卫星定位技术简介
卫星定位技术的历史与进展
卫星定位技术的历史与进展卫星定位技术，顾名思义，是一种利用卫星信号来确定地面位置的技术。
它已成为现代社会中实现精准定位的重要手段之一。
从1978年美国GPS卫星首次发射开始，卫星定位技术经历了近四十年的发展，已经成为人们生活中必不可少的一部分。
历史与起源众所周知，卫星定位技术是由美国发明的。
在上世纪六七十年代，冷战期间，美国政府为了提高自身的军事战备能力，开始研制全球定位系统（GPS）。
1978年，第一颗 GPS 卫星成功发射升空，为卫星定位技术的历程打下了第一块基石。
然而，GPS 卫星的研制和投入使用都需要投入巨额资金。
为此，美国政府开始寻求向其他国家出售 GPS 技术，并与欧盟达成了协议，建立了欧美合作的 Galileo 系统。
当然，GPS 技术并不是最早的卫星定位技术。
苏联在上世纪六七十年代也开始研制自己的卫星定位系统。
然而，由于技术难度和资金问题，该系统并没有像 GPS 那样受到全球的广泛应用。
卫星定位技术的工作原理卫星定位技术主要分为 GPS、GLONASS、Beidou 和 Galileo 四种系统。
其中，GPS 系统是最早投入使用的卫星定位系统，也是最为成熟和可靠的系统之一。
GPS 卫星和其他卫星一样都是环绕地球运行的人造卫星。
当用户需要定位时，其设备会同时接收至少四颗GPS 卫星发出的信号，利用这些信号计算用户所在地的经纬度和高度信息。
由于信号传播速度极快，计算速度也极快，用户只需要数秒钟就可获得位置信息。
此外，各种卫星定位系统之间的协作也可以提高卫星定位的精度和覆盖范围。
例如，欧盟的 Galileo 系统就可以与 GPS 和GLONASS 系统同时使用，提供更稳定更准确的定位服务。
卫星定位技术在不同领域的应用现在，卫星定位技术已经广泛应用于各个领域。
以下是部分应用举例：1. 交通运输：行车导航、交通管理、车辆监控等。
2. 天气预报：卫星数据可以实时反映地球大气层和海洋状况，为气象预报提供数据支持和科学依据。
卫星定位技术—GNSS概述(工程测量)
GNSS的基本定位原理
我们先要清楚几个问题！
根据几何与物理基本原理，利用空间分 布的卫星以及卫星与地面点间距离交会 出地面点位置。
R3
R1
R2
GNSS的基本定位原理
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
1、考虑到各种误差的影响，为了达到 定位精度要求，至少需要同步观测4颗 以上的卫星。
2 、 GPS 定 位 包 括 确 定 一 个 点 的 三 维 坐 标与实现同步这四个未知参数。
2、根据接收机运动状态的不同
动态定位：至少有一台接收机处于运动状态
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位采用的方法主要有哪些？
3、根据接收机的数量
单点定位
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位采用的方法主要有哪些？
3、根据接收机的数量
相对定位
3、未知数：纬度，经度，高程和时间。
GPS系统定位原理图
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位基本原理图所示，有四颗已知坐标的卫星S1（x1，y1，z1），S2（x2，y2，z2）， S3（x3，y3，z3），S4（x4，y4，z4），以及一个位置坐标的观测点rP（x，y，z）。
由 以 上 四 个 方 程 即 可 解 出 观 测 点 的 坐 标 （ x ， y ， x ） 和 本 地 钟 差 tp ， 其 中 c 为 光 速 299792458m/s，从而得到观测点的位置信息。
多个卫星星座
• GPS • GLONASS • BeiDou • Galileo •…
>100颗卫星
增强系统
• WAAS • EGNOS • MASAS •…
GNSS的基本定位原理
卫星导航定位技术概述
卫星导航定位技术概述
卫星导航定位技术是一种利用专用定位卫星系统及其地面发射站测定
地点位置的技术。
由于其高精度、实时性、全球性及条件可控等优势，卫
星导航定位技术已成为当今最先进的定位技术，广泛应用于铁路、桥梁、
道路、水运、航空等各个领域。
卫星导航定位技术有很多种，其中最常用的是基于卫星定位技术的流
行性定位系统（GPS），它是由美国军方发展的现代卫星导航定位系统，
实现全球导航定位，并可供大量用户使用。
GPS 由卫星空间部分和地面信
号处理系统两部分构成，它以若干台绕地轨道卫星作为导航卫星，位于北
美地区（United States）及其它部分地区的全球性控制站负责卫星数据
收发、传输和处理，通过向定位用户发射准确的卫星信号，实现定位和测
距等功能，提供高精度、全球性的定位服务。
卫星导航定位技术的核心是定位卫星系统，它是新一代卫星导航定位
技术的基础，其中包括卫星轨道、地球站网和地面控制站等有机组成部分。
它主要通过地面控制站对卫星进行定时定期的远程控制，掌握每颗卫星的
轨道、姿态和性能参数，从而保证定位卫星系统的准确性和稳定性，并实
现全球定位功能。
卫星定位基础知识
卫星定位基础知识一、引言卫星定位技术是一种利用卫星信号来确定地理位置的方法。
随着科技的不断发展，卫星定位技术已经成为现代社会中不可或缺的一部分，广泛应用于导航、定位、测量等领域。
本文将详细介绍卫星定位的基础知识，包括卫星定位原理、卫星系统组成、定位算法与解算技术、卫星导航信号与接收、位置精度与误差分析、卫星定位应用领域以及卫星导航系统发展历程等方面。
二、卫星定位原理卫星定位的基本原理是利用多颗卫星同时向地面发送信号，地面接收设备接收到这些信号后，通过测量信号的传播时间或频率差异，可以计算出接收设备与卫星之间的距离。
根据这些距离信息，结合卫星的位置信息，就可以确定地面接收设备的位置。
三、卫星系统组成卫星定位系统主要由卫星、地面控制站和用户设备三部分组成。
卫星负责向地面发送信号，地面控制站负责控制卫星的运行和接收地面设备发送的信号，用户设备负责接收卫星信号并计算位置信息。
四、定位算法与解算技术定位算法是确定地面接收设备位置的关键技术。
常用的定位算法有基于伪距的定位算法和基于载波相位观测值的定位算法。
解算技术是对接收到的信号进行处理和分析，以提取出有用的位置信息。
五、卫星导航信号与接收卫星导航信号是卫星发送的用于定位的信号。
地面接收设备通过接收这些信号并对其进行处理和分析，可以提取出位置信息。
为了提高定位精度，现代卫星定位系统通常采用多种信号形式和调制方式。
六、位置精度与误差分析位置精度是衡量卫星定位系统性能的重要指标。
影响位置精度的因素有很多，包括卫星时钟误差、卫星轨道误差、大气层影响、多径效应等。
为了提高位置精度，需要采取一系列措施来减小这些误差的影响。
七、卫星定位应用领域卫星定位技术在许多领域都有广泛的应用，如：1.导航：为用户提供精确的导航服务，帮助用户规划出行路线。
2.定位：为地面设备提供位置信息，用于各种测量和监测任务。
3.军事应用：为军事行动提供精确的位置信息，提高作战效率和安全性。
4.科研领域：用于地球观测、地震监测、气象观测等科研任务。
卫星定位技术在精准农业中的应用
卫星定位技术在精准农业中的应用随着人口增长和气候变化等环境问题的加剧，全球粮食安全越来越受到关注。
在这种情况下，精准农业正在成为农业发展的重要趋势之一。
卫星定位技术作为现代科技中的一项重要应用之一，已经在精准农业中得到了广泛应用。
一、卫星定位技术简介卫星定位技术是通过地球上的卫星系统提供的信号，对目标在地球上的位置进行精确定位和定时测量。
目前常见的卫星定位系统主要有美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统和中国的北斗系统等。
这些系统在全球范围内提供了定位和导航服务，广泛应用于交通运输、计算机网络、地球物理勘探、电信传输等多个领域。
二、卫星定位技术在精准农业中的应用由于卫星定位技术能够精确定位和测量目标位置，因此被广泛应用于现代农业中，尤其是精准农业中。
下面将从土地利用、植被监测和施肥管理三个方面介绍卫星定位技术在精准农业中的具体应用。
1. 土地利用卫星定位技术可以对农田进行三维建模，提高耕作效率和土地利用率。
通过收集并分析农田数据，并利用卫星图像进行土地识别和分类，可以获得种植区域的形状、大小、土壤种类、土壤含水量以及有毒物质污染情况等信息，进而为农田管理提供精确的指导。
此外，卫星定位技术还可以使用水分传感器对农田的水分状况进行监测，调整灌溉计划。
2. 植被监测卫星定位技术可以监测植被的现状和变化情况。
通过收集卫星图像和植被指数等数据，可以对植被盖度、叶面积指数、植株生长状况等进行定量分析和比较。
同时，卫星定位技术还可以进行精准植物识别，辨别出病虫害和作物品种等信息，为施肥、病虫害防治等提供参考。
3. 施肥管理卫星定位技术可以实现农田施肥的精确定位和计量。
通过使用无人机或机器人等工具搭载传感器，进行实时监控并根据植被指数、土壤信息和气象数据等判断施肥的时间、数量和种类。
这样可以有效减少施肥浪费以及对环境及人体的不良影响，提高施肥效率和作物品质。
三、卫星定位技术在精准农业中的优势和不足卫星定位技术在精准农业中的应用具有如下优势：1. 提高了农业生产效率和减少了成本；2. 降低了对农业环境的大量污染；3. 为精准农业管理提供了科学依据，促进了农业可持续发展。
卫星定位系统GLONASS简介
卫星定位系统GLONASS简介卫星定位系统是一种利用卫星和地面设备相互配合的技术，能够提供准确的地理位置信息。
GLONASS（全球导航卫星系统）是俄罗斯开发的一种卫星定位系统，与美国的GPS（全球定位系统）相似，能够在全球范围内提供精确的定位和导航服务。
本文将向读者介绍GLONASS系统的背景、原理、应用领域以及与GPS的比较。
背景GLONASS系统起源于20世纪70年代末，是苏联时期为解决军事需求而研发的一项技术。
当时，GPS系统由于国家安全原因不对外开放，因此苏联决定发起自己的卫星定位系统项目。
随着苏联解体，这个项目陷入困境，但在21世纪初，俄罗斯恢复了对GLONASS的投资并进行了改革，使其成为一个全球性的导航系统。
原理GLONASS由一组在轨道上运行的卫星组成，这些卫星覆盖了地球的各个区域。
使用GLONASS系统，用户的设备通过接收由卫星发射的信号，然后计算出自身的准确经度、纬度和海拔高度。
GLONASS系统与GPS的不同之处在于其卫星数量更多。
目前，GLONASS系统拥有大约30颗活跃的卫星，其中包括24颗用于定位和导航的卫星，其余卫星用于备份和进行系统维护。
与其他卫星定位系统相比，GLONASS系统的卫星数量多，这对于提供更好的全球覆盖和更准确的位置信息至关重要。
应用领域GLONASS系统在各个领域都有广泛的应用。
首先，它被用于车载导航系统，为驾驶员提供准确的导航和路线规划。
此外，GLONASS系统还在船舶、飞机和火车等交通工具上得到应用，用于实时监控和导航。
GLONASS系统还被广泛应用于军事领域，为军队提供战略部署和行动的关键支持。
其高精度和全球覆盖特性使其在导弹、飞机和无人机等军事设备中得到广泛应用。
此外，GLONASS系统还用于灾难救援和应急响应领域。
在灾难发生时，GLONASS系统可以为搜救团队提供准确的位置信息，以加快搜救行动。
与GPS的比较GLONASS系统与GPS系统类似，它们都是卫星定位系统。
GPS卫星导航原理：卫星信号定位技术
GPS卫星导航原理：卫星信号定位技术全球定位系统（GPS）是一种通过卫星信号进行定位的导航技术。
GPS系统由一组卫星、地面控制站和接收设备组成。
以下是GPS卫星导航的基本原理：1. GPS卫星系统组成：卫星： GPS系统由一组绕地球轨道运行的卫星组成，这些卫星携带精确的时钟和GPS系统的控制信息。
地面控制站：位于地球表面的控制站负责监测卫星的状态、时钟校准和轨道调整等任务，以确保系统的正常运行。
接收设备：用户使用的GPS接收器通过接收卫星发射的信号来确定自身的位置。
2. 卫星信号传播原理：GPS卫星发射射频信号，这些信号包含了卫星的位置、时间等信息。
这些信号以电磁波的形式向地球传播。
GPS接收器接收来自多颗卫星的信号，并通过测量信号的传播时间来计算卫星与接收器之间的距离。
3. 距离测量和三边测量原理：GPS接收器通过测量信号传播的时间（即信号的往返时间）来计算卫星与接收器之间的距离。
速度等于距离除以时间。
GPS接收器同时接收多颗卫星的信号，并根据这些卫星与接收器之间的距离，采用三边测量的原理确定自身的位置。
4. 多普勒效应：GPS接收器还利用接收到的信号的多普勒效应，即由于接收器和卫星之间的相对运动，信号频率发生变化。
通过测量频率的变化，接收器可以计算速度。
5. 位置计算：GPS接收器通过测量来自至少三颗卫星的距离，可以在三维空间中确定自身的位置。
更多卫星的信号可以提高精度和稳定性。
6. 误差校正：GPS系统引入了一些误差校正的方法，如差分GPS、增强型GPS等，以提高定位的准确性。
GPS卫星导航系统利用卫星信号的传播时间和多普勒效应，通过测量距离和计算位置，为用户提供准确的定位信息。
该技术在航海、航空、汽车导航、军事应用等领域得到了广泛应用。
卫星定位技术及应用重点
卫星定位技术及应用重点
卫星定位技术是一种通过利用天空中的卫星来确定地球上物体位置的技术。
它是高级技术和计算机技术在航空、轨道、海洋等领域的应用，将位置定位技术引向一个新的高度。
卫星定位技术主要包括全球定位系统（GPS）、伽利略导航系统、北斗导航系统等。
其中最为普及和应用广泛的是GPS系统。
利用卫星定位技术可以极大的提高人类生产力，为国家和人民做出重大贡献。
卫星定位技术在航空和导航领域的应用，可以使飞机、船舶、车辆等运输工具的位置、速度、方向进行精准的测量和定位，使得其安全可靠。
此外，卫星定位技术在军事、测绘、气象、地震预警等领域中也有着广泛的应用。
在航空领域，通过卫星定位技术，可以实现飞行器自动导航和自动驾驶，降低飞行人员的工作负荷和驾驶风险。
在轨道领域，卫星定位技术可以为实现卫星精确定位、导航和控制提供强有力的技术支持。
在海洋领域，卫星定位技术可以帮助船只进行安全导航和渔船定位。
在军事领域，卫星定位技术可以为军方实现兵力部署、精确制导、情报侦查等提供优质的技术保障。
在气象领域，卫星定位技术可以帮助预测天气变化，提高灾害预警和保护人民生命安全的能力。
在地震预警领域，利用卫星定位技术可以实现地震预警信息的及时发布，提高抗震救灾工作的效率和准确度。
总之，卫星定位技术是现代社会不可或缺的重要技术之一，它不仅可以满足人类对空间和地理信息的需求，还能为人类发展提供巨大的推动力量，并有望在未来更加广泛和深入地应用到人们的日常生活中。
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2019年4月4日9时14分
课题一：空间技术概述－空间技术的概念 空间技术（卫星技术）
空间技术又称航天技术，是探索、开发利用太空及地球以 外天体的一门综合性技术。包括由地面到太空的一切运载 工具 的研制，人造卫星、宇宙飞船、宇宙探测器、空间站 等航天器的研制、发射和控制，以及宇航员生命保障系统 的研制等。 1957年10月4日， 苏联发射第一颗人造地球卫星Sputnik I ， 从此人类开始了对太空的不断探索和研究。
目前，空间在轨卫星约为3000颗
6
2019年4月4日9时14分
课题二：卫星定位技术
－子午卫星定位系统 1
第一代卫星定位系统 海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System ）NNSS
1959: 系统研制启动 1964: 军方启用子午卫星系统 1967: 系统公开，提供民用服务 1997: 子午卫星系统暂告一阶段
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2019年4月4日9时14分
Galileo系统－特点
由30颗轨道卫星组成，分布在3个轨道平面上； 主要用于民用，包括免费使用的信号、加密 且需交费使用的信号、加密且需满足更高要 求的信号； 能够与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统 实现多系统内的相互兼容； 拟在卫星上安装高精度氢原子钟，这是目前 GPS系统所不具备的。
31
2019年4月4日9时14分
课题三：我国卫星定位技术－双星定位原理
用户终端接收卫星发来的询问信号，并注入用户的必要信 号作为应答信号再返回发给卫星，由卫星转发到地面中心。 地面中心根据信号计算出用户的点位坐标，然后置入出站 信号中发送给用户终端。 32
2019年4月4日9时14分
课题三：我国卫星定位技术－北斗卫星
卫星数量 四颗（两颗工作卫星、 6个轨道平面上设置24颗
无限 用户容量 有限 约20NS 授时精度 100NS 卫星高度 3万6千 公里相对地球 2万公里不停绕地球旋转
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静止
2019年4月4日9时14分
课题三：我国卫星定位技术－第一代北斗系统特点
由2～4颗在地球同步轨道上运行的静止卫星构成； 可以对覆盖区内的用户进行24h全天候连续定位； 需要的卫星数少，比GPS所需的资金要少许多； 具有通信功能，便于用户与用户、用户与管理者 的交流； 可提供高精度的时间信息。
GPS系统 GLONASS系统 Galileo计划
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2019年4月4日9时14分
GLONASS系统－组成
GLObal Navigation Satellite System 由前苏联国防部独立研制和控制的军用导航系统
与GPS系统一样，GLONASS系统包括21颗工作卫星和3颗备 用卫星，均匀分布在3个轨道平面内。卫星高度19100km， 卫星运行周期11h15min（恒星时），卫星信号频率为1. 6×103MHz和1. 2×103MHz。 俄罗斯自称，定位精度可达1米。
2003年5月25日第三
颗“北斗一号”导航定位 卫星送上太空，标志着我 国拥有了自己的第一代完 善的卫星导航定位系统。
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2019年4月4日9时14分
课题三：我国卫星定位技术－与GPS比较
北斗系统 GPS
被动式伪码单向测距三 维导航 全球 卫星 由16M提高到了6M
定位原理 主动式双向测距二维
导航 覆盖范围 我国本土的区域 2颗备用卫星） 定位精度 约几十米
欧洲国家安全问题不能被他人控制； 欧洲民用不至于被动和垄断； 欧盟工业界需要有效地进入有利可图的全球市场。
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2019年4月4日9时14分
Galileo系统－研制方
GALILEO系统是由欧盟和欧空局（ESA）策 划和组织实施，采用公私伙伴关系的商业运 作模式共同运营和管理的民用卫星系统 。
（1）卫星颗数少，不能实现连续实时导航定位。 （2）卫星轨道高度低，难以实现精密定轨。 （3）信号频率低，难以补偿电离层效应的影响。 （4）仅能进行二维定位。
10
2019年4月4日9时14分
课题二：卫星定位技术－第二代卫星定位系统
GPS系统 GLONASS系统 Galileo计划
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2019年4月4日9时14分
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2019年4月4日9时14分
Galileo系统－建设时间表
第一阶段（1999-2001）：定义Galileo系统的框架， 制定发展计划； 第二阶段（2001-2005）：发展阶段； 第三阶段（2006-2007）：实施阶段，进行卫星的 研制、卫星的发射及地面设施建设； 第四阶段（2008-2020）：运行应用阶段。
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2019年4月4日9时14分
Galileo系统－服务方式
服务的精度指标、服务领域
公开服务（免费）：15-20米（单频）、5-10米（双频） 商业服务：5-10米（全球，双频）、1-10米（局部） 公共事业服务：4-6米（全球，双频）、1米（局部）
Galileo计划设计为支持各种领域广泛应用，包括 实时导航、位置基准、安全和应急跟踪、体育、 休闲 服务和支持政府公共事业的需要。
20
19100
21+3 11:15 10-11
20200
21+3 11:58 10-13
1000
5-6 1:47 10-11
2019年4月4日9时14分
GLONASS系统－与GPS系统比较
1）GLONASS系统与GPS系统均为军事目的而建设； 2）GLONASS系统与GPS系统现均为军民双用途系统， 但由军 方控制和管理； 3）GLONASS系统卫星寿命短，在轨的可用卫星少 ，运行成 本高，GPS卫星寿命长，运行成本不高； 4） GPS系统民用普及率远高于GLONASS系统； 5）GLONASS没有施加SA干扰，民用精度优于施加SA干扰的 GPS系统 ； 5）GPS系统将实施GPS III计划。GLONASS系统的前途将主要 取决于俄罗斯的经济发展水平，技术还在其次。
两颗位于我国上空的同步地球轨道卫星(GEO)
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2019年4月4日9时14分
课题三：我国卫星定位技术－北斗卫星
2000年10月31日我国自行研制的第一颗导航定位卫星——“北斗导航试
验卫星”在西昌卫星发射中心发射；
2000年12月21日第
二颗“北斗导航试验 卫星”在西昌卫星发 射中心用“长征三号 甲”火箭发射升空， 并准确入轨。
21
2019年4月4日9时14分
GLONASS系统－问题
1）卫星寿命短，在轨的可用卫星较少 ，目 前仅有10颗卫星在轨； 2）没有扩展民用市场，没有大批量生产接 收机供应； 3）信号故障较多，替补卫星不能及时升空； 4）系统维护成本高。 因此，俄罗斯建议与欧盟共有这个系统， 并提供它的 有价值的频率以换取发射新卫 星的费用。
8
2019年4月4日9时14分
课题二：卫星定位技术 －子午卫星定位系统 3
自1973年以来：已经发射了 9颗 OSCAR卫星和3颗 NOVA卫星 设计主要为船只导航服务及大地测量应用 最后一次发射： 1988年
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2019年4月4日9时14分
课题二：卫星定位技术 －子午卫星定位系统 4 存在的问题
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2019年4月4日9时14分
GPS卫星定位系统－建立过程
（1）原理与可行性实验阶段，自1973年12月算起，到1978年 2月22日第一颗试验卫星发射成功为止，历时5年。 （2）系统研制与实验阶段，由1978年2月22日算起，到1989 年2月14日第一颗工作卫星发射成功为止，历时11年。 （3）工程发展与完成阶段，由1989年2月14日算起，到1995
5
2019年4月4日9时14分
课题一：空间技术概述－卫星的发展历史
• 1957年10月4日，第一颗人造地球卫星Sputnik I (苏 联)发射 • 1959年，从卫星上发回第一张地球像片 • 1960年，从“泰罗斯”与“云雨”气象卫星上获 得全球的云图 • 1971年，美国“阿波罗”对月球表面进行航天摄 影测量， 且“水手号”对水星进行测绘作业
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2019年4月4日9时14分
课题二：卫星定位技术－第二代卫星定位系统
GPS系统 GLONASS系统 Galileo计划
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2019年4月4日9时14分
GLONASS与Galileo卫星图片
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2019年4月4日9时14分
Galileo系统－建设理由
欧洲认为不能依赖于GPS或GLONASS有三个理由：
GPS卫星定位系统－提出
为了突破子午卫星导航系统的局限性，实现全天候、全球 性和高精度的实时导航与定位，美国国防部于1973年12月 批准陆海空三军联合研制的一种新的军用卫星导航系统— — Navigation by Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System )，今译为导航卫星测时与测距全球定位 系统，简称GPS卫星全球定位系统。
年4月27日为止，历时7年。
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2019年4月4日9时14分
GPS卫星定位系统－定位原理
卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息， 用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的 三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。
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2019年4月4日9时14分
GPS卫星定位系统－系统现状
1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。 1995年美国国防部宣布：“GPS系统已具 备全部运 作能力”。 GPS计划的实现历 时23年、耗资130多亿美元。 目 前在轨道上正常工作的有25颗卫星，均匀分布 在6个轨道平面内，其中1颗为实验卫 星，21颗为 工作卫星，3颗备用卫星。 GPS广泛地扩展了应用领域，并在应用中证明 了 自己的成功。