(完整版)(武汉大学)GPS原理及其应用
(2021年整理)《GPS测量原理及应用》武大第三版,复习资料
(完整版)《GPS测量原理及应用》武大第三版,复习资料编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整版)《GPS测量原理及应用》武大第三版,复习资料）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整版)《GPS测量原理及应用》武大第三版,复习资料的全部内容。
(完整版)《GPS测量原理及应用》武大第三版，复习资料编辑整理：张嬗雒老师尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布到文库，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是我们任然希望（完整版)《GPS测量原理及应用》武大第三版，复习资料这篇文档能够给您的工作和学习带来便利。
同时我们也真诚的希望收到您的建议和反馈到下面的留言区，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请下载收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步,以下为 <(完整版）《GPS测量原理及应用》武大第三版，复习资料〉这篇文档的全部内容.第一章绪论1。
GPS系统包括三大部分:空间部分-—GPS卫星星座,地面控制部分—-地面监控系统，用户设备部分-—GPS信号接收机。
2 。
GPS卫星星座部分：由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作(21+3）GPS星座。
24颗在轨卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道倾角为55°,各个轨道平面之间相距60°。
在地球表面上任何地点任何时刻，在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星，最多可达9颗卫星。
3. GPS卫星的作用：第一,用L波段的两个无线载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号.第二,在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他有关信息,并通过GPS信号电路，适时地发送给广大用户。
武大《GPS测量原理与应用》知识点总结
武大《GPS测量原理与应用》知识点总结第一篇：武大《GPS测量原理与应用》知识点总结武大《GPS测量原理与应用》知识点总结1、GPS的基本知识NAVSTARGPS“Navigation Satellite Timing and Ranging /Global Positioning System”卫星测时测距导航/全球定位系统.以卫星为基础的无线电导航定位系统,具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能。
2、GPS星座的基本参数24颗卫星分布在六个等间隔的轨道上，轨道面相对赤道面的倾角为55度，每个轨道面上有4颗卫星，卫星轨道为圆形，运行周期为11小时58分，3、子午导航系统的缺陷（1）卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务；（2）导航定位精度低（3）卫星轨道低，难以进行精密定轨（4）卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响；（5）观测时间长，效率低4、北斗系统的组成：“北斗卫星导航系统”系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成。
5、北斗系统定位原理：空间球面交会测量原理(1)地面中心站通过2颗同步静止定位卫星传送测距问询信号，如果用户需要定位则马上回复应答信号。
地面中心站可根据用户的应答信号的时差计算出户星距离，这样以两颗定位卫星为中心以两个户星距离为半径可作出两个定位球,两个定位球又和地面交出两个定位圆。
(2)根据地面中心站的数字地图算出用户到地心的距离，然后利用以地心为中心的圆球与交线圆形成两个交点，再进行判断。
4、北斗导航定位系统的优缺点优点:如投资少，组建快；具有通信功能；捕获信号快等。
不足和差距:如用户隐蔽性差；无测高和测速功能；用户数量受限制；用户的设备体积大、重量重、能耗大等。
5、北斗系统三大功能快速定位、短报文通信、精密授时6、GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。
(完整版)(武汉大学)GPS原理及其应用
GPS原理及其应用
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
其它卫星导航定位系统——Galileo
• 伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统
– 2002年3月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫 星导航定位系统—— Galileo系统。
– Galileo卫星星座将由27颗工作卫星和3颗备用卫 星组成，这30颗卫星将均匀分布在3个轨道平面 上，卫星高度为23616km，轨道倾角为56°。
NAVSTAR GPS 21＋3 6 55° 20180km 12h CDMA 1575MHz
1228MHzຫໍສະໝຸດ GPS原理及其应用绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
其它卫星导航定位系统——GLONASS
• 卫星运行状况
– 从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起， 至1995年12月14日共发射了73颗卫星。
北斗1代卫星导航系统组成图
GPS原理及其应用
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
其它卫星导航定位系统——北斗卫星导航系统
用户终端分为
➢定位通信终端 ➢集团用户管理 站终端 ➢差分终端 ➢校时终端等
车载型用户机 便携型用户机
通讯型用户机 船载型用户机
指挥型用户机
GPS原理及其应用
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
其它卫星导航定位系统——Galileo
GIOVE A
the GIOVE Satellite
• GIOVE的主要目标:
– 频率信号测试； – 验证一些关键技术（比如铷原子钟、氢原子钟）； – 轨道环境特征测试； – 并行2或3通道信号传输测试。
GPS原理及其应用
主讲：李征航
武汉大学 测绘学院 卫星应用工程研究所
1 ©2010
全球定位系统的应用
武汉大学 测绘学院 卫星应用工程研究所
2 ©2010
GPS在测量领域的应用
武汉大学 测绘学院 卫星应用工程研究所
3 ©2010
GPS在大地测量与地球动力学中的应用
• 建立和维持国际地球参考框架、测定地球 自转参数 • 建立和维持区域性的动态参考框架 • 大地定位
4
GPS在工程测量中的应用
• 布设各种类型的工程测量控制网 • 变形监测 • 一般的工程测量
5
GPS在航测和遥感中的应用
• 布设测区内的大地控制点 • GPS辅助空中三角测量 • 遥感卫星定轨
6
GPS在军事中的应用
武汉大学 测绘学院 卫星应用工程研究所
7 ©2010
• 军事需求是推动科学技术发展的一种原动 力。卫星导航系统最初就是为了满足军事 用途而研制的，GPS几乎可以被所有军事 部门所使用。
12
GPS在其他领域中的应用
武汉大学 测绘学院 卫星应用工程研究所
13 ©2010
• 在精细农业和林业种的应用 • 在资源调查、环境监测中的应用 • 在移动位置服务通运输业中的应用
武汉大学 测绘学院 卫星应用工程研究所
9 ©2010
• GPS在航空领域中的应用 • GPS在车辆导航和管理方面的应用 • GPS在水上运输中的应用
10
GPS在大气科学中的应用
武汉大学 测绘学院 卫星应用工程研究所
11 ©2010
• GPS气象学 • 测定电离层延迟，建立电离层延迟模型
GPS原理及其应用demo_4
武汉大学测绘学院
空 间 大 地 测 量 研 究 所
• 卫星（导航）电文（续） – 第二数据块 • 第2、3子帧的第3~10个字 • 内容：该发送信号卫星的星历 － 广播星 历 – 星历参数
M0 , n, e, a , 0 , i0 , , , i, Cuc , Cus , Crc , Crs , Cic , Cis , toe , AODE
武汉大学测绘学院
空 间 大 地 测 量 研 究 所
– 卫星信号的调制 • 框图
武汉大学测绘学院
空 间 大 地 测 量 研 究 所
• 卫星信号的调制原理
SL1 (t ) AP Pi (t ) Di (t ) cos(L1t L1 ) AC Ci (t ) Di (t ) sin(L1t L1 ) SL 2 (t ) BP Pi (t ) Di (t ) cos(L 2t L 2 )
武汉大学测绘学院
空 间 大 地 测 量 研 究 所
GPS卫星的基准频率 f0 – 由卫星上的原子钟直接产生 – 频率为10.23MHz – 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频 或分频
f L1 154 f 0 1575.42MHz; L1 19.03cm f L 2 120 f 0 1227.60MHz; L 2 24.42cm C / A码码率 f 0 10 1.023MHz; P码码率 f 0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f 0 20460000 50 Hz
武汉大学测绘学院
空 间 大 地 测 量 研 究 所
武汉大学测绘学院
空 间 大 地 测 量 研 究 所
载波 – 作用 • 搭载其它调制信号 • 测距 • 测多普勒频移
武汉大学水利水电学院
3.4 工作原理
GPS系统由三大部分：地面控制部分；空间部分；用户 部分共同组成：
武汉大学水利水电学院
武汉大学水利水电学院
23
23
GPS基本定位原理：
---有源无线电 定位技术：
武汉大学水利水电学院
利用距离交会的 原理确定接收机 的三维位置及钟 差
24
武汉大学水利水电学院
空间距离交会原理图
19
武汉大学水利水电学院
③ GPS接收机的基本类型：大地型、导航型和授时型三种。 大地型接收机按接收载波信号的差异分为单频（L1）型和双 频（L1，L2）型。
武汉大学水利水电学院
PTK系统
导航型接收机
大地型接收机
20
3.3 GPS系统的特点
定位精度高
GPS相对定位精度在50km以内可达10-6 ，100-500km可达10-7 ， 1000km可达10-9 。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测的
10
武汉大学水利水电学院
11
武汉大学水利水电学院
地面控制部分：
地面控制部分：主控站、监控站和注入站
12
武汉大学水利水电学院
13
武汉大学水利水电学院
① 主控站：位于美国科罗拉多（ Colorado ）的法尔孔 （ Falcon ）空军基地。 根据各监控站对 GPS 的观测数据，计算出卫星的星历和 卫星时钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫 星中去； 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； 主控站还具有监控站的功能。 ② 监控站：主控站、夏威夷（ Hawaii ）、阿松森群岛 （ Ascencion ）、迭哥伽西亚（ Diego Garcia ）、和卡瓦 加兰 （ Kwajalein ）。接收卫星信号，监测卫星的工作状 态。 ③ 注入站：阿松森群岛（ Ascencion ）、迭哥伽西亚 （ Diego Garcia ）、和卡瓦加兰（ Kwajalein ）。其作用 和功能是： 14 注入站的作用是将主控站计算的卫星星历和卫星时钟的改 正参数等注入到卫星中去。
武汉大学 GPS测量原理及应用
一．名词解释：（2分×8）1.【协调世界时UTC 】采用原子时秒长，因原子时比世界时每年快约1秒，便采用跳秒（闰秒）的方法使协调时与世界时的时刻相近，其差不超过1秒。
（以国际制秒(SI)为基准，用正负闰秒的方法保持与世界时相差在一秒以内的一种时间）2.【伪距定位法】伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出得到4颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。
3．【PDOP值】又称PDOP空间位置精度因子或位置精度强弱度，为纬度、经度和高程等误差平方和的开根号值，PDOP=33+，或为纬度、经度构成的平面位置精q+2211qq度因子和高程精度因子的平方和的开根号值，即PDOP=22VDOPHDOP+4.【SA技术】称为有选择可用性技术，即人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中，故意降低GPS定位精度。
使C/A码精度由20m降至100m。
5.【RTK测量技术】实时动态测量技术，是以载波相位观测量为依据的实时差分GPS(RTD GPS)测量技术，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果并达到厘米级精度6.【岁差】假设月球与地球距离不变，日、月及其他引力对地球隆起部分的作用下,地球自转轴发生变化，使春分点在黄道上向西偏移。
（地球瞬时自转轴在惯性空间不断改变方向的长期性运动）7.【极移】受日、月引力的作用和地球内部质量不均匀的影响，地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，使地级放生偏移，称为地极移动，简称极移。
8.【周跳】在GPS定位工作中，由于某种原因,如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪暂时的中断，造成卫星信号失锁，使计数器无法连续累积计数，这种现象称为整周跳变或周跳。
二．简答（共49分）1.针对美国SA 和AS政策的对策（5分）1）应用P-W技术和L1与L2交叉相关技术，使L2载波相位观测值得到恢复，其精度与使用P码相同。
2）研制能同时接收GPS和GLONASS信号的接收机。
《GPS原理及应用》武大黄劲松版
不同类型的GPS卫星
3
GPS
GPS
的组成 > GPS的地面监控部分①
原理及应用
GPS
GPS
GPS
•
–
地面监控部分 （Ground Segment）
组成
• • •
的地面监控部分 ①
主控站：1个 监测站：5个 注入站：3个 • 通讯与辅助系统
监测站
的组成 > GPS的地面监控部分②
原理及应用
GPS
•
–
主控站 监测站
– – –
的组成 > GPS的用户部分 ①
原理及应用
GPS
•
– –
– – – –
•
管理、协调地面监控系统各部分的工作 编算广播星历 － 轨道参数、卫星钟改正数等 调整卫星状态 调度卫星
• •
对卫星进行跟踪观测 记录气象数据 将数据传送到主控站 注入站 – 向卫星注入导航电文和指令等 通讯与辅助系统 – 负责各部分间的通讯及数据传送
信号通道 观测值
的组成 > GPS的用户部分 ⑦
GPS
的用户部分⑦
信号通道 存储器 微处理器 电源 输入输出
接收（信号）通道
存储器 天线 微处理器 • 作用：数据处理、控制 前置放大器 – 输入输出设备 – 电源
– –
GPS
GPS
卫星信号结构
原理及应用
GPS
GPS
2. GPS
卫星信号结构
概述
– –
卫星信号结构 > 概述
GPS
课程内容
• • • • • • •
原理及应用
课程内容
GPS原理及应用
第1讲 GPS概况 第2讲 GPS测量定位误差源 第3讲 GPS测量定位原理 第4讲 GPS网的布设 第5讲 GPS数据处理 第6讲 GPS测高 第7讲 GPS应用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
GPS原理及其应用
绪论 > 美国政府的GPS政策
美国政府的GPS政策
• SA技术（1990.3.25~2000.5.1）
– Selective Availability – 选择可用性 – 人为降低普通用户的测量精度。方法:
• ε技术：降低星历精度（加入随机变化） • δ技术：卫星钟加高频抖动
（短周期，快变化）
– 由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经 济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统 不能维持正常工作。
– 到目前为止（2006年3月20日）,GLONASS系统 共有17颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工作 状态，2颗备用，4颗已过期而停止使用。俄罗 斯计划到2007年使GLONASS系统的工作卫星数 量至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。
NAVSTAR GPS 21＋3 6 55° 20180km 12h CDMA 1575MHz
1228MHz
GPS原理及其应用
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
其它卫星导航定位系统——GLONASS
• 卫星运行状况
– 从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起， 至1995年12月14日共发射了73颗卫星。
• 系统构成
– 卫星星座 – 地面控制部分 – 用户设备
GPS原理及其应用
P24
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
其它卫星导航定位系统——GLONASS
GLONASS satellite
GLONASS constellation
GPS原理及其应用
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
GPS原理及其应用
绪论 > 美国政府的GPS政策
GPS现代化
• GPS现代化的内涵：
– 保护。即GPS现代化是为了更好地保护美方和 友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密 性能，加强抗干扰能力；
– 阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加 SA，AS等；
– 保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户 有更精确更安全的使用。
the Galileo satellite constellation
GPS原理及其应用
P28
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
其它卫星导航定位系统——Galileo
• 2005年12月28日第一颗Galileo试验卫星（Galileo In-Orbit Validation Elements--GlOVE-A）成功进入 高度为2.3万Km的预定轨道。2006年1月12日， GlOVE-A已开始向地面发送信号。
GPS原理及其应用
(二)
武汉大学 测绘学院 GPS原理及其应用课程组
GPS原理及其应用
第一章 绪 论
§1.3 美国政府的GPS政策 §1.4 其它卫星导航定位系统
GPS原理及其应用
§1.3 美国政府的GPS政策
GPS原理及其应用
绪论 > 美国政府的GPS政策
美国政府的GPS政策
• SPS与PPS
GPS原理及其应用
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
其它卫星导航定位系统——Galileo
• 伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统
– 2002年3月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫 星导航定位系统—— Galileo系统。
– Galileo卫星星座将由27颗工作卫星和3颗备用卫 星组成，这30颗卫星将均匀分布在3个轨道平面 上，卫星高度为23616km，轨道倾角为56°。
GPS原理及其应用
§1.4 其他卫星导航定位系统的概况
GPS原理及其应用
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
其它卫星导航定位系统——GLONASS
• GLONASS － Global Navigation Satellite System（全球导航卫星系统）
• 开发者
– 俄罗斯（前苏联）
• GLONASS与GPS的比较
参数 系统中的卫星数 轨道平面数 轨道倾角 轨道高度 轨道周期（恒星时） 卫星信号的区分
GLONASS 21＋3 3 64.8 ° 19100km 11h15min FDMA
L1频率 L2频率
1602~1615MHz 频道间隔0.5625MHz
1246~1256MHz 频道间隔0.4375MHz
Walker 27/3/1 Constellation
altitude ~23616 km SMA 707 km
inclination 56 degrees
27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)
• period 14 hours 4 min • ground track repeat about 10 days
– SPS – 标准定位服务
• 使用C/A码，民用 • 2DRMS水平=100 m • 2DRMS垂直=150-170 m • 2DRMS时间=340 ns
– PPS – 精密定位服务
• 可使用P码，军用 • 2DRMS水平=22 m • 2DRMS垂直=27.7 m • 2DRMS时间=200 ns
– Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统， 具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服 务等功能，但只有前两种服务是自由公开的， 后两种服务则需经过批准后才能使用。
GPS原理及其应用
P26
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
其它卫星导航定位系统——Galileo
GALILEO DATA
GPS原理及其应用
绪论 > 美国政府的GPS政策
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
– 发射GPS BLOCK Ⅲ 型卫星，在2003年前完成 代号为GPS Ⅲ的 GPS完全现代化计划设计工作。
• AS技术（1994.1.31~至今）
– Anti-Spoofing –反电子欺骗 – P码加密，P+WY
GPS原理及其应用
绪论 > 美国政府的GPS政策
GPS现代化
• 1999年1月25日，美国副总统戈尔宣布，将 斥资40亿美元，进行GPS现代化。
• GPS现代化实质是要加强GPS对美军现代化 战争中的支撑和保持全球民用导航领域中的 领导地位。