2第二讲GPS卫星导航定位系统概述概论
GPS概论
GPS for Mapping: Code Correction
sub-meter accuracy
七、GPS应用
• GPS的优势在于实时动态的精确定位，主要应 用于导航和定位。 • 港口船舶运输的GPS导航与定位，不仅引航准 确，直观方便，而且是全天候的，在能见度很 低的雾天条件下正常工作； • 在石油勘探、航空摄影和航空物探、车辆定位 与调度 • 在农业中，采用GPS精密定位技术能避免农业 操作中的浪费现象，从而有效地降低成本，其 主要表现在飞机播种、除草、施肥等方面； • RS影像校正 • GIS数据采集
三、GPS的特点
• • • • • 全球地面连续覆盖 功能多、精度高 PS定位
GPS数据
•
Datum,WGS84,WGS84,0,0,0,0,0
• • • • • • • • •
TP,D, 21.634933949, 111.2743163109,02/06/2126,06:28:15,1 TP,D, 21.634955406, 111.2739944458,02/06/2126,06:28:15,0 TP,D, 21.634526253, 111.2736940384,02/06/2126,06:28:15,0 TP,D, 21.634354591, 111.2732863426,02/06/2126,06:28:15,0 TP,D, 21.634311676, 111.2727928162,02/06/2126,06:28:15,0 TP,D, 21.636221409, 111.2687587738,02/06/2126,06:28:15,1 TP,D, 21.636693478, 111.2691020966,02/06/2126,06:28:15,0 TP,D, 21.636908054, 111.2697243690,02/06/2126,06:28:15,0 TP,D, 21.637101173, 111.2693166733,02/06/2126,06:28:15,0
卫星导航定位系统介绍
2019年11月25日
26
卫星导航定位系统介绍
GPS现代化
GPS现代化第一阶段
发射12颗改进型的BLOCK ⅡR型卫星。
GPS现代化第二阶段
发射6颗GPS BLOCK ⅡF （“ⅡFLite”）。
GPS现代化计划的第三阶段
GPS系统能提供实时、连续、全天候的导航 定位及授时服务。
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卫星导航定位系统介绍
GPS系统组成
GPS系统由三部分组成
1、空间星座部分 2、地面控制部分 3、用户设备部分
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卫星导航定位系统介绍
用户部分： 接收并测定卫星信号 记录原始数据 得到导航定位信息
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息
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地面控制部分： 解算中心控制参数 实现时间同步 跟踪卫星并进行定轨
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卫星导航定位系统介绍
GPS的空间星座部分
2019年11月25日
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卫星导航定位系统介绍
GPS卫星
作用：
接收、存储导航电文 生成用于导航定位的信号（测距码、载波） 发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码
2019年11月25日
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卫星导航定位系统介绍
空基电子导航系统
空基电子导航系统统称为卫星电子导航系统
第一代卫星电子导航系统的代表是海军导航卫星 系统（Navy Navigation Satellite System —— NNSS）。也称“子午仪（Transit）卫星系统”。
第二代卫星导航定位系统-授时与测距导航系统/ 全球定位系统（Navigation System Timing and Ranging/Global Position System-NAVSTAR/GPS ），简称全球定位系统（GPS）。
GPS定位原理概述
GPS定位原理概述GPS的组成GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。
GPS计划始于1973年，已于1994年进入完全运行状态。
GPS的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：空间部分 GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。
这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。
控制部分 GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。
主控站有一个，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；另外，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，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），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。
GPS定位原理及应用简介精品PPT课件
GPS卫星的基本功能：
（1）接收和存储由地面监控站发来的导航信 息，接收并执行监控站的控制指令。
（2）利用卫星上的微处理机进行必要的数据 处理工作。
（3）通过高精度的原子钟提供精密的时间标 准。
欧洲空间局计划建立一套民用卫星导航系统。该 系统原计划采用6颗地球同步卫星和12颗高椭圆轨 道卫星。后因故一直未能进行实质性发射.
2004年，欧洲空间局调整了Galileo 投入运行的时 间表，2005年前Galileo为系统论证和建设部分地面 控制设施阶段，2005年发射实验卫星，2006-2007 年为在轨实验阶段，将发射6-8颗卫星，同时进行 地面设施的安装和系统联合调试，2007-2010年将 余下的24-22颗卫星升空并网，形成完整构形， 2010年以后系统投入正式运行。
（4）向用户发送导航与定位信号。 （5）在地面监控站的指令下，通过推进器调
整卫星姿态和启动备用卫星。
2、地面控制部分。
1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥伽西亚)、 kwajalein(卡瓦加兰)。 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。
Colorado springs
5 5
Hawaii
Ascencion
ห้องสมุดไป่ตู้
Diego Garcia
kwajalein
主控站
主控站的主要任务： （1）根据本站和其它监测站的所有观测资料推算编
制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数， 并将这些数据传送到注入站。 （2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和 GPS卫星的原子钟均应与主控站的原子钟同步或测 出其间的钟差，并降这些信息编入导航电文送到注 入站。 （3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。 （4）启用备用卫星以代替失效的工作卫星。
《卫星导航概述》课件
05
卫星导航的未来发展
高精度定位技术
总结词
高精度定位技术是卫星导航领域的重要发展方向，通过提高定位精度，能够更好 地满足各种应用需求。
详细描述
随着技术的不断进步，卫星导航系统的高精度定位技术将得到进一步发展。通过 采用更先进的信号处理技术和算法，可以降低误差和提高定位精度，从而更好地 满足各种应用需求，如智能交通、无人机、农业等领域的精细化管理。
多模融合导航技术
总结词
多模融合导航技术是未来卫星导航发展的重要趋势，通过融合不同导航模式，能够提高导航系统的可靠性和可用 性。
详细描述
随着卫星导航技术的发展，多模融合导航技术成为重要趋势。通过融合卫星导航、惯性导航、地面增强等多种导 航模式，可以相互补充和校验，提高导航系统的可靠性和可用性。这种技术将有助于解决复杂环境下的导航问题， 如城市峡谷、高楼林立等区域。
IRNSS的优点包括自主可控、 提高国家安全和战略地位，以 及促进印度空间技术的发展。
IRNSS的缺点包括建设周期长 、技术难度大，以及与其他全 球卫星导航系统的兼容性问题
。
欧洲伽利略系统
欧洲伽利略系统（Galileo）是由欧盟自主建立的全球 卫星导航系统。
输标02入题
该系统由30颗卫星组成，旨在为全球用户提供高精度、 可靠和安全的定位、导航和授时服务。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
位置计算
根据多颗卫星的信号测量 结果，使用三角测量法计 算接收机的三维位置和时 间。
02
全球卫星导航系统
GPS系统
概述
GPS系统是由美国建设和维护的全球卫星导航系统，提供全球覆盖的高精度定位和时间服 务。
组成
GPS系统由空间段、控制段和用户段三部分组成。空间段包括多颗卫星，控制段包括地面 监控站和数据中心，用户段包括GPS接收机和数据处理软件。
卫星定位导航系统原理及应用串讲课件
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GPS卫星信号结构---载波
作用
搭载其它调制信号 测距
L1
19.03c m
测定多普勒频移
L2
类型
24.42c m
目前
L1 – 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm L2 – 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm
4
GPS系统的特点
第三，实时定位
利用GPS导航，可以实时地确定运动目 标的三维位置和速度，由此既可保障运动载 体沿预定航线运行，也可实时监测和修正航 行路线，选择最佳航线。
5
美国政府的GPS政策
美国政府在GPS设计中计划提供两种服务: 一种为精密定位服务（PPS），利用P码进行定位，只提
供给本国及其盟国的军方和得到特许的民间用户使用， 估计其定位精度为10m。 另一种为标准定位服务(SPS)，利用C/A码定位，提供给 民间用户使用。由于C/A码作为捕获P码之前的前导码， 是一种粗捕获的明码，因此估计SPS的定位精度约为 400m。
x=F1(B，L) y=F2(B，L) 由于椭球面是一个曲面，我们不可能把它铺展成 一个平面而不产生某种褶皱和破裂，也就是不可 能把整个椭球面或其一部分曲面毫无变形地表示 在一个平面上，因此无论对投影函数F1和F2选得 如何妥当，总是不可避免地产生变形。
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地图投影的分类
按其变形性质分： 等角投影：投影后，地图上任意两相交短线之间的夹角 保持不变。 等面积投影：投影后，地图上面积大小保持正确的比例 关系。 等距投影：投影后，地图上从某一中心点到其它点的距 离保持不变。 方位投影：投影后，地图上表示的任一点到某一中心点 的方位角保持不变。
GPS卫星导航系统定位原理
GPS卫星导航系统定位原理GPS（Global Positioning System）卫星导航系统是一种利用地球上的卫星和接收设备进行定位的系统。
它由一组卫星、地面控制站和接收设备组成，被广泛应用于航空、航海、交通运输、军事和民用等领域。
GPS系统的定位原理可以简述为：通过测量接收器和卫星之间的距离来确定接收器的位置。
GPS系统是由全球24颗卫星组成的卫星轨道组成，其中包括21颗操作卫星和3颗备份卫星。
这些卫星以不同的轨道高度绕地球运行，并通过无线电信号向地面用户发送定位和导航信息。
接收器接收到来自不同卫星的信号后，通过测量信号的传输时间和卫星位置信息，就可以计算出接收器和每颗卫星之间的距离。
通过测量接收器与至少三颗卫星之间的距离，就可以确定接收器的位置。
GPS接收器通过测量传输时间来确定卫星和接收器之间的距离。
这是通过计算信号在传输过程中经过的时间来实现的。
卫星发送出的信号经过大气层后到达该接收器，而大气层对信号的传播会影响传输时间。
因此，接收器需要考虑大气层延迟的影响，以准确测量传输时间。
为了减小大气层延迟对定位精度的影响，GPS系统使用了多种频率的信号来进行测量，并采用差分GPS技术来进一步提高精度。
差分GPS技术通过接收器和已知位置的参考接收器之间的测量差异来校正大气层延迟，从而提高定位精度。
卫星导航系统的定位原理还涉及了卫星轨道计算、钟差测量和车载设备的数据处理。
卫星轨道计算是通过测量卫星的位置和速度来确定其轨道的过程。
钟差测量是为了纠正卫星和接收器之间由于时间误差导致的距离测量误差。
通过这些测量和计算，GPS接收器可以确定接收器和卫星之间的距离，并计算出接收器的位置。
总之，GPS卫星导航系统的定位原理是通过测量接收器和卫星之间的距离来确定接收器的位置。
这涉及到测量传输时间和卫星位置、纠正大气层延迟和钟差误差等多个技术过程。
通过这种定位原理，GPS系统可以提供高精度的导航和定位服务，使得人们可以准确定位并导航到目的地。
二GPS介绍范文
二GPS介绍范文
GPS（全球定位系统）是由美国国防部建立的一种卫星定位导航系统。
它是由24颗组成的卫星组成的一个全球性的无线电导航系统。
它可以用
来提供准确的地理位置信息和定向指示，以及制定精确的时间，由于其准
确性和可靠性，GPS被广泛应用于军事、商业和民用。
GPS的历史可以追溯到上世纪60年代，当时美国研发出了第一颗导
航卫星。
美国计划在一旦在1978年正式投入使用，但是由于技术困难，GPS最终于1989年才真正投入使用，但是直到1995年，GPS才能提供全
面的全球服务。
GPS由三大部分组成：空间部分、地面载入系统和用户部分。
空间部
分包括24颗卫星，这24颗卫星组成一个网络，它们发射的电波能够被GPS接收机接收到。
地面载入系统是指每天对GPS卫星的位置、时间和各
种状态进行补充更新，以保证如实提供GPS服务。
用户部分包括GPS接收机，GPS接收机对收到的GPS信号进行处理，以获取所需的信息，也就是
确定自身的准确位置。
GPS的应用可以说是丰富多样，最常见的应用就是定位导航，它可以
帮助用户确定自身的位置，提供准确的定位导航服务。
此外，GPS还可用
于监控运输工具，还可能用于目标，包括失踪的人员或者物品等。
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六、GPS在国民经济建设中的应用
3.GPS在航空摄影测量中的应用
POS辅助航空摄影获取像片和像片外方位元 素
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六、GPS在国民经济建设中的应用
3.GPS在航空摄影测量中的应用
开发具有自主知识产权的POS数据后处理软件系统
❖ POSRTTM 数据下载软件
❖ POSProcTM GPS辅助惯性导航与回归平滑模块
主讲：周建郑
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球 卫星发射成功，标志着人类进入了空间技 术的新时代，使测绘行业经历了一场深刻 的技术革命。
2
授课内容
一、卫星大地测量及其发展 二、GPS概念及星座 三、GPS的发展简史 四、GPS定位的基本概念 五、GPS的特点 六、GPS在国民经济建设中的应用
3
一、卫星大地测量及其发展
1.大地测量的发展概况
大地测量的发展，大体上可分为古代大地测量、 经典大地测量和现代大地测量三个阶段。
古代大地测量
4
经典大地测量
现代大地2.卫星大地测量的起源
卫星大地测量是大地测量的新分支，利用卫星信息可 实现大地测量的目的。
卫星大地测量初期，美国斯密森天体物理天文台曾用光 学摄影法进行了全球性的卫星测量。
（2） 用于工程变形监测
GPS自动化监测系统网络结构
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六、GPS在国民经济建设中的应用
2.GPS在工程测量中的应用
（3）用于飞机场轴线定位
自1992年开始， 我国各城市建立的新 机场，其跑道的定向 全部采用GPS来施测， 如济南国际机场、武 汉天河国际机场、贵 阳国际机场、南京绿
口国际机场等。
兴义飞机场跑道铺筑工程
9
三、GPS的发展简史
2.全面研制和试验阶段 从1979年到1987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。
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三、GPS的发展简史
3.实用组网阶段 1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。 1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。 1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后 将根据计划更换失效的卫星。 1995年7月17日，GPS达到FOC – 完全运行能力（Full Operational Capability）。
5
子午卫星系统及其局限性
大地测量多普勒接收机 - 1 （MX1502）
大地测量多普勒接收机 - 2 （CMA751）
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系统组成
空间部分
卫星：发送导航定位信号（信号： 4.9996MHz 30 = 149.988MHz； 4.9996MHz 80 = 399.968MHz； 星历）
卫星星座 – 由6颗卫星构成，6轨 道面，轨道高度1075km
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六、GPS在国民经济建设中的应用
1.GPS在大地测量中的应用
（1）全球或全国性的高精度GPS网
建成后的国家A级网共 由27个主点和6个副点组 成，它们均匀分布全国， 平均点间距650km，从1992 年7月25日至8月5日的9天 内，在这33个点上进行了9 昼夜的连续观测。
国家高精度 GPS 网
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六、GPS在国民经济建设中的应用
2.GPS在工程测量中的应用
（1）建立精密工程控制网
先建立高精度的精密工程控制网，每点都建 立水泥墩，设有强制对中装置，试验时先用 ME5000测距仪测边，用T3精密光学经纬仪测角， 然后用GPS接收机施测。
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六、GPS在国民经济建设中的应用
2.GPS在工程测量中的应用
与此同时，激光测距法伴随出现，即在地面测站上用激 光测距仪对卫星进行测距，以达到定轨定位的目的。
上述两种方法的精度和使用条件受到限制，人们便采用 无线电技术，即利用卫星发射的无线电波进行距离测量， 因而发展很快，卫星多普勒定位在这一时期发展起来的， 如美国海军导航卫星系统（NNSS）就是成功的一例。
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四、GPS定位的基本概念
GPS定位的实质——空间距离后方交会
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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五、GPS的特点
（1）定位精度高 （2）观测时间短 （3）测站间无须通视 （4）可提高三维坐标 （5） 操作方便 （6）全天候作业 （7）功能多，应用广
地面控制部分
包括：跟踪站、计算中心、注入站、 控制中心和海军天文台
用户部分
多普勒接收机
二、GPS概念及星座
什么是GPS？
GPS的英文全称是 Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。
其意为“导航星测时与测距全球 定位系统”，或简称全球定位系 统。
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二、GPS概念及星座
▪ 24颗卫星(21+3) ▪ 6个轨道平面 ▪ 55º轨道倾角 ▪ 2万km轨道高度(地面高度) ▪ 12小时(恒星时)轨道周期 ▪ 5个多小时出现在地平线以 上(每颗星)
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三、GPS的发展简史
1.方案谁阶段 1973年12月，美国国防部批准研制GPS。 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射 成功。 从1973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。
❖ POSGPSTM 差分GPS数据处理模块
❖ POSEOTM 像片外方位元素计算模块
❖ POSCalTM POS系统检校与质量控制模块
❖ STGTM
连接点半自动量测模块
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六、GPS在国民经济建设中的应用
4.GPS在线路勘测及隧道贯通测量中的应用
14
六、GPS在国民经济建设中的应用
1.GPS在大地测量中的应用
（2）区域性GPS大地控制网
区域GPS网是指国家C、D、E级GPS网或专门为 工程项目布测的工程GPS网。该网的特点是控制区 域有限（一个市或一个地区），边长短(几百米到 20km），观测时间短（几分钟到一两个小时）。 由于GPS定位的高精度、快速度、省费用等优点， 区域大地控制网的建立在我国已基本被GPS技术所 取代。主要在以下几个方面：①建立新的地面控制 网；②检核和改善已有的地面控制网；③对已有的 地面控制网进行加密；④拟合区域大地水准面。