333全球定位系统及其应用.ppt
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1、 GPS导航导航技术在国外发技术在国外发达国家已经得达国家已经得到广泛的应用,到广泛的应用,已经成为大众已经成为大众化技术。化技术。第第三三节节 全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用 一、一、全球定位系统全球定位系统(一)全球定位系统的概念(一)全球定位系统的概念 全球定位系统全球定位系统(Global positioning system,简称,简称GPS)是具有在是具有在海、陆、空海、陆、空进进行行全方位全方位、实时、实时三维导航三维导航与与定位功能定位功能的新一代的新一代卫星导航卫星导航与与定位系统定位系统。全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其
2、应用 /全球定位系统全球定位系统全球定位系统全球定位系统 在沙漠中迷路时,可用哪种方式获知在沙漠中迷路时,可用哪种方式获知自己所处的具体位置信息(自己所处的具体位置信息()A.A.指南针指南针 B.GPSB.GPS设备设备C.C.遥感图像遥感图像 D.D.地形图地形图课堂巩固:课堂巩固:在海湾战争中,美英联军的制导导弹不在海湾战争中,美英联军的制导导弹不受浓烟、沙尘的影响,是因为采取了(受浓烟、沙尘的影响,是因为采取了()A A、RSRS技术技术 B B、GPSGPS技术技术C C、GISGIS技术技术 D D、空间分析技术、空间分析技术BB全球定位系统的特点是什么全球定位系统的特点是什么v(
3、1)全球,全天候工作全球,全天候工作。v(2)能为用户提供能为用户提供连续连续、实时的三维位置实时的三维位置、三三维速度维速度和和精密时间精密时间,不受天气不受天气的影响。的影响。v(3)定位精度高定位精度高:单机定位精度约为:单机定位精度约为10米,采米,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。v(4)功能多,应用广功能多,应用广:随着人们对:随着人们对GPS认识的认识的加深,加深,GPS不仅在测量、导航、测速、测时不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用。而且其应用领域等方面取得更广泛的应用。而且其应用领域不断扩大。不断扩大。【阅读指导】【阅读指
4、导】GPS的起源的起源v在卫星定位系统出现之前,远在卫星定位系统出现之前,远程导航与定位主要用无线电导程导航与定位主要用无线电导航系统。航系统。v1无线电导航系统无线电导航系统v缺点:覆盖的工作区域小;电缺点:覆盖的工作区域小;电波传播受大气影响;定位精度波传播受大气影响;定位精度不高。不高。v2卫星定位系统卫星定位系统v最早的卫星定位系统是美国的最早的卫星定位系统是美国的子午仪系子午仪系统统(TRANSIT),1958年研制。年研制。1964年正年正式投入使用。由于该系统卫星数目较少式投入使用。由于该系统卫星数目较少(56颗颗),运行高度较低,运行高度较低(平均平均1000 km),从地面站
5、观测到卫星的时间间隔较长,从地面站观测到卫星的时间间隔较长(平均平均1.5 h),因而它无法提供连续的实,因而它无法提供连续的实时三维导航,而且精度较低。为满足军时三维导航,而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求,航的迫切要求,1973年美国国防部制定年美国国防部制定了了GPS计划。计划。v3GPS发展历程发展历程vGPS实施计划共分实施计划共分三个阶段:三个阶段:v第一阶段为方案论证和初步设计阶段第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从。从1973年到年到1979年,共发射了年,共发射了4颗试验卫星。颗试验卫星。研制了地面接收机及建
6、立地面跟踪网。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。v第二阶段为全面研制和试验阶段第二阶段为全面研制和试验阶段。从。从1979年到年到1984年,又陆续发射了年,又陆续发射了7颗试验颗试验卫星。研制了各种用途的接收机。实验表卫星。研制了各种用途的接收机。实验表明,明,GPS定位精度远远超过设计标准。定位精度远远超过设计标准。v第三阶段为实用组网阶段第三阶段为实用组网阶段。1989年年2月月4日第一颗日第一颗GPS工作工作卫星发射成功,表明卫星发射成功,表明GPS系统进系统进入工程建设阶段。入工程建设阶段。1993年底实用年底实用的的GPS网即网即(21+3)GPS星座已经星座已经建成,今后将根据计
7、划更换失效建成,今后将根据计划更换失效的卫星。的卫星。全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用 /GPS/GPS定位原理定位原理定位原理定位原理课堂巩固导航、授时和测距全球定位系统由导航、授时和测距全球定位系统由2424颗卫颗卫星组成,分布在星组成,分布在6 6个轨道平面上绕地球运个轨道平面上绕地球运转,接收并传递信息。如果要确定一个人转,接收并传递信息。如果要确定一个人(或船只、车辆、飞机等)所处的位置,(或船只、车辆、飞机等)所处的位置,使用的卫星不能少于(使用的卫星不能少于()A.A.一颗一颗B.B.两颗两颗C.C.三颗三颗D.D.六颗六颗C全球定
8、位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用 /GPS/GPS定位原理定位原理定位原理定位原理在海湾战争中,美国获取大规模轰炸的信息在海湾战争中,美国获取大规模轰炸的信息资料主要应用了(资料主要应用了()遥感技术遥感技术 地理信息系统地理信息系统 全球定位技术全球定位技术 多媒体合成技术多媒体合成技术A.A.B.B.C.C.D.D.A(二)全球定位系统的组成(二)全球定位系统的组成系统结构系统结构空间空间位置位置组成和分布组成和分布全全球球定定位位系系统统GPS卫星卫星星座星座地面地面监控监控系统系统GPS信信号接收号接收机机空空间间由由2l颗工作卫星和颗工作卫星
9、和3颗在轨备用颗在轨备用卫星组成,卫星组成,24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个轨道平面内个轨道平面内地地 面面由分布在全球的由分布在全球的5个地面站个地面站(包括包括5个监个监控站、控站、1个主控站和个主控站和3个注入站,主控个注入站,主控站和注入站都位于监控站里站和注入站都位于监控站里)组成组成用用 户户导航型接收机、测地型接收机、导航型接收机、测地型接收机、授时接收机授时接收机全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用 /全球定位系统组成全球定位系统组成全球定位系统组成全球定位系统组成空空间间部部分分24颗卫星星座颗卫星星座用用户户设设备备地地面
10、面控控制制1个主控站个主控站3个注入站个注入站5个监控站个监控站v请思考:请思考:读读右图,右图,相相邻两个邻两个GPS星座卫星轨星座卫星轨道平面之间道平面之间的夹角是多的夹角是多少度少度?()v每个卫星每个卫星轨道上各有轨道上各有几颗卫星几颗卫星?它们两两相它们两两相隔多少度隔多少度?()604颗颗90(1)GPS卫星星座卫星星座v由由21颗工作卫星和颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组颗在轨备用卫星组成。成。GPS卫星星座记作卫星星座记作(2l+3)GPS星座。星座。24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个轨道平各个轨个轨道平各个轨道平面之间的夹角为道平面之间的夹角为60度度(2)地面监控系统地
11、面监控系统v对于导航定位来说对于导航定位来说GPS卫卫星是一动态已知点。星的位置星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历是依据卫星发射的星历描描述卫星运动及其轨道的参数算述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗得的。每颗GPS卫星所播发的卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。星历是由地面监控系统提供的。v卫星上的各种设备是否正常工作以及卫卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行,都要由星是否一直沿着预定轨道运行,都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准一时间标
12、准GPS时间系统。这就需时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给卫星,卫星再由然后由地面注入站发给卫星,卫星再由导航电文发给用户设备。导航电文发给用户设备。GPS工作卫星工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。注入站和五个监测站。地面监控系统地面监控系统(1 1)主控站)主控站(2 2)监测站)监测站(3 3)注入站)注入站请你说说各自的组成和功能请你说说各自的组成和功能?监测站监测站获取获取GPSGPS数据数据,并并将数据送至主控站。将数据送至主控站。主控站主控站控制、
13、调度卫星。控制、调度卫星。注入站注入站 将主控站的改将主控站的改正参数等注入每颗卫星。正参数等注入每颗卫星。美国全球定位系统地面监控系统美国全球定位系统地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的基地上的1 1个个主控站、主控站、3 3个注入站、个注入站、5 5个个监测站监测站构成。构成。该系统的功能是:对空间卫星系统进行该系统的功能是:对空间卫星系统进行监测、控制,并向每颗卫星注入更新的监测、控制,并向每颗卫星注入更新的导航电文。导航电文。主控站位于美国科罗拉多的斯平士(主控站位于美国科罗拉多的斯平士(Colorado Colorado Sprin
14、gsSprings)的联合空间执行中心()的联合空间执行中心(CSOCCSOC),三),三个注入站分别设在个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上三个美国军事基地上,即大西洋的阿松森岛,即大西洋的阿松森岛(AscensionAscension)、印度洋的迭戈)、印度洋的迭戈伽西亚岛伽西亚岛(Diego Garcia)Diego Garcia)和太平洋的夸贾林岛和太平洋的夸贾林岛Kwajalein)Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注,五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。入站以及夏威夷岛。(3)GPS信号接收机信号接收机v组成组成
15、:GPS卫星接收机卫星接收机vGPS数据处理软件数据处理软件v任务任务:能够能够捕获捕获到按一定卫星高度截止角到按一定卫星高度截止角所选择的待测所选择的待测卫星的信号卫星的信号,实时地计算出,实时地计算出测站的三维坐标,甚至三维速度和时间。测站的三维坐标,甚至三维速度和时间。vGPS卫星发送的导航定位信号,是一种卫星发送的导航定位信号,是一种可供无数用户可供无数用户共享共享的信息资源。对于陆的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户,只要用户地、海洋和空间的广大用户,只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即信号的接收设备即GPS信号接收机。可信
16、号接收机。可以在以在任何时候任何时候用用GPS信号进行导航定位信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同,用户要求测量。根据使用目的的不同,用户要求的的GPS信号接收机也各有差异。目前世信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产界上已有几十家工厂生产GPS接收机,接收机,产品也有几百种。这些产品可以按照原产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。理、用途、功能等来分类。GPSGPS信信号号接接收收机机全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用 /全球定位系统组成全球定位系统组成全球定位系统组成全球定位系统组成车载车载GPS接收器接收器
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