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GPS原理及特点

u GPS简介

u 全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统,历时20年,耗资200多亿美元,分三阶段研制,陆续投入使用,并于1994年全面建成。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统,它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此,GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用,并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。

u GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。

u GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道平面的倾角为55°,卫星的平均高度为20200 km,运行周期为11h58 min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号,导航定位信号中含有卫星的位置信息,使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻,在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多可达到9颗。

GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据,计算各卫星的轨道参数、钟差参数等,并将这些数据编制成导航电文,传送到注入站,再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。

u GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,跟踪卫星的运行,并对信号进行交换、放大和处理,再通过计算机和相应软件,经基线解算、网平差,求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。

u GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的在待测点Q设置GPS接收机,在某一时刻tk同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1S2S3所发出的信号。通过数据处理和计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(XjYjZj),j123

u GPS测量的特点

u 测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量,在小于50km的基线上,其相对定位精度可达1×106,在大于1 000 km的基线上可达1×108

u 测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便。

u 观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS测量时,静态相对定位每站仅需20min左右,动态相对定位仅需几秒钟。

u 仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。

u 全天候作业。GPS卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响。

n 提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高程精度已可满足四等水准测量的要求。



2007/4/24

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