1、 全球定位系統的產生、發展及前景 GPS在各個領域中的應用第一章緒 論請大家說說你目前知道的GPS有哪些相關信息？看看它曾經為我們做過什么第一頁，共42頁。1.1 全球定位系統的產生、發展及前景第二頁，共42頁。 古代大地測量 經典大地測量 現代大地測量測量技術的發展 中國大地測量源于距今近5000年的原始社會末期的三皇五帝時代。幾千年來，中國大地測量經歷了從步量、丈量到立桿測影、儀器觀測的發展過程距今2000年的西漢時期，發明了渾天儀，開始了使用儀器測量地面點地理坐標的新階段。 十七世紀初，人們使用三角測量方法，測量工具也不斷進步，光學測量儀器開始在測量領域應用隨著儀器的不斷進步，電子經緯儀

2、，電子水準儀，全站儀，GPS等儀器的出現，帶來了大地測量的革命性變革第三頁，共42頁。近、現代的常規定位方法采用的儀器設備尺：銦鋼尺光學儀器：經緯儀，水準儀電磁波或激光儀器：測距儀綜合多種技術的儀器：全站儀觀測值角度或方向觀測距離觀測天文觀測方法常規（地面）定位方法緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 常規（地面）定位方法第四頁，共42頁。需要事先布設大量的地面控制點/地面站無法同時精確確定點的三維坐標觀測受氣候、環境條件限制觀測點之間需要保證通視需要修建覘標/架設高大的天線邊長受到限制觀測難度大效率低：無用的中間過渡點受系統誤差影響大，如地球旁折光難以確定地心坐標常規定位方法的局限性緒論 全

3、球定位系統的產生、發展及前景 常規（地面）定位方法的局限性第五頁，共42頁。GPS的英文全稱是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System簡稱GPS，有時也被稱作NAVSTAR GPS。什么是GPS？其意為“導航星測時與測距全球定位系統”，或簡稱全球定位系統。緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 什么是全球定位系統第六頁，共42頁。建立國家美國目的在全球范圍內，提供實時、連續、全天候的導航定位及授時服務開始籌建時間1973年完全建成時間1995年GPS概述緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 GPS概述第七頁，共4

4、2頁。系統構成空間部分、地面控制部分、用戶部分服務方式通過由多顆衛星所組成的衛星星座提供導航定位服務定位原理距離交會測距原理被動式電磁波測距特點全球覆蓋、全天候、不間斷、精度高GPS概述緒論緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 GPS概述第八頁，共42頁。1960年4月13日，美國定位衛星“子午儀1B”號成功發射。這是“子午儀計劃”中的第一顆衛星，揭開了衛星全球定位的篇章，也為后來的GPS系統奠定了基石。第九頁，共42頁。系統簡介NNSS Navy Navigation Satellite System（海軍導航衛星系統），由于其衛星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛星系統）采用利

5、用多普勒效應進行導航定位，也被稱為多普勒定位系統美國研制、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用子午衛星系統及其局限性子午衛星子午衛星星座緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 子午衛星系統及其局限性第十頁，共42頁。系統組成空間部分衛星：發送導航定位信號（信號：星歷）衛星星座 由6顆衛星構成，6軌道面，軌道高度1075km地面控制部分包括：跟蹤站、計算中心、注入站、控制中心和海軍天文臺用戶部分多普勒接收機子午衛星系統及其局限性大地測量多普勒接收機 - 1（MX1502）大地測量多普勒接收機 - 2（CMA751）緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 子午衛星系統及其局限性第十一頁，共4

6、2頁。應用領域海上船舶的定位大地測量精度單點定位：15次合格衛星通過（兩次通過之間的時間間隔為0.8h 1.6h），精度約為30-40m聯測定位： 各站共同觀測17次合格衛星通過，精度約為0.5m子午衛星系統及其局限性多普勒聯測定位多普勒單點定位緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 子午衛星系統及其局限性第十二頁，共42頁。系統缺陷衛星少，觀測時間和間隔時間長，無法提供實時導航定位服務導航定位精度低衛星信號頻率低，不利于補償電離層折射效應的影響衛星軌道低，難以進行精密定軌子午衛星系統及其局限性TRANSIT系統衛星：6顆極地軌道軌道高度：1075km信號頻率：400MHz、150MHz絕對定位

7、精度：1m相對定位精度：0.1m0.5m定位原理：多普勒定位存在問題：衛星少，無法實現實時定位；軌道低，難以精密定軌；頻率低，難以消除電離層影響。緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 子午衛星系統及其局限性第十三頁，共42頁。1973年12月，美國國防部批準研制GPS。1978年2月22日，第1顆GPS試驗衛星發射成功。從1973年到1979年，共發射了4顆試驗衛星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網。 GPS的發展簡史方案論證階段 緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 GPS的發展簡史第十四頁，共42頁。從1979年到1987年，又陸續發射了7顆試驗衛星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS

8、定位精度遠遠超過設計標準。 GPS的發展簡史全面研制和試驗階段 緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 GPS的發展簡史第十五頁，共42頁。1989年2月14日，第1顆GPS工作衛星發射成功。1991年，在海灣戰爭中，GPS首次大規模用于實戰。1993年底實用的GPS網即（21+3）GPS星座已經建成，今后將根據計劃更換失效的衛星。 1995年7月17日，GPS達到FOC 完全運行能力（Full Operational Capability）。GPS的發展簡史實用組網階段 緒論 全球定位系統的產生、發展及前景 GPS的發展簡史第十六頁，共42頁。1.2 GPS在各個領域中的應用第十七頁，共42頁

9、。GPS在軍事中的應用GPS導航的艦載飛彈 配備GPS的士兵 美國海軍核潛艇 緒論 GPS在各個領域中的應用第十八頁，共42頁。GPS在交通運輸業中的應用航運、航空搜索陸路交通（車輛導航、監控）船舶遠洋導航和進港引水緒論 GPS在各個領域中的應用第十九頁，共42頁。建立和維持全球性的參考框架GPS在測量中的應用緒論 GPS在各個領域中的應用第二十頁，共42頁。板塊運動和監測GPS在測量中的應用緒論 GPS在各個領域中的應用第二十一頁，共42頁。建立各級國家平面控制網GPS在測量中的應用緒論 GPS在各個領域中的應用第二十二頁，共42頁。GPS在測量中的應用布設城市控制網、工程測量控制網，進行各

10、種工程測量緒論 GPS在各個領域中的應用第二十三頁，共42頁。在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的應用GPS在測量中的應用緒論 GPS在各個領域中的應用第二十四頁，共42頁。精細農業遙感衛星定軌資源勘探個人旅游及野外探險電力、廣播、電視、通訊等網絡的時間同步、時間傳遞看看視頻呀GPS在其他領域中的應用緒論 GPS在各個領域中的應用第二十五頁，共42頁。1.3其他衛星導航定位系統的概況第二十六頁，共42頁。GLONASS Global Navigation Satellite System（全球導航衛星系統）開發者俄羅斯（前蘇聯）系統構成衛星星座地面控制部分用戶設備其它衛星導航定位系統GLON

11、ASS緒論 其它衛星導航定位系統 GLONASS第二十七頁，共42頁。GLONASS constellationGLONASS satelliteP24緒論 其它衛星導航定位系統 GLONASS其它衛星導航定位系統GLONASS第二十八頁，共42頁。GLONASS與GPS的比較 緒論 其它衛星導航定位系統 GLONASSGLONASSGPS目前在軌衛星：23顆目前在軌衛星：30顆可供軍方和民用，無限制可供軍方和民用，有限制提供全球范圍內的定位服務提供全球范圍內的定位服務還無法作為一個完整的系統進行營運已經比較成熟的全球范圍內營運系統坐標系：蘇聯地心坐標系（PE-90）坐標系：世界大地坐標系（W

12、GS-84）時間標準：莫斯科標準時相關聯時間標準：世界協調時相關聯第二十九頁，共42頁。 衛星運行狀況從1982年10月12日發射第一顆GLONASS衛星起，至1995年12月14日共發射了73顆衛星。由于衛星壽命過短，加之俄羅斯前一段時間經濟狀況欠佳，無法及時補充新衛星，故該系統不能維持正常工作。截至目前（2012年2月）有24顆運行衛星，4顆備用衛星和1顆測試衛星，開始發揮導航定位功能。其它衛星導航定位系統GLONASS緒論 其它衛星導航定位系統 GLONASS第三十頁，共42頁。伽俐略（Galileo）衛星導航定位系統為了改變衛星定位服務的壟斷局面，歐盟計劃投入32.5億歐元，服務范圍覆

13、蓋全球，提供導航、定位、時間、通信等項服務。2002年3月24日歐盟決定研制組建自己的民用衛星導航定位系統 Galileo系統。Galileo系統是一種多功能的衛星導航定位系統，具有公開服務、安全服務、商業服務和政府服務等功能，但只有前兩種服務是自由公開的，后兩種服務則需經過批準后才能使用。其它衛星導航定位系統Galileo緒論 其它衛星導航定位系統 Galileo第三十一頁，共42頁。the Galileo satellite constellation P26其它衛星導航定位系統Galileo緒論 其它衛星導航定位系統 Galileo第三十二頁，共42頁。GIOVE A GIOVE B t

14、he GIOVE SatelliteP29GIOVE的主要目標: 頻率信號測試； 驗證一些關鍵技術（比如銣原子鐘、氫原子鐘）； 軌道環境特征測試； 并行2或3通道信號傳輸測試。其它衛星導航定位系統Galileo緒論 其它衛星導航定位系統 Galileo第三十三頁，共42頁。GalileoGPS多星定位：30顆在軌，27顆工作多星定位：30顆在軌，24顆工作地面或近地定位精度比GPS高10倍信號中繼：使用移動通信網中繼無此功能民用系統軍用和民用可接受GPS，GLONASS,GALILEO三系統的數據接收GPS數據GALILEO與GPS的比較 緒論 其它衛星導航定位系統 Galileo第三十四頁，

15、共42頁。“北斗”衛星導航系統建設的“三步走”規劃：第一步是試驗階段，2000年建成了北斗衛星導航試驗系統，即用少量衛星利用地球同步靜止軌道來完成試驗任務，使中國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。第二步是到2012年，計劃發射10多顆衛星，建成覆蓋亞太區域的“北斗”衛星導航定位系統（即“北斗二號”區域系統）；第三步是到2020年，建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛星組網而成的全球衛星導航系統。北斗衛星導航系統形成全球覆蓋能力。北斗衛星導航系統第三十五頁，共42頁。我國自行研制的兩顆北斗導航試驗衛星于2000年從西昌衛星發射中心升空并準確進入預定的地球同步軌道此外另一顆備用衛星也被

16、送入預定軌道，標志著我國擁有了自己的第一代衛星導航系統“北斗一號”BD1。“北斗一號”具有衛星數量少、投資小、用戶設備簡單價廉、能實現一定區域的導航定位、通訊等多用途，可滿足當前我國陸、海、空運輸導航定位的需求。 北斗衛星導航系統-建設第一步緒論 其它衛星導航定位系統 北斗衛星導航系統 第三十六頁，共42頁。北斗1代衛星導航系統組成圖P32“北斗衛星導航系統”系統是由空間衛星、地面控制中心站和北斗用戶終端三部分構成。空間部分包括兩顆地球同步軌道衛星（GEO）組成。衛星上帶有信號轉發裝置，完成地面控制中心站和用戶終端之間的雙向無線電信號的中繼任務。北斗衛星導航系統-建設第一步緒論 其它衛星導航定

17、位系統 北斗衛星導航系統 第三十七頁，共42頁。到2012年，計劃發射10多顆衛星，建成覆蓋亞太區域的“北斗”衛星導航定位系統（即“北斗二號”區域系統）；北斗2.flv北斗衛星導航系統-建設第二步緒論 其它衛星導航定位系統 北斗衛星定位系統第三十八頁，共42頁。北斗衛星導航系統-建設第二步緒論 其它衛星導航定位系統 北斗衛星定位系統第三十九頁，共42頁。北斗GPS雙星星定位：3顆在軌，2顆工作多星定位：30顆在軌，24顆工作區域性導航全球性導航主動式定位被動式定位三維坐標定位精度：幾十米510m無加密加密北斗衛星導航系統與GPS的比較 緒論 其它衛星導航定位系統 北斗衛星定位系統第四十頁，共42頁。與GPS系統不同，所有用戶終端位置的計算都是在地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗終端用戶機的位置及時間信息。同時，地面控制中心站還負責整個系