全球定位系统 Global Position System.ppt
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1、全球定位系统,Global Position System,概述,GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging / Global Positioning System的缩写,意为利用卫星导航进行测时和测距,以构成全球卫星定位系统。是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。自1973年美国军方批准成立联合计划局开始GPS的研究工作到1993年系统建成,该工程历时20年,耗资300亿美元,成为继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题,在军事和工农业
2、等领域得到了广泛的应用。给导航和定位技术带来了巨大的变化。,GPS系统由三部分构成,分别为空间星座部分、地面监控部分、用户设备部分。空间星座和地面监控部分由美国国防部控制,用户使用GPS接收机接收卫星信号进行高精度的精密定位以及高精度的时间传递。目前,二十多颗GPS卫星已覆盖了全球,每颗卫星均在不间断地向地球播发调制在两个频段上的卫星信号。在地球上任何一点,均可连续地同步观测至少4颗GPS卫星,从而保障了全球、全天候的连续地三维定位,而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此,全球定位系统已成为美国导航技术现代化的最重要标志,并且被视为本世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。
3、,GPS系统的特点,1、全球,全天候工作:能为用户提供连续,实时的三维位置,三维速度和精密时间。不受天气的影响。 2、定位精度高:单机定位精度优于10米,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。 3、功能多,应用广:随着人们对GPS认识的加深,GPS不仅在测量,导航,测速,测时等方面得到更广泛的应用,而且其应用领域不断扩大,GPS发展历程,无线电导航系统 罗兰-C Omega(奥米茄) 多卜勒系统 卫星定位系统 NNSS子午仪系统 GPS GLONASS系统 双星导航定位系统(北斗一号) GNSS加俐略系统,GPS发展历程,GPS实施计划共分三个阶段: 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从197
4、3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。 第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984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。 第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功,表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成,之后根据计划更换失效的卫星。,GPS发展历程,无线电导航系统 罗兰-C Omega(奥米茄) 多卜勒系统 卫星定位系统 NNSS子午仪系统 GPS GLONASS系统 双星导航定位系统(北斗一号) GNSS加俐略
5、系统,GLONASS系统,GLONASS是GLObal NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统)的字头缩写,是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统,也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。 GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成,均匀分布在3个近圆形的轨道平面上,每个轨道面8颗卫星,轨道高度19100公里,运行周期11小时15分,轨道倾角64.8。 与美国的GPS系统不同的是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
6、分卫星)。每颗GLONASS卫星发播的两种载波的频率分别为L1=1,602+0.5625k(MHz)和L2=1,246+0.4375k(MHz),其中k=124为每颗卫星的频率编号。所有GPS卫星的载波的频率是相同,均为L1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz。 GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码:S码和P码。 GLONASS系统从理论上有24颗卫星,但由于卫星使用寿命和资金紧张等问题,实际上目前只有8颗。 GLONASS系统单点定位精度水平方向为16m,垂直方向为25m。,GPS发展历程,无线电导航系统 罗兰-C Omega(奥米茄) 多卜勒系统 卫星定位系统 N
7、NSS子午仪系统 GPS GLONASS系统 双星导航定位系统(北斗一号) GNSS加俐略系统,加俐略系统,系统组成: 卫星星座:由3个独立的圆形轨道,30颗GNSS卫星组成(27颗工作卫星,3颗备用卫星) 。卫星的轨道倾角i =56;卫星的公转周期T=14h23m14S恒星时;轨道高度H=23616km 。 地面系统:在欧洲建立2个控制中心;在全球构建监控网。 定位原理:与GPS相同。 定位精度:导航定位精度比目前任何系统都高。 计划实施: 1994年开始进入方案论证阶段; 2003年开始发射两颗试验卫星进入试验阶段; 2008年整个伽利略(GNSS)系统建成并投入使用;,GPS系统的组成,
8、GPS由三个独立的部分组成: 空间部分:21颗工作卫星,3颗备用卫星。 地面控制系统:1个主控站,3个注入站,5个监测站。 用户设备部分:接收GPS卫星发射信号,以获得必要的导航和定位信息,经数据处理,完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。,空间部分,GPS的空间部分是由24 颗GPS 工作卫星所组成的。其中21 颗为可用于导航的卫星,3 颗为活动的备用卫星。24 颗卫星分布在6个倾角为55的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12 恒星时,每颗GPS 工作卫星都发出用于导航定位的信号,GPS 用户正是利用这些信号来进行工作的。 目前可用的卫星通常有28颗之多。,卫星
9、信号,L1-Frequenz (1575.42 MHz) = 19.05 cm C/A-Code P-Code 卫星星历 L2-Frequenz (1227.60 MHz) = 24.45 cm P-Code 卫星星历,地面控制系统,GPS 的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成。分为主控站、监控站和注入站。主控站位于美国克罗拉多Colorado 的法尔孔Falcon 空军基地。它的作用是根据各监控站根据GPS 的观测数据,计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等,并将这些数据通过注入站注入到卫星中去。同时它还对卫星进行控制,向卫星发布指令,当工作卫星出现故障时调度备用卫星替代失效的工作卫星
10、工作。主控站也具有监控站的功能。 监控站有五个。除了主控站外其它四个分别位于夏威夷(Hawaii)、 阿松森群岛(Ascencion)、 迭哥伽西亚(Diego Garcia)、 卡瓦加兰(Kwajalein)。 监控站的作用是接收卫星信号、监测卫星的工作状态。 注入站有三个。分别位于阿松森群岛、 迭哥伽西亚、卡瓦加兰。 注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。,用户部分,GPS 的用户部分由GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机等组成。作用是接收GPS 卫星所发出的信号,利用这些信号进行导航定位等工作。,GPS定位原理,伪距测量原理,伪距:卫星发
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