第三章GPS原理与应用(1)

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1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组GPS全球定位系统全球定位系统原理与应用原理与应用华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室第三章第三章GPS原理及其应用原理及其应用1GPS原理及其应用原理及其应用 第一部分第一部分 GPS简介简介 什么是什么是GPS GPS的产生与发展的产生与发展 哪些国家或者地区有卫星导航定位系统哪些国家或者地区有卫星导航定位系统 GPS的特点的特点 GPS的系统组成的系统组成 GPS在各领域中的应用在各领域中的应用2GPS原理及其应用原理及其应用 GPS的英文是的英文是 Glob

2、al Position System其意为其意为“导航星测时与测距全球定位系统导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定，或简称全球定位系统。位系统。（一）什么是（一）什么是GPS系统系统 是一种可以授时和测距的空间是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统交会定点的导航系统,可向全球用可向全球用户提供户提供连续、实时、高精度连续、实时、高精度的三的三维维位置位置，三维，三维速度速度和和时间时间信息。信息。3GPS原理及其应用原理及其应用二、二、GPS的产生与发展的产生与发展 19571957年年1010月世界上第一颗人造地球卫星发射成功月世界上第一颗人造地球卫星发射成功 19581958

3、年底，美国海军武器实验室，开始着手建年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军海军导航卫星系统导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite Navy Navigation Satellite SystemNNSSSystemNNSS）。）。19641964年建成。年建成。 19671967年美国政府批准该系统解密，提供民用。年美国政府批准该系统解密，提供民用。4GPS原理及其应用原理及其应用二、二、GPS的产生与发展的产生与发展 目的目的 在全球范围内，提供实时、连续、在全球范围内，提供实时、连续、全天候

4、的导航定位及授时服务全天候的导航定位及授时服务19731973年美国国防部开始研究建立新一代卫星导航年美国国防部开始研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的全球定位系统系统的计划，这就是目前所称的全球定位系统（GPSGPS）。）。19941994年投入使用，年投入使用，19951995年完全建成。年完全建成。5GPS原理及其应用原理及其应用三、目前拥有定位系统的国家或地区三、目前拥有定位系统的国家或地区2020世纪世纪7070年代中期开始启动年代中期开始启动、19821982年年1010月月1212日发射第一颗日发射第一颗GLONASS卫星、卫星、19961996年年1 1月月181

5、8日，完成日，完成2424颗卫星的布局，卫星具备完全工颗卫星的布局，卫星具备完全工作能力）作能力）系统由系统由3030颗高轨道卫星组成，分布在颗高轨道卫星组成，分布在3 3个轨道面上。提供精个轨道面上。提供精确的时间和误差不超过一米的全球精确定位服务确的时间和误差不超过一米的全球精确定位服务6GPS原理及其应用原理及其应用有人说过，只有我们想不到的，没有有人说过，只有我们想不到的，没有GPSGPS做不到的。做不到的。有人预言，有人预言， GPS GPS将改变我们的生活方式。将改变我们的生活方式。7GPS原理及其应用原理及其应用（五）（五）GPS 的系统组成的系统组成 空间部分空间部分24颗颗G

6、PS卫星组成卫星组成用户部分用户部分 GPS接收机接收机控制部分控制部分 1个主控站个主控站 5个监控站个监控站 3个注入站个注入站 注入站注入站 监控站监控站主控站主控站8GPS原理及其应用原理及其应用2424颗卫星颗卫星(21+3)(21+3)6 6个轨道平面个轨道平面5555轨道倾角轨道倾角20200km20200km轨道高度轨道高度( (地面高度地面高度) )1111小时小时5858分分( (恒星时恒星时) )轨道周期轨道周期5 5个多小时出现在地平线以上个多小时出现在地平线以上( (每颗星每颗星) )在全球各处能观测到高度角在全球各处能观测到高度角1515的卫星的卫星 4 4 颗以上

7、颗以上GPSGPS卫星星座卫星星座9GPS原理及其应用原理及其应用GPS 地面监控部分地面监控部分控控 制制 部部 分分 1 个个 主主 控控 站站 3 个个 注入站注入站 5 个个 监监 控控 站站10GPS原理及其应用原理及其应用GSPGSP地面控制站地面控制站一个主控站：一个主控站：科罗拉多科罗拉多斯必灵司斯必灵司三个注入站：三个注入站：阿松森阿松森(Ascencion)(Ascencion)大西洋大西洋 迭哥迭哥伽西亚伽西亚(Diego Garcia)(Diego Garcia)印度洋印度洋 卡瓦加兰卡瓦加兰(kwajalein)(kwajalein)太平洋太平洋五个监测站五个监测站

8、= 1= 1个主控站个主控站+3+3个注入站个注入站+ +夏威夷夏威夷(Hawaii)(Hawaii)5555H HawaiiawaiiA AscencionscencionDiego Diego GarciaGarciakwajaleikwajalein nColorado Colorado springssprings11GPS原理及其应用原理及其应用 GPS 用户部分用户部分12 1. GPS接收机的功能接收机的功能跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。量出信号从卫星到天线的传播时间。解译导航电文，实时解算测站三维位置解译导航

9、电文，实时解算测站三维位置。2. GPS接收机的类型接收机的类型 （2）按信号频率分：）按信号频率分： 单频（单频（L1） 双频（双频（L1和和L2）（1）按用途分：）按用途分：导航型导航型授时型授时型测地型测地型GPS原理及其应用原理及其应用GPS在军事中的应用在军事中的应用GPS导航的舰载飞弹导航的舰载飞弹 配备配备GPS的士兵的士兵 美国海军核潜艇美国海军核潜艇 13（六）（六）GPS在各个领域中的应用在各个领域中的应用GPS原理及其应用原理及其应用GPS在交通运输业中的应用在交通运输业中的应用 航运、航空搜索航运、航空搜索 陆路交通（车辆导航、监控）陆路交通（车辆导航、监控） 船舶远洋

10、导航和进港引水船舶远洋导航和进港引水14GPS原理及其应用原理及其应用GPS在测量中的应用在测量中的应用 建立和维持全球性的参考框架建立和维持全球性的参考框架15GPS原理及其应用原理及其应用GPS在测量中的应用在测量中的应用 板块运动和监测板块运动和监测16GPS原理及其应用原理及其应用GPS在测量中的应用在测量中的应用 建立各级国家平面控制网建立各级国家平面控制网17GPS原理及其应用原理及其应用GPS在测量中的应用在测量中的应用市话网市话网市话网市话网市话网深圳市连续运行卫星定位导航服务系统结构及通信网络示意图深圳市连续运行卫星定位导航服务系统结构及通信网络示意图市电信局监控分析中心卫星

11、定位信号发射台FM电台基准站1基准站2基准站3基准站4基准站5进入移动电话系统用户用户全向天线定向天线Modem 布设城市控制网、工程测量控制网，进行各布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量种工程测量18GPS原理及其应用原理及其应用GPS在测量中的应用在测量中的应用 在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用应用19GPS原理及其应用原理及其应用GPS在其他领域中的应用在其他领域中的应用 精细农业精细农业 遥感遥感 卫星定轨卫星定轨 资源勘探资源勘探 个人旅游及野外探险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、电力、广播、电视