短信息交换能力。“一代系统的用户不少，用得也很好，我们不能建设 了二代系统，一代就废了。所以，我们要做到二代兼有一代的功能，也有短报文 通信能力。”(4) 具备一定的保密、抗干扰和抗摧毁能力；系统的导航定位用户容量不 再受到限制，并且保证用户设备的体积小、质量轻、功耗低，满足手持、机载、 星载、弹载等各种载体

14、需要。卫星导航系统的应用1、在大地测量、工程测量中的应用：由于GPS系统具有精度高、速度快、费用省、操作简便，现今建立大地及工 程控制网基本上是采取GPS定位技术，取代了常规手段。国家a级和b级GPS 大地控制网分别于1996年和1997年建成并交付使用，a级网，30个点组成，其 水平方向的重复精度达2X10 8,，垂直方向不低于7X10 8b级网由800个 点组成，其精度也分别好于4X10 7和8X10 7。国家a、b级网以其特有的 高精度把我国传统大地网进行了全面改善和加强，从而克服了传统大地网的精度 不均匀，系统误差较大等传统测量手段不可避免缺点，这一高精度三维空间大地 坐标系的建成将为

15、我国21世纪前10年的经济和社会持续发展提供基础测绘保 障。据报道在三峡二期工程施工中采用GPS定位技术建立施工控制网，取得很好 的效果，可以满足其相应的精度要求；在青藏铁路的建设中，从勘测到施工均采 用了 GPS定位技术，都取得了很好的效果。为了在测绘领域充分利用这一新技术， 国家测绘局专门颁布了全球定位系统(GPS)测量规范。2、在地籍和房产测绘中的应用：地籍及房地产测量是精确测定土地权属界址点位置，同时测绘大比例尺地籍 平面图和房产图并量算土地和房屋面积，供土地和房产管理部门使用。常规方法 通常是先布设或加密控制点，然后依据这些点，测定地物点和地形点在图上的位 置并按照一定的规律和符号绘

16、制成平面图。而利用GPS定位技术，特别是采用 RTK技术替代常规方法测绘地籍及房产成为可能。由于它不需要逐级布网加密， 在测区只需少量的控制点即可。因此，它具有速度快，精度高且分布均匀等特点。3、在工程变形监测中的应用：我国正处在全面基础建设中，尤其是西部大开发，大型、特大型工程不断涌 现，为了这些工程的正常、安全地运行，必须对它进行变形监测和安全预报，工 程变形监测通常要达到毫米或亚毫米级的精度，武汉测绘科技大学做了这方面的 试验，试验结果证明GPS定位技术用于各种工程变形监测是可行的。隔河岩水电 站大坝外观变形GPS自动化监测系统，整个系统全自动，应用广播星历12小时 GPS观测资料解算的监测点位，水平精度优于1.5mm，垂直精度优于1.5mm, 6 小时的GPS观测资料解算，水平精度、垂