CollegeofMarineSciences,ShanghaiOceanUniversity12025年1月13日

任務二平面控制測量4.2.5GNSS定位原理1.1GNSS衛星定位技術的發展2不足：衛星僅作為空間觀測的目標，而不是動態的已知點。受衛星可見條件及天氣影響，費時費力，定位精度低，且不能測得點位的地心坐標。早期的衛星定位技術：地面觀測站進行攝影觀測（衛星三角網）激光技術進行距離觀測（衛星測距網）子午衛星導航系統（NNSS）美國1958年12月建立，采用多普勒衛星定位技術工作原理：若已知在軌衛星的軌道參數，地面的觀測者測得該衛星發送信號的多普勒頻移，則可計算出觀測者的點位坐標。優點：經濟快速、精度均勻、不受天氣和時間限制1965年前蘇聯建立了CICADA衛星導航系統31.1GNSS衛星定位技術的發展1.1GNSS衛星定位技術的發展NNSS的缺陷：衛星少(6顆)間隔時間和所需觀測長，不能實時定位軌道低(平均高度1070km)，難以精密定軌發射信號的射電頻率低(400MHz/150MHz)，受電離層影響較大精度較低(單點10m，聯測0.5m)，極限精度0.5～1m41.1GNSS衛星定位技術的發展現有的全球衛星導航系統：GPS衛星導航系統（美國）GLONASS全球衛星導航系統（俄羅斯）伽利略GNSS系統（歐盟）北斗導航定位系統（中國）5GNSS：GlobalNavigationSatelliteSystem1.1GNSS衛星定位技術的發展GPS衛星導航系統：GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統：1973年12月起，美國歷經20余年，投資300億美元，建立起來的服務于全球的衛星導航與定位系統。其從根本上解決了人類在地球及其周圍空間的導航及定位問題；GPS是美國為軍事目的而開發的。61.1GNSS衛星定位技術的發展GPS政策C/A碼，P碼SA政策AS政策7對付GPS限制政策措施改進定位方法建立獨立測軌系統同時接收多種信號建立獨立導航定位系統1.1GNSS衛星定位技術的發展GLONASS全球導航衛星系統前蘇聯1982年10月發射第一顆GLONASS衛星；至1996年整個系統正常運行。包括三部分：1.衛星星座（三個等間隔橢圓軌道）2.地面控制系統

（一個系統控制中心，一個指令跟蹤站，控制網絡）3.用戶設備81.1GNSS衛星定位技術的發展伽利略（Galileo）GNSS系統1994年歐盟開始進行方案論證，2008年完成全系統部署并投入使用由30顆衛星（27顆工作衛星加3顆備用衛星）組成完全服務于民用，與GPS/GLONASS有機地兼容由分布在三個軌道上的30顆中等高度軌道衛星構成，每個軌道面上有10顆衛星，9顆正常工作，1顆運行備用；軌道面傾角56度。91.1GNSS衛星定位技術的發展10北斗衛星導航試驗系統北斗一代北斗一代定位需要終端主動發出定位信號雙星導航1.1GNSS衛星定位技術的發展北斗一號系統的特點與優勢我國自主開發，獨立于其它定位系統；不依賴任何其他通信手段而很容易地實現系統組網，還可同時進行數據通信，非常適合偏遠地區和其他通信網絡覆蓋不到的地區。覆蓋面積完全可滿足我國及周邊國家的應用需要。11缺點：覆蓋范圍；定位精度低；不適合軍用；無法在高速移動平臺上使用1.1GNSS衛星定位技術的發展125顆靜止軌道(GEO)30顆非靜止軌道衛星27顆中軌道衛星3顆傾斜同步衛星組成2007年2月3日北斗一代第四顆衛星發射成功COMPASSCompass(Beidou)NavigationSatelliteSystem北斗二代（北斗衛星導航定位系統）1.1GNSS衛星定位技術的發展GNSS的特點全球地面連續覆蓋在地球上任何地點任何時刻，高度角15°以上，平均可同時觀測到6顆衛星。功能多，精度高（靜態：毫米級；動態：厘米級）實時定位應用廣泛131.1GNSS衛星定位技術的發展

GNSS相對于常規測量技術的優勢14全天候作業觀測站之間無需通視定位精度高觀測時間短

大大節省人力資源測線長度不受限制操作簡便生產成本低1.2GPS系統組成15空間部分GPS衛星星座地面控制部分地面監控系統用戶部分GPS信號接收機系統的運行機制16GPS衛星星座GPS信號接收機地面監控系統24顆衛星廣播軌道時間數據以及輔助資料信息接收設備接收衛星信號中央控制系統時間同步跟蹤衛星定軌1.2GPS系統組成空間部分：由GPS衛星組成，稱為衛星星座。GPS衛星星座：21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成軌道面:6個長半軸：26609km偏心率：0.008~0.004軌道面相對赤道面的傾角：55°衛星高度：20200km衛星運行周期：11小時58分鐘171.2GPS系統組成GPS衛星：銫原子鐘計算機2塊7m2的太陽能翼板無線電收發兩用機導航荷載（接收數據，發射測距和導航數據）姿態控制和太陽能板指向系統181.2GPS系統組成空間部分的作用：向廣大用戶連續不斷發送導航定位信號，并用導航電文中的星歷和歷書分別報導自己的現勢位置，以及其他在軌衛星的位置;飛越注入站上空時，接收地面注入站用S波段發送到衛星的導航信息，和其他有關信息，并通過GPS信號形成導航電文，實時發送給用戶;接收地面主控站通過注入站發送到衛星的調度命令（鐘，軌道，衛星）;191.2GPS系統組成地面控制部分20TransmitsinformationReceivesinformation1.2GPS系統組成21一個主控站根據各監控站對GPS的觀測數據，計算衛星星歷和衛星鐘的改正參數等，并將這些數據通過注入站注入到衛星中五個監控站接收衛星信號，監測衛星的工作狀態三個注入站將主控站計算出的衛星星歷和衛星鐘的改正數等注入到衛星中地面控制部分組成1.2GPS系統組成控制部分的作用——負責監控全球定位系統的工作：監測衛星是否正常工作，是否沿預定的軌道運行跟蹤計算衛星的軌道參數并發送給衛星，由衛星通過導航電文發送給用戶保持各顆衛星的時間同步必要時對衛星進行調度221.2GPS系統組成用戶設備部分：GPS接收機接收、跟蹤、變換和測量GPS信號，以獲得必要的定位信息和觀測量，并經過數據處理而完成定位工作23DCLRMSGFLPALTENTCRSRDISGSETEBRGTRK42.5NM154KT0.03217.537.2DKHIO+++++++++++NAVAPP11.2GPS系統組成DSNPLEICAGARMINTRIMBLEASHTECHJAVADGPS接收機241.2GPS系統組成測地型GPS接收機25天線單元接收單元1.2GPS系統組成軍用GPS信號接收機26海灣戰爭GPS一鳴驚人！“沙漠風暴”行動開始的時間幾乎就是空軍部署完成第一個GPS導航星座的同一天。此時只有10顆BlockII型導航衛星好幾顆超期服役的BlockI原型試驗衛星，這些衛星共同組成了一個龐大的GPS導航星座，可以為整個海灣戰區提供每天24小時的二維導航定位服務和每天19小時的三維導航定位服務。當伊拉克入侵科威特時，美國陸軍一共才有500部試驗用GPS接收裝置。到了“沙漠盾牌”軍事行動的時候，美國國防部就提前購買了數千套民用GPS接收裝置裝備各參戰部隊，占到了所有的5300套接收裝置的85%。1.2GPS系統組成大壩的變形監測系統27云南小灣水電站GNSS監測