GPS定位系统的发展历史
– 1989年2月14日，第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告GPS系统进入 了生产作业阶段； – 1994年全部完成24颗工作卫星（含3颗备用卫星）的发射工作。
用途：
– 向全球用户连续提供高精度的全天候三维坐标、三维速度以及时间 信息。 – 广泛应用于飞机船舶和各种载运工具的导航、高精度的大地测量、 精密工程测量、地壳形变监测、地球物理测量、海空救援、水文测 量、近海资源勘探、航天发射及卫星回收等技术领域。
大地测量多普勒接收 机-1 （MX1502）
大地测量多普勒接收 机-2 （CMA751）
子午卫星系统及其局限性
• 应用领域

海上船舶的定位 大地测量 单点定位：15次合格卫星通过 （两次通过之间的时间间隔为 0.8h ~ 1.6h），精度约为10m 联测定位： 各站共同观测17次合 格卫星通过，精度约为0.5m
空间星座部分
用户设备部分
地面监控部分
• 数据记录器：记录接收机所采集的定位数据。 • 接收机的电池：采用机内机外两种直流电源。
• 视屏监视器：包括一个显示窗和一个操作键盘，均在接收 单元的面板上，观测者可从显示窗上读取数据和文字。 • GPS软件：包括内软件和外部软件
• 数据记录器：记录接收机所采集的定位数据。 • 接收机的电池：采用机内机外两种直流电源。
• period 14 hours 4 min • ground track repeat about 10 days
the Galileo satellite constellation
其它卫星导航定位系统——Galileo
GIOVE A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
the GIOVE Satellite
GIOVE B
• GIOVE的主要目标:
NAVSTAR GPS 21＋3 6 55° 20180km 12h CDMA 1575MHz 1228MHz
轨道周期（恒星时） 11h15min
GNSS简介—GALILEO
GALILEO设计包括27颗工作卫 星与3颗备用卫星，分布在3个 近圆的中轨（MEO）上 加强对高纬度地区的覆盖， 包括挪威、瑞典等地区 地面部分包括2个控制中心， 5个遥测、跟踪与控制站，40个 地面跟踪站 提供的服务：公开服务、商 业服务、生命安全服务公共安 全服务、搜索与救援服务
• 精度

多普勒单点定位

多普勒联测定位
子午卫星系统及其局限性
• 系统缺陷
– 卫星少，观测时间和 间隔时间长，无法提 供实时导航定位服务 – 导航定位精度低 – 卫星信号频率低，不 利于补偿电离层折射 效应的影响 – 卫星轨道低，难以进 行精密定轨
TRANSIT系统
卫星：6颗 极地轨道 轨道高度：1075km 信号频率：400MHz、150MHz 绝对定位精度：1m 相对定位精度：0.1m~0.5m 定位原理：多普勒定位 存在问题：卫星少，无法实现实时 定位；轨道低，难以精密定轨；频 率低，难以消除电离层影响。
• 视屏监视器：包括一个显示窗和一个操作键盘，均在接收 单元的面板上，观测者可从显示窗上读取数据和文字。 • GPS软件：包括内软件和外部软件
目录
第一部分
GNSS简介
第二部分
第三部分
GNSS组成
GNSS的特点及用途
• GPS相对于经典测量技术的特点
– 定位精度高 – 观测时间短 – 观测站之间无需通视 – 操作简便 – 全天候作业 – 提供三维坐标 – 应用广泛
• GPS在我国的应用和发展
80年代初期，我国一些院校和科研单位开始研究GPS技术。 80年代中期，开始引进GPS接收机，并应用于各个领域。同 时着手研究建立我国自己的卫星导航系统（北斗双星定位
系统）。
从80年代末到现在，实施了一系列重大的GPS卫星测量工程 和项目。 大地测量：利用GPS技术开展国际联测，建立全球或全国 性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地 水准面。
70年代中期，我国开始引进卫星多普勒接收机。
系统组成：子午卫星、地面跟踪网和用 户接收机。
–地
• 组成：跟踪站、计算中心、注入站、海军天文台和 控制中心。 • 任务：测定各颗卫星的轨道参数，并定时将轨道参 数和时间信号注入到相应卫星内，以便卫星按时向 地面播发。 –接收机：用来接收卫星发射的信号，测量多普勒频移， 译出卫星的轨道参数，以测定接收机所在位置的设备。
其它卫星导航定位系统——Galileo
GALILEO DATA
altitude ~23616 km SMA 29993.707 km
Walker 27/3/1 Constellation
inclination 56 degrees
27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)
子午卫星
子午卫星星座
子午卫星系统及其局限性
系统组成
–空间部分 • 卫星：发送导航定位信号（信号： 4.9996MHz 30 = 149.988MHz； 4.9996MHz 80 = 399.968MHz； 星历） • 卫星星座 – 由6颗卫星构成，6 轨道面，轨道高度1075km –地面控制部分 • 包括：跟踪站、计算中心、注入 站、控制中心和海军天文台 –用户部分 • 多普勒接收机
2、卫星多普勒定位技术
发展历史
1958年12月，美国为给北极星核潜艇提供全球性导航而研制 卫星多普勒定位系统。 1959年9月，发射了第一颗试验性卫星。 1961年11月，共发射了9颗试验性导航卫星。 1963年12月起，陆续发射6颗工作卫星，组成子午卫星星座使 得地球表面上任何一个测站上，平均每隔2小时便可观测到其 中一颗卫星。 1967年7月29日，美国政府宣布解密子午卫星的部分电文供民 间使用。
其它卫星导航定位系统—— GLONASS
GLONASS与GPS的比较
参 数 系统中的卫星数 轨道平面数 轨道倾角 轨道高度 卫星信号的区分 L1频率 L2频率 3
GLONASS 21＋3 64.8 ° 19100km FDMA 1602~1615MHz 频道间隔0.5625MHz 1246~1256MHz 频道间隔0.4375MHz
人造地球卫星仅作为一种空间的观测目标，由地球
的测站对它进行摄影观测而测定地面点位。
–全球卫星三角网：
• 1966年至1972年间，由美国大地测量局用该方法 测设。45个测站，5m的点位精度。
–缺陷：
• 易受卫星可见条件及天气的影响； • 费时费力； • 定位精度不甚理想； • 不能得到点位的地心坐标。
工程测量：应用GPS静态相对定位技术，布设精 密工程控制网，用于桥梁工程、隧道与管道工程 、海峡与地铁贯通工程以及精密设备安装工程等 。 航空摄影测量：我国测绘工作者应用GPS技术进 行航测外业像片控制测量、航摄飞行导航、机载 GPS航测等航测成图的各个阶段。 地球动力学：由于高精度的GPS定位技术可以精 确提供有关板块运动的四维信息，因而被用于监 测全球板块运动和区域性板块运动以及板块内的 地壳变形。
GNSS简介—北斗
北斗二代系统
系统组成：
空间段：由5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星组成
（27颗中圆轨道卫星（GEO）与3颗倾斜轨道卫星（IGSO）
GEO 卫星
星座
Non-GEO 卫星
GNSS简介—北斗
2012年12月27日，北斗办公室正式公布了北斗二代导航卫 星系统的ICD协议 截止到2012年底，共有5颗地球静止轨道卫星（GEO）、4颗 中圆地球轨道卫星（MEO）、5颗倾斜地球轨道卫星（IGSO） 北斗系统采用的是2000中国大地坐标系
3、GPS全球定位系统
• 发展历史
– 1973年12月，美国开始研制新一代 卫星导航系统──导航卫星定时测距 全球定位系统（Navigation Satellite
Timing And Ranging Global Positioning System ），简称GPS系统。（如图所示）
–1978年2月22日，第一颗GPS试验卫星发射成功；
720 min
铯钟、铷钟 测距 连续,实时
其它卫星导航定位系统—— GLONASS
GLONASS satellite
P24
GLONASS constellation
• 卫星运行状况 – 从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星 起，至1995年12月14日共发射了73颗卫星。 – 由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经 济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统 不能维持正常工作。 – 到目前为止（2006年3月20日）,GLONASS系 统共有17颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工 作状态，2颗备用，4颗已过期而停止使用。俄 罗斯计划到2007年使GLONASS系统的工作卫 星数量至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。
GNSS高精度定位技术及其应用
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目录
第一部分
GNSS简介
第二部分
第三部分
GNSS组成
GNSS特点及用途
1、早期的卫星定位技术
卫星大地测量学的产生——利用人造地球卫星为 大地测量服务的一门学科。主要内容为在地面上观 测人造卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大 地测量的任务。
卫星三角测量的产生——卫星定位的低级阶段。
四者具有完全兼容的互操作性
通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、 卫星钟差改正和电离层改的信息
通过GEO卫星发播GPS和GEO卫星完整的数据
GEO卫星的导航载荷发射GPS L1测距信号
目录
第一部分
GNSS简介
第二部分
第三部分
GNSS组成