四大GNSS及GPS的基本原理与测量应用课件.pptx
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1、2022-4-18, Page 1 四大四大GNSSGNSS及及GPSGPS的的基本原理与测量应用基本原理与测量应用2022-4-18, Page 2主要内容主要内容二二三三四大四大GNSSGNSS简介简介GPSGPS的组成及基本原理的组成及基本原理 GPSGPS的测量应用的测量应用一一2022-4-18, Page 3一、四大一、四大GNSS北北 斗斗GPSGPS伽利略伽利略格洛纳斯格洛纳斯2022-4-18, Page 4GPS(Global Positioning Systems)l美国国防部开发的第二代空间定位系统l特点由21+3颗卫星组成分布在6个轨道平面上轨道高度20200Km运行
2、周期11小时58分民用定位精度为10m左右导航精度10 - 20 m 坐标系统为WGS-84全球、全天候工作 ,定位精度高 ,功能多,应用广2022-4-18, Page 5GPS现状现状l完成时间: 1994年l最新进展:2010年5月13日,美国发射了首颗改进型GPS二代导航卫星GPS-2F,其后还将在本年度再发射两颗。GPS-2F卫星具有更强的抗干扰和抗打击能力,寿命也延长到15年。与此同时,为满足未来30年系统技术扩展和用户需求而制定的第三代GPS计划也有提前部署的可能。2022-4-18, Page 6格洛纳斯(格洛纳斯(GLONASS)l由24颗卫星组成,分布在3个轨道平面上,每个
3、轨道面有8 颗卫星l轨道高度19100Km,运行周期11小时15分l定位精度可达1米,速度误差仅为15厘米/秒l前苏联地心坐标系(PE-90)l卫星平均在轨寿命较短,没有开发民用市场2022-4-18, Page 7格洛纳斯现状格洛纳斯现状l完成时间: 1996年l最新进展:截至2010年2月,共有18颗卫星处于在轨运行状态。由于GLONASS卫星寿命短,组网后因为种种原因不能及时替代,从1999年起处于瘫痪状态,不能单独提供全球导航卫星服务。俄罗斯计划2010年将分3次发射共9颗格洛纳斯卫星,使这一系统恢复正常。2022-4-18, Page 8伽利略(伽利略(GALILEO)l由30颗卫星
4、组成,分布在3个轨道,轨道高度24126Kml 与GPS相比: 覆盖面积将是GPS系统的两倍 地面定位误差不超过1米,GPS只能找到街道,而伽利略系统则能找到车库门 伽利略系统使用多种频段工作,在民用领域比GPS更经济、更透明、更开放2022-4-18, Page 9伽利略现状伽利略现状l完成时间:最初预计2012年完成全球覆盖l最新进展:2002年启动的欧洲伽利略系统一直不够顺利,计划超支和成员国之间利益分配问题导致该计划滞后于原计划近6年。今年11月,联盟火箭计划发射两颗伽利略在轨实验卫星。2022-4-18, Page 10北斗(北斗(COMPASS)l颗静止轨道卫星+颗非静止轨道卫星l
5、采用中国2000大地坐标系(CGS2000)l开放服务: 定位精度: 10 m 测速精度: 0.2 m/s 授时精度: 20 ns2022-4-18, Page 11北斗现状北斗现状l完成时间: 预计2012年实现亚太地区覆盖,2020年完成全球覆盖l最新进展:北京时间11月1号0时26分,我国在西昌卫星发射中心成功将第6颗北斗导航卫星送入太空,这是我国今年连续发射的第4颗北斗卫星。2022-4-18, Page 12北斗介绍北斗介绍2022-4-18, Page 13GPS的组成基本原理 空间星座部分 地面控制部分 用户设备部分 测距 定位二、二、GPSGPS的组成及基本原理的组成及基本原理
6、 2022-4-18, Page 14GPS系统组成系统组成地面控制部分:地面控制部分: 中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨空间部分:空间部分: 提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息用户设备部分:用户设备部分:接收卫星信号记录处理数据2022-4-18, Page 15GPS系统组成系统组成空间部分空间部分l24颗卫星(21+3)l6个轨道平面l55轨道倾角l20200km轨道高度(地面高度)l11小时58分轨道周期l5个多小时出现在地平线以上每天提前4分钟出现l在地球上任何地方可以同时观测到4-11颗高度角15以上的卫星。2022-4-18, Page 16GP
7、S系统组成系统组成地面控制部分地面控制部分Colorado springs5 55 5HawaiiAscencionDiego Garciakwajaleinl 1 1个主控站个主控站:Colorado springs(:Colorado springs(科罗拉多科罗拉多. .斯平士斯平士) )。l 3 3个注入站个注入站:Ascencion(:Ascencion(阿森松群岛阿森松群岛) )、 Diego Garcia(Diego Garcia(迭哥迭哥伽西亚伽西亚) )、kwajalein(kwajalein(卡瓦加兰卡瓦加兰) )。l 5 5个监控站:个监控站: 以上主控站、注入站及以上主
8、控站、注入站及Hawaii(Hawaii(夏威夷夏威夷) )。2022-4-18, Page 17GPS系统组成系统组成地面控制部分地面控制部分l 主控站:它的作用是根据各监控站对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工作。 l 3个注入站: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。l 5个监控站:接收卫星信号,监测卫星的接收卫星信号,监测卫星的工作状态 ,传送到主控站。2022-4-18, Page 18GPS系统组成系统组成
9、用户设备部分用户设备部分按照原理、用途、功能来分类 用途 载波频率 工作原理 导航型接收机 测地型接收机 平方型接收机 混合型接收机 干涉型接收机 单频接收机 双频接收机 通道种类 多通道接收机 序贯通道接收机 2022-4-18, Page 19GPS系统组成系统组成用户设备部分用户设备部分l手持导航型GPS机,精度5-15m2022-4-18, Page 20GPS系统组成系统组成用户设备部分用户设备部分l测量型GPS接收机,最高精度1mm+1ppm天天线线天天线线主机箱主机箱记记录录簿簿主机主机电电源源电台电台2022-4-18, Page 21GPS基本原理基本原理测距测距XllVlX
10、llllllllVVVll VlllXlXXllVlXllllllllVVVll VlllXlX距离距离 = = 信号传输时间信号传输时间 x x 光的速度光的速度2022-4-18, Page 22GPS基本原理基本原理二维三边测量法二维三边测量法北京北京西安西安广州广州武汉武汉2022-4-18, Page 23GPS基本原理基本原理三维三边测量法三维三边测量法我们处在以我们处在以 RI 为半径的一个球面上为半径的一个球面上R12 个球面相交得出一条曲线个球面相交得出一条曲线R23 个球面相交于一个点个球面相交于一个点3 个距离观测值可以解算出一个点的纬度、经度与高程个距离观测值可以解算出
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