第一章GPS基本原理绪论课件.ppt

GPS原理与应用,第一章GPS基本原理绪论,1,GPS原理与应用第一章GPS基本原理绪论1,教材及主要参考资料,教材GPS测量原理及应用 徐绍铨 编著 武汉大学大学出版社（第三版）2007年主要参考资料GPS卫星导航定位原理与方法 刘基余 编著 科学出版社 2003年GPS测量与数据处理 李征航等 武汉大学出版社 2005年,第一章GPS基本原理绪论,2,教材及主要参考资料教材第一章GPS基本原理绪论2,考核办法,一、考核方式：考核方法为卷面考试加实验、查看实验报告相结合的方式进行。二、成绩评定课程闭卷考试成绩、实验成果、平时成绩有机结合评定该课程成绩闭卷考试成绩占总成绩70平时成绩总成绩30,第一章GPS基本原理绪论,3,考核办法一、考核方式：第一章GPS基本原理绪论3,课程内容,第一章 绪论第二章 坐标系统和时间系统 第三章 GPS卫星运动基础及卫星星历第四章 GPS卫星的导航电文和卫星信号 第五章 GPS定位基本原理 第六章 GPS应用,第一章GPS基本原理绪论,4,课程内容第一章 绪论第一章GPS基本原理绪论4,第一章 绪论,定位技术的概况GPS系统组成其他卫星导航系统GPS应用,本章内容安排,第一章GPS基本原理绪论,5,第一章 绪论定位技术的概况本章内容安排第一章GPS基本原理绪,1.1 定位技术概况,一、定位方法1、原始的定位方法 利用天体进行定向：日、月、特别的星体 利用自然现象：植物的生长态势（如苔藓）采用人造的器械：司南，指南针 利用人工建筑：烽火台,第一章GPS基本原理绪论,6,1.1 定位技术概况一、定位方法第一章GPS基本原理绪论6,2、常规定位方法,采用的仪器设备尺：钢尺光学仪器：经纬仪，水准仪激光和红外仪器：测距仪综合多种技术的仪器：全站仪无线电、微波仪器：雷达 观测方法角度或方向观测距离观测距离差观测,第一章GPS基本原理绪论,7,2、常规定位方法 采用的仪器设备第一章GPS基本原理绪论7,3、常规（地面）定位方法的局限性,观测点之间需要保证通视 需要架设高大的天线 边长受到限制 观测难度大 效率低：无用的中间过渡点 需要事先布设大量的地面控制点/地面站 无法同时精确确定点的三维坐标 观测受气候、环境条件限制 受系统误差影响大，如地球旁折光 难以确定地心坐标,第一章GPS基本原理绪论,8,3、常规（地面）定位方法的局限性 观测点之间需要保证通视第一,1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”，正式开启了人类的“太空时代”。人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。,卫星导航,二、第一代卫星导航-（子午卫星导航系统）,第一章GPS基本原理绪论,9,1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫,10,1958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite SystemNNSS）。由于该系统卫星都通过地极，也称“子午(Transit)卫星系统”。1964年该系统建成，并在美国军方启用。1967年美国政府批准该系统解密，提供民用。该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。,二、第一代卫星导航-（子午卫星导航系统）,第一章GPS基本原理绪论,10,101958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军,建立国家:美国 美国海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System,NNSS)。又称子午仪系统，于1964年1月建成，1967年7月29日美国政府批准将该系统解密，并提供民用。,系统构成 卫星 跟踪站 注入站 海军气象台 计算中心 船载设备 特点 全球 全天候,二、第一代卫星导航-（子午卫星导航系统）,第一章GPS基本原理绪论,11,建立国家:美国 系统构成二、第一代卫星导航-（子午卫星导,1、第一代卫星导航系统-概况,子午仪导航卫星(右图)卫星数量：发射的正式导航卫星共有六颗运行轨道：圆形极轨道，平均高度1071km，轨道倾角约90，各导航卫星的轨道相交于地球的两极 运行周期：107min左右发射信号：连续发射无线电信号，传递三种导航信息(卫星星历表、偶数分钟的时间信号和供多普勒频移测量用的399.968MHz和149.988MHz的载波频率)定位精度：1968年测定的精度为70m，1976年提高到30m,子午仪导航星座,第一章GPS基本原理绪论,12,1、第一代卫星导航系统-概况子午仪导航卫星(右图)子午仪导航,2、卫星多普勒定位技术,多普勒效应：当波源与观测者作相对运动时，波源发射频率与观测者接收频率之间发生变化。当子午卫星以fs的频率发射信号时，由于多普勒效应，接收机所接受的信号的频率将变为fr，两个频率存在下列关系,D：为信号源与接收机间的距离C：为真空中的光速；,第一章GPS基本原理绪论,13,2、卫星多普勒定位技术多普勒效应：当波源与观测者作相对运动时,3、子午卫星导航系统的缺点,NNSS在导航技术的发展中具有划时代的意义，但由于该系统卫星数目少（5-6颗），运行轨道低（1000km）,观测时间长（1.5小时），无法提供连续实时三维导航。获得一次导航解的时间长，难以满足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航要求。从大地测量看，定位速度慢，一个测站一般平均观测1-2天；精度低，单点定位精度3-5m，相对定位精度1m，使得在大地测量和地球动力学研究方面的应用，也受到很大限制。,第一章GPS基本原理绪论,14,3、子午卫星导航系统的缺点NNSS在导航技术的发展中具有划时,3、子午卫星导航系统的缺点,为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星授时测距/全球定位系统”（Navigation Satellite Timing and ranging/Global Positioning System）简称全球定位系统（GPS）。GPS具有高精度连续实时三维导航和定位能力，以及良好的抗干扰性能。,第一章GPS基本原理绪论,15,3、子午卫星导航系统的缺点为满足军事和民用对连续实时和三维导,1.2 GPS系统,一、GPS定义二、GPS系统的发展三、GPS系统组成,第一章GPS基本原理绪论,16,1.2 GPS系统一、GPS定义第一章GPS基本原理绪论,1.2 GPS系统,一、GPS定义GPS的英文全称是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（卫星测时与测距全球定位系统），简称GPS,也称作NAVSTAR GPS。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天侯、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。,第一章GPS基本原理绪论,17,1.2 GPS系统一、GPS定义第一章GPS基本原理绪论,二、GPS系统的发展,第一阶段为方案论证阶段（1973-1979）第二阶段为系统论证阶段（1979-1985）第三阶段为生产实施阶段（1986-1994）,GPS计划的实施共分三个阶段：,第一章GPS基本原理绪论,18,二、GPS系统的发展第一阶段为方案论证阶段（1973-197,二、GPS系统的发展,第一阶段（1973-1979）方案论证和初步设计。4颗实验卫星、部分地面接收设备。1973年 国防部批准GPS系统的Navstar卫星制造计划;1974年 为检验铷钟和时间传播技术,Timation项目的第一颗GPS实 验卫星发射升空;1977年 第一批携带铯钟的实验卫星发射升空,具有后来GPS卫星 的基本特征;1978年 第一颗GPS原型导航卫星Block I卫星发射升空。,第一章GPS基本原理绪论,19,二、GPS系统的发展第一阶段（1973-1979）第一章GP,二、GPS系统的发展,第二阶段（1979-1985）全面研制和试验阶段。这一时期共发射七颗试验卫星，GPS试验卫星Block I卫星达到11颗，其它辅助系统建立。证实了GPS系统卓越的导航定位能力（实际伪距单点定位精度：20米,设计标准：100米）。,GPS Block I,第一章GPS基本原理绪论,20,二、GPS系统的发展第二阶段（1979-1985）GPS,二、GPS系统的发展,第三阶段（1986-1994）实际组网阶段，24颗工作卫星，1995年达预定工作能力。1995年4月27日,美国防部宣布：“GPS系统已具备完全运行能力(Full Operational Capability,FOC)”从1989年2月14日至1994年，共24颗(21+3)GPS工作卫星：Block（9颗）、BlockA（15颗）发射成功。,GPS Block,GPS BlockA,第一章GPS基本原理绪论,21,二、GPS系统的发展第三阶段（1986-1994）GPS B,第二代卫星导航系统-GPS,GPS星座现状 截止到2007年，美国的GPS系统共发射卫星55颗，发射失败2次.,第一章GPS基本原理绪论,22,第二代卫星导航系统-GPSGPS星座现状 卫星型号发射总数(,三、GPS系统组成,第一章GPS基本原理绪论,23,三、GPS系统组成地面监控系统卫星用户第一章GPS基本原理绪,GPS系统组成,GPS卫星轨道和星座 GPS系统卫星星座基本参数：卫星数（颗）21+3轨道数（个）6倾角55轨道平面间距60运行周期 11h58min卫星轨道高度（km）20200,GPS卫星星座,第一章GPS基本原理绪论,24,GPS系统组成GPS卫星轨道和星座 GPS卫星星座第一章GP,GPS系统组成,GPS卫星作用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，对部分必要的数据进行处理。3、通过星载的原子钟提供精密的时间标准。4、向用户发送定位信息。5、在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态和启用备用时钟。主要设备太阳能电池板原子钟（2台铯钟、2台铷钟）信号生成与发射装置,第一章GPS基本原理绪论,25,GPS系统组成GPS卫星作用第一章GPS基本原理绪论25,GPS系统组成,GPS地面监控系统,主控站：1个;监测站：5个;注入站：3个;通讯与辅助系统。,第一章GPS基本原理绪论,26,GPS系统组成GPS地面监控系统空间段注入站监测站主控站主控,地面监控系统各部分作用,主控站：管理、协调地面监控系统各部分的工作，收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星，监控卫星状态，向卫星发送控制指 令；卫星维护与异常情况的处理。地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。监测站：接收卫星数据，采集气象信息，实时监测卫 星并将收集到的数据传送给主控站。地点：夏威夷、科罗拉多州法尔孔空军基地、阿森松群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）、卡瓦加兰（太平洋）。注入站：将导航电文注入GPS卫星。地点：阿森松群岛（大西洋）、迪戈加西亚岛（印度洋）卡瓦加兰岛（太平洋）。,第一章GPS基本原理绪论,27,地面监控系统各部分作用主控站：管理、协调地面监控系统各部分的,GPS系统组成及各部分作用,Kwajalein Atoll,US Space Command,Hawaii,Ascension Is.,Diego Garcia,第一章GPS基本原理绪论,28,GPS系统组成及各部分作用Kwajalein AtollUS,GPS系统组成,地面监控系统框图,第一章GPS基本原理绪论,29,GPS系统组成地面监控系统框图第一章GPS基本原理绪论29,GNSS=?,1.3 其他卫星定位系统,G P S,GLONASS,GALILEO,BD,第一章GPS基本原理绪论,30,GNSS=?1.3 其他卫星定位系统G P SGLO,一、GLONASS,1、GLONASS系统构成2、GLONASS系统的现状与发展3、GLONASS存在的问题,第一章GPS基本原理绪论,31,一、GLONASS1、GLONASS系统构成2、GLONA,一、GLONASS,1982年 前苏联发射第一颗GLONASS(Global Navigation Satellite System)卫星,1995年12月 俄罗斯发射了一箭三星，完成24颗工作卫星+1颗备用 卫星的布局,第一章GPS基本原理绪论,32,一、GLONASS1982年 前苏联发射第一颗GLONASS,1、GLONASS构成,卫星数量:24轨道根数:3运行高度:19100KM轨道倾角:64.8 运行周期:11h15min信号频率:1.6103 MHz 1.2103 MHz 定位精度:10米左右用 途:军民两用,GLONASS导航星座,第一章GPS基本原理绪论,33,1、GLONASS构成卫星数量:24 GLONASS导航星座,2、GLONASS系统的现状与发展,GLONASS导航系统至少需要18颗卫星才能覆盖俄罗斯全国范围，24颗才能覆盖全世界范围。,第一章GPS基本原理绪论,34,2、GLONASS系统的现状与发展GLONASS系统的发展2,3、GLONASS存在的问题,1目前GLONASS工作不稳定，卫星工作寿命短，在轨卫星只17颗，实际满负荷运行只有8颗；2GLONASS用户设备发展缓慢，生产厂家少，设备体积大而笨重；3由于GLONASS采用的是FDMA，所以用户接收机中频率综合器复杂；4对GPS/GLONASS兼容接收机，需解决两系统的时间和坐标系统问题。,计划推迟，建设计划改为20082013年，2013年后再进入运营阶段。,第一章GPS基本原理绪论,35,3、GLONASS存在的问题1目前GLONASS工作不稳定,4、GLONASS系统和GPS系统的比较,一是卫星发射频率不同：GPS的卫星信号采用码分多址体制，而GLONASS采用频分多址体制。GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力。二是坐标系不同：GPS使用世界大地坐标系（WGS-84），而GLONASS使用前苏联地心坐标系（PE-90）。三是时间标准不同：GPS系统时与世界协调时相关联，而GLONASS则与莫斯科标准时相关联。,第一章GPS基本原理绪论,36,4、GLONASS系统和GPS系统的比较 一是卫星发射频率,第一章GPS基本原理绪论,37,第一章GPS基本原理绪论37,二、伽利略系统-GALILEO,1、欧洲为什么要建立Galileo导航系统,缺乏完好性监测机制,信号容易受到干扰,20世纪七十年代建立,受美国控制,军事应用背景,性能和服务受限,服务没有保障,GPS系统的不足,第一章GPS基本原理绪论,38,二、伽利略系统-GALILEO1、欧洲为什么要建立Gali,2、GALILEO的特点,由欧洲空间局(ESA)和欧盟(EU)发起并提供主要资金支持。实现完全非军方控制与管理，旨在确定建立一个由国际组织控制的高效经济的民用导航及定位服务系统。,第一章GPS基本原理绪论,39,2、GALILEO的特点 由欧洲空间局(ESA)和欧盟,3、GALILEO发展,首颗实验卫星“GIOVEA”(Galileo In-Orbit Validation Element)由俄罗斯“联盟FG”运载火箭从哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天中心顺利进入太空。,欧洲空间局提出建议，希望通过国际合作建立一套民用的全球卫星导航系统,1982年,1998年,欧盟正式提出建立欧洲自己的伽利略全球卫星导航系统,2001年4月5日,欧盟交通部长理事会上该计划正式获得批准，确定总投资约为36亿欧元，大部分经费由欧盟、欧空局提供，其他费用由欧洲工业界和私人企业及投资商投入，系统的运营费和维护费由运营公司承担。,2002年3月26日,欧盟15个成员国的交通部长在布鲁塞尔研究决定正式实施伽利略计划。,2005年12月28日,发展,第一章GPS基本原理绪论,40,3、GALILEO发展首颗实验卫星“GIOVEA”(G,4、GALILEO构成,Worldwide Users,5,C波段上行,上行任务站(ULS),控制中心（GCC）,30,监测站(GSS),S波段上行,5,遥测、跟踪、遥控站(TTC),卫星星座,2,地面段,基本构成,第一章GPS基本原理绪论,41,4、GALILEO构成Worldwide Users5C波段,GALILEO空间部分,第一章GPS基本原理绪论,42,GALILEO空间部分卫星数量30(27+3)轨道高度236,第二代卫星导航系统-GALILEO,伽利略控制中心 遥测、跟踪、遥控站C波段任务上行站 伽利略监测站 全球局域网络,地面段,第一章GPS基本原理绪论,43,第二代卫星导航系统-GALILEO伽利略控制中心 地面段第,5、GALILEO服务范围,服务,第一章GPS基本原理绪论,44,自由航空；大众市场；加密；有保障服务开放服务+信号完好性,第二代卫星导航系统-GALILEO,在全球范围全天时提供各种导航服务和搜索救援服务与GPS系统全面兼容又相互独立 性能至少相当于GPS(Block IIF)卫星以及正在研究的GPSIII系统避免与其它卫星导航系统的相互干扰，特别是与现代化以后 GPS军用M码,设计要求,第一章GPS基本原理绪论,45,第二代卫星导航系统-GALILEO在全球范围全天时提供各种,第二代卫星导航系统-GALILEO,2001年，欧洲高层领导开始与中国接触，讨论两国在伽利略卫星导航领域的合作;2003年10月 中国与欧盟签署了有关伽利略计划合作协定;2004年10月 中国科学技术部和欧盟委员会在北京正式签署伽利略计划技术合作协议，中国成为参加伽利略计划的第一个非欧盟成员国，并成为伽利略联合执行体中与欧盟成员国享有同等权利和义务的一员.中国承诺向伽利略计划投入2亿欧元，其中7000万欧元用于支持中国参与这一计划开发阶段的工作；中方企业将参与未来伽利略计划特许经营，并投入其余的1.3亿欧元，用于开展该计划部署阶段的工作;2005年4月 中方派出3名专家前往伽利略联合执行体工作;2005年12月 中国助推的第一颗伽利略试验卫星的升空，“中欧伽利略计划”进入全面合作阶段。,GALILEO与中国,第一章GPS基本原理绪论,46,第二代卫星导航系统-GALILEO2001年，欧洲高层领导,第一章GPS基本原理绪论,47,第一章GPS基本原理绪论47,导航定位的方式,被动式导航定位的方法用户不发射信号，仅接收卫星发射的信号，由用户完成对信号的处理及定位，是一种无源定位导航系统。特点用户自身的保密性好，用户数量不受限制；用户间，用户与地面系统之间无法进行通讯。有源导航系统用户将接收的卫星信号发送给地面中心站，由中心站解算出用户的位置，再以通讯方式告知用户。除了了导航定位的功能还有通信的功能。弥补无源定位方式的不足。,第一章GPS基本原理绪论,48,导航定位的方式被动式导航定位的方法第一章GPS基本原理绪论4,三、双星定位导航系统-北斗,1北斗一代卫星导航系统发展过程；2北斗一代卫星系统构成；3北斗一代工作原理；4北斗一代功能、特点以及缺陷；5.北斗二代卫星导航系统介绍；6.北斗系统与GPS的区别。,第一章GPS基本原理绪论,49,三、双星定位导航系统-北斗1北斗一代卫星导航系统发展过程,三、双星定位导航系统-北斗,1983年，卫星导航先驱陈芳允院士提出利用两颗同步定点卫星进行导航定位的设想,1994年 国家批准建设“北斗一号”卫星导航 定位系统,2000年10月31日 发射第一颗北斗导航卫星,2003年5月25日 发射第三颗北斗导航卫星(备用卫星),我国成为世界上继美国、俄罗斯之后，第三个拥有自主卫星导航系统的国家。,2000年12月21日 发射第二颗北斗导航卫星,北斗一代卫星导航系统,第一章GPS基本原理绪论,50,三、双星定位导航系统-北斗1983年，卫星导航先驱陈芳允院,用户段北斗用户机(指挥型/通信型)。,空间段 北斗卫星定位系统由两颗地球静止卫星、一颗在轨备份卫星(赤道面东经80度、140度和110.5度，前两颗卫星位置的经度相距60度)，轨道高度为36000公里。信息传递时上行为L频段，下行为S频段。,地面段 地面控制中心(配备高程电子地图)、参考标校系统。,北斗一代卫星系统构成,第一章GPS基本原理绪论,51,用户段空间段地面段北斗一代卫星系统构成第一章GPS基本原理绪,它的定位基于三球交会原理，即以2颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成2个球面，用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。中心站电子高程地图库提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，并已知目标在赤道平面北侧，即可获得用户的二维位置。,第一章GPS基本原理绪论,52,它的定位基于三球交会原理，即以2颗卫星的已知坐标为圆,用户机,北斗一代工作原理,双星定位系统采用主动定位方式，先由定位用户终端接收卫星发来的包含有测距信号、地址电文、时间码等的询问信号，并注入用户站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，地面中心根据用户信号测量并计算出用户到两颗卫星的距离，并根据中心存储的数字高程地图或由用户携带的气压测高仪提供高程，计算用户的点位坐标，然后置入出站信号中发送给用户，使用户获得自己所在位置。,第一章GPS基本原理绪论,53,用户机北斗卫星1北斗一号中心站北斗卫星2北斗一代工作原理双星,第一章GPS基本原理绪论,54,第一章GPS基本原理绪论54,快速定位 北斗系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，定位精度20-100m；,短报文通信 北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息；,精密授时 北斗系统具有精密授时功能，可向 用户提供20ns-100ns时间同步精度。,北斗一代功能,第一章GPS基本原理绪论,55,快速定位短报文通信精密授时北斗一代功能第一章GPS基本原理绪,自主系统，安全、可靠、稳定工作方式:有源定位覆盖范围:北纬50_550，东经700_1400之间,定位精度:水平精度100m(1)，设立标校站之后为20m(类似差分状态)最大用户数:每小时540000户,北斗一代特点,第一章GPS基本原理绪论,56,自主系统，安全、可靠、稳定定位精度:水平精度100m(1),双星有源导航定位体制，只能提供低动态和静态导航定位服务需要中心站提供数字高程图数据和用户机发上行信号，定位精度低,隐蔽性差系统用户容量、导航定位维数有限无冗余测距信息，在体制上不能与国际上的、“GLONASS”及将来的“伽利略”系统兼容,北斗一代的缺陷,第一章GPS基本原理绪论,57,双星有源导航定位体制，只能提供低动态和静态导航定位服务北斗一,第二代卫星导航系统-北斗,空间段 五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成。服务 提供开放服务和授权服务两种服务方式：开放服务是在服务区免费提供定位、测速 和授时服务，定位精度10米，授时精度50纳秒，测速精度0.2米每秒；授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。,北斗二代卫星导航系统,第一章GPS基本原理绪论,58,第二代卫星导航系统-北斗空间段北斗二代卫星导航系统第一章G,第二代卫星导航系统-北斗,2007年4月，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。,北斗二代的发展,第一章GPS基本原理绪论,59,第二代卫星导航系统-北斗 2007年4月，中国在,北斗系统与GPS的区别,1、北斗导航系统同时具备定位与双向通信能力；GPS系统本身不具备通信能力。2、北斗导航系统是区域性导航系统，GPS系统是全球性导航系统。3、北斗导航系统由我国自主控制，GPS系统则是由美国军方控制。4、北斗导航系统用户数量受到限制，GPS的用户数量不受限制。5、北斗导航用户机无导航处理器，GPS接收机有。,第一章GPS基本原理绪论,60,北斗系统与GPS的区别1、北斗导航系统同时具备定位与双向通,北斗导航系统发展展望,改变现有定位方式，提高定位保密度。发展为能与GPS抗衡的全球性导航系统。几年后，在我国用北斗导航全面代替GPS。,第一章GPS基本原理绪论,61,北斗导航系统发展展望改变现有定位方式，提高定位保密度。第一章,1.4 GPS的应用,从GPS的提出到1995年建成，经历了20多年，实践证实，GPS对人类活动影响极大，应用价值极高，所以得到美国政府和军队的高度重视，不惜投资300亿美元来建立这一工程，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，可以满足各种不同用户的需要。,第一章GPS基本原理绪论,62,1.4 GPS的应用从GPS的提出到1995年建成，经历了,GPS的应用特点,观测站之间不需要通视,定位精度高,观测时间短,提供三维坐标,操作简便,全天候24小时作业,功能多，应用广,第一章GPS基本原理绪论,63,GPS的应用特点观测站之间不需要通视定位精度高观测时间短提供,GPS的应用,WirelessComm.Unit,In-vehicleDisplay Unit,WirelessComm.Unit,ITS&GPSPositioning System,ITS Data Basic Comm.Server Server,AVLProcessing Units,ITS DGPSRectification,Wireless Comm.Network Control System,Modem Connection,.,Comm.Tower#1,Comm.Tower#10,Dispatching#1,Dispatching#7,Control Centre,.,Public Safety Control Centre,Base Station,To Processing Units,CAD 圖形系統,AVLS區域網絡-乙太網絡,Large Projection Screen【Whole RegionSub-regionDistrict】,智能交通系统（ITS）,第一章GPS基本原理绪论,64,GPS的应用WirelessIn-vehicleWirele,第一章GPS基本原理绪论,65,第一章GPS基本原理绪论65,RS数字图像方式提供了城市范围内道路与相关因子动态变化信息，在GIS中作为电子数字地图使用，也可用遥感图像更新道路数据库。GPS提供车辆目前所处的精确位置，在GIS支持下，可在显示器上以“点”状符号的形式直观的为司机指明当前车辆位置，并可以通过无线集群通讯网将位置信息接入控制中心局域网，车辆导航与监控系统服务器接收各个移动车辆的位置信息，并分发给与其相连的各个操作台。GIS安装在管理操作台与监视操作台上，可把GPS定位信息表现在电子地图相应位置上，进而实现各种车辆信息的管理、显示和分析，为管理人员和司机提供辅助决策，在突发事件时它可以快速在地图上准确标出各个移动车辆的当前位置，为公安快速反应，交通调度管理，车辆报警求援提供帮助。以上各项技术各有侧重，相互补充，共同完成车辆导航与监控系统承担的各项任务。,车辆导航与监控系统,第一章GPS基本原理绪论,66,RS数字图像方式提供了城市范围内道路与相关因子动态变化信,国家高精度GPS网布测方案,GPS的应用,第一章GPS基本原理绪论,67,国家高精度GPS网布测方案GPS的应用第一章GPS基本原理绪,提出了一套实用、科学、严谨，适合我国国情的GPS作业技术方案，研究发展了GPS快速定位理论、方法，解决了高精度GPS网数据处理中一系列理论、方案与算法的关键技术，并研制出一系列国产化高精度GPS定位的科研和商品化软件，在理论模型、技术方案、软件开发、实际应用四个层面上取得了一系列进展，完成了新中国五十年来测绘技术的一次大飞跃，同时极大地推动了相关领域的技术进步。,GPS的应用,第一章GPS基本原理绪论,68,提出了一套实用、科学、严谨，适合我国国情的GPS作业,GPS的应用,农业,第一章GPS基本原理绪论,69,GPS的应用农业第一章GPS基本原理绪论69,GPS的应用,配备GPS的变量施肥机,GPS牧草监测系统,农业,第一章GPS基本原理绪论,70,GPS的应用配备GPS的GPS牧草监农业第一章GPS基本原理,例如：精细农业发展,GPS和GIS结合提供科学种田需要的定位、定量的田间操作和田间管理的技术手段。GPS确定拖拉机和联合收割机在田间作业中的精确位置。GIS对各种田间数据进行处理和定量分析。例如：GIS能够根据地块中土壤特性(土壤结构和有机质含量)和土地条件(土地平整度和灌溉)，结合GPS接收机提供的位置数据，指挥播种机进行定量播种，播种的疏密程度与土地肥力和土壤质地等作物生长环境相适应。在GIS和GPS指挥下，农药喷洒机可以在病虫害发生地自动喷洒农药。,第一章GPS基本原理绪论,71,例如：精细农业发展 GPS和GIS结合提供科,GPS应用于农业,利用GPS技术可以做到：土壤养分分布调查在播种之前，可用一种适用于在农田中运行的采样车辆按一定的要求在农田中采集土壤样品。车辆上配置有 GPS接收机和计算机，计算机中配置地理信息系统软件。采集样品时，GPS接收机把样品采集 点的位置精确地测定出来，将其输入计算机，计算机依据地理信息系统将采样点标定，绘出 一幅土壤样品点位分布图。,第一章GPS基本原理绪论,72,GPS应用于农业利用GPS技术可以做到：第一章GPS基本原理,GPS应用于农业,监测作物产量在联合收割机上配置计算机、产量监视器和GPS接收机，就构成了作物产量监视系统。对不同的农作物需配备不同的监视器。例如监视玉米产量的监视器，当收割玉米时，监视器记录下玉米所接穗数和产量，同时GPS接收机记录下收割该株玉米所处位置，通过计算机最终绘制出一幅关于每块土地产量的产量分布图。通过和土壤养分含量分布图的综合分析，可以找出影响作物产量的相关因素，从而进行具体的田间施肥等管理工作。,第一章GPS基本原理绪论,73,GPS应用于农业监测作物产量第一章GPS基本原理绪论73,GPS应用于农业,飞机进行播种、施肥、除草利用GPS差分定位技术可以使飞机在喷洒化肥和除草剂时减少 横向重叠，节省化肥和除草剂用量，避免过多的用量影响农作物生长。对于在夜间喷施，更有其优越性。因为夜间蒸发和漂移损失小，另外夜间植物气孔 是张开的，更容易吸收除草剂和肥料，提高除草和施肥效率。依靠GPS进行精密导航，引导农机具进行夜间喷施和田间作业，可以节省大量的农药和化肥。,第一章GPS基本原理绪论,74,GPS应用于农业飞机进行播种、施肥、除草第一章GPS基本原理,GPS技术应用于林业,利用GPS进行飞机播种造林 用GPS的导航功能，可以更有效地实施飞播造林工程。这种方法可以减少地面工作人员数量、降低劳动强度、节约飞播经费、加快了飞播进度，为实施大面积、大规模造林工程提供了技术保障。利用GPS进行病虫害防治 对于山高林密的作业区，信号队员不易到达或不能及时到位，人工导航漏喷或重喷现象严重，GPS导航很好地解决了这一问题，应用GPS导航可以彻底摆脱地面信号标志和人工信号队导航。,第一章GPS基本原理绪论,75,GPS技术应用于林业利用GPS进行飞机播种造林 第一章GPS,GPS的应用,盲人导航,第一章GPS基本原理绪论,76,GPS的应用CPUGPS声音同步器地图数据库盲文点字板盲人导,利用这套系统，巡检人员带上装有输油管网分布地图的掌上电脑，通过GPS定位，把使用者的位置信息对应显示在地图上，根据这个信息对比数据库中预先存储的管线设施的经纬度，找出所接近的设施，提示工作人员进行每个项目的检查，并把行驶的轨迹保存在电子地图上。用此系统可以直接找到待巡检的管线和设施，使工作有的放矢。所有设施检查完后，可以将掌上电脑中的数据自动同步到桌面电脑供管理者管理和日后的分析使用。,PDA-3S石油管线智能巡检系统,第一章GPS基本原理绪论,77,利用这套系统，巡检人员带上装有输油管网分布地,PDA-3S石油管线智能巡检系统,第一章GPS基本原理绪论,78,PDA-3S石油管线智能巡检系统第一章GPS基本原理绪论7,卫星导航系统的应用,北斗水情自动测报系统,第一章GPS基本原理绪论,79,卫星导航系统的应用北斗水情自动测报系统第一章GPS基本原理绪,我国的GPS定位技术应用和发展情况,在地球动力学方面，GPS技术用于全球板块运动监测和区域板块运动监测。我国已开始用GPS技术监测南极洲板块运动、青藏高原地壳运动、四川鲜水河地壳断裂运动，建立了中国地壳形变观测网、三峡库区形变观测网、首都圈GPS形变监测网等。GPS技术已经用于海洋测量、水下地形测绘。我国的全球定位系统（GPS）测量规范已于1992年10月1日起实施。在军事部门、交通部门、邮电部门、地矿、煤矿、石油、建筑以及农业、气象、土地管理、金融、公安等部门和行业，在航空航天、测时授时、物理探矿、姿态测定等领域，也都开展了GPS技术的研究和应用。在静态定位和动态定位应用技术及定位误差方面作了深入的研究，研制开发了GPS静态定位和高动态高精度定位软件以及精密定轨软件。在理论研究与应用开发的同时，培养和造就了一大批技术人才和产业队伍。,第一章GPS基本原理绪论,80,我国的GPS定位技术应用和发展情况在地球动力学方面，GPS技,我国的GPS定位技术应用和发展情况,我国已建成了北京、武汉、上海、西安、拉萨、乌鲁木齐等永久性的GPS跟踪站，进行对GPS卫星的精密定轨，为高精度的GPS定位测量提供观测数据和精密星历服务，并致力于我国自主的广域差分GPS（WADGPS）方案的建立，参与全球导航卫星系统（GNSS）和GPS增强系统（WAAS）的筹建。同时，我国已建立自己的卫星导航系统（双星定位系统），能够生产导航型GPS接收机。1995年成立了中国GPS协会，协会下设四个专业委员会。,第一章GPS基本原理绪论,81,我国的GPS定位技术应用和发展情况我国已建成了北京、武汉、上,