gps原理與應(yīng)用ppt課件(已修改)
2025-01-29 15:31 本頁(yè)面
【正文】 第十章 GPS原理與應(yīng)用 ? 全球定位系統(tǒng)（ global positioning system，簡(jiǎn)稱GPS）是 20世紀(jì) 70年代由美國(guó)國(guó)防部研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 ? 目前 GPS已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、軍事和野外作業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。 一、 GPS發(fā)展歷史 ? 全球定位系統(tǒng)（ GPS）是美國(guó)從上世紀(jì) 70年代開(kāi)始研制，歷時(shí) 20年，耗資 200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 ? 最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)的子午儀系統(tǒng)（ Transit）， 1958年研制， 64年正式投入使用。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較小（ 56顆），運(yùn)行高度較低（平均 1000KM），從地面站觀測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間隔較長(zhǎng)（平均 ），因而它無(wú)法提供連續(xù)的實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，而且精度較低。 ? 為滿足軍事部門和民用部門對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的要求。 1973年美國(guó)國(guó)防部制定了 GPS計(jì)劃。 GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段： 第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段 。 從 1973年到 1979年 ， 共發(fā)射了 4顆試驗(yàn)衛(wèi)星 。 研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng) 。 第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段 。 從 1979年到1984年 ， 又陸續(xù)發(fā)射了 7顆試驗(yàn)衛(wèi)星 ， 研制了各種用途接收機(jī) 。 實(shí)驗(yàn)表明 ， GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 。 第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。 1989年 2月 4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明 GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。 1993年底實(shí)用的 GPS網(wǎng)即（ 21+3） GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。 二、 GPS系統(tǒng)組成 ? GPS系統(tǒng)包括三大部分： GPS衛(wèi)星星座；地面監(jiān)控系統(tǒng)； GPS信號(hào)接收機(jī)。 1． GPS衛(wèi)星星座 GPS工作衛(wèi)星及其星座由21顆工作衛(wèi)星和 3顆在軌備用衛(wèi)星組成 GPS衛(wèi)星星座，記作（ 21+3） GPS星座。 24顆衛(wèi)星均勻分布在 6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為 55度，各個(gè)軌道平面之間相距 60度，即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差 60度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差 90度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前 30度。 2． 地面監(jiān)控系統(tǒng) 對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)， GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷 描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)算得的。每顆 GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 ? GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站： ?1個(gè)主控站 :Colorado springs(科羅拉多 .斯平士 )。 ?3個(gè)注入站 :Ascencion(阿森松群島 )、 Diego Garcia(迭哥伽西亞 )、 kwajalein(卡瓦加蘭 )。 ?5個(gè)監(jiān)控站： 以上主控站、注入站及 Hawaii(夏威夷 )。 55 Colorado springs Hawaii kwajalein Diego Garcia Ascencion 3． GPS信號(hào)接收機(jī) GPS 信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的 GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出 GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。 三、 GPS特點(diǎn) ? GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等。 ? 當(dāng)初設(shè)計(jì) GPS系統(tǒng)的主要目的是用于導(dǎo)航，收集情報(bào)等軍事目的。但是，后來(lái)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)表明， GPS系統(tǒng)不僅能夠達(dá)到上述目的，而且用GPS衛(wèi)星發(fā)來(lái)的導(dǎo)航定位信號(hào)能夠進(jìn)行厘米級(jí)甚至毫米級(jí)精度的靜態(tài)相對(duì)定位，米級(jí)至亞米級(jí)精度的動(dòng)態(tài)定位，亞米級(jí)至厘米級(jí)精度的速度測(cè)量和毫微秒級(jí)精度的時(shí)間測(cè)量。 四、 GPS
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