GPS 全球定位系统原理与应用2

GPS全球定位系统原理与应用GPS导航仪GPS新闻（2010年9月）申通快递应用GPS定位系统实现运输透明化管理江津283辆客运班车装GPS不良驾驶将“现形”市民带上GPS爬凤凰山迷路救援队员凌晨上山将其救出时代：美国政府可使用GPS监视公民行踪GPS监控宁夏偏远山村电影放映阳光作业提高运动员成绩GPS定位系统帮大忙‎第一章绪论第一节GPS定位技术及其发展一、GPS是什么？GPS的英文全称是:NavigationSatelliteTimingAndRanging/GlobalPositionSystem，简称GPS，有时也被称作NAVSTARGPS。其意为“导航星测时与测距/全球定位系统”，或简称全球定位系统。定义：GPS是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。二、GPS技术的发展利用测深杆沿着海岸航行根据盛行风和风向。探险家估计离陆地已近便把乌鸦放出去。水手依据气味的方向判断陆地的位置和船所在的位置最古老，最简单的导航方法是星历导航；天文测量的思想早已经出现在了测量学中；1405~1433年，中国明朝郑和率领船队七次横渡印度洋，提出了利用恒星高度来测定地理纬度的方法；最早的导航仪是中国人发明的指南针；进入20世纪，人们逐渐发现发明了很多新的技术：1、海员通过测量船体的速度进行外推确定位置，“拖绳计节”；2、惯性导航技术，第二次世界大战期间，德国以冯·布劳思为首的研究小组研制出了V-2火箭，它从欧洲本土飞越英吉利海峡，直奔英国首都，在伦敦市区爆炸了世界上第一枚投入战争的弹道式导弹，被希特勒称为“第三帝国的秘密武器”。由于电子技术和电磁波技术的发展，人们从懂得利用宇宙中的参照物（星体）扩展到主动建立人为的参照物，即电子导航系统。首先是地基无线电导航系统，由在世界各地适当地点建立的无线电参考站组成；1957年，苏联发射了世界上第一颗人造卫星；1958年，美国着手建立为军用舰艇导航服务的卫星系统，即海军导航卫星系统（NavaNavigationingSatelliteSystem–NNSS）,也称子午卫星系统；1960年发射第一颗卫星；1964年1月该系统正式运行；1967年7月系统解密以供民用。前苏联于1965年建立了一个类似的系统：CICADA1973年，美国DOD批准其海陆空三军联合研制第二代卫星导航系统GPS，设计24颗卫星，投资300亿美元，分三个阶段：第一阶段：方案论证（1974—1978）；第二阶段：系统论证（1979—1987）；第三阶段：生产实验（1988—1993）；1995年7月，GPS达到FOC(FullOperationalCapability)；三、GPS的功能用途测量、航空、卫星定位、军事、精细农业、车载导航、广播、电视、探险、航运向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息.GPS的特点：全球性连续覆盖，全天候工作；定位精度高；观测时间短；测站间无需通视；可提供三维坐标；操作简便；功能多，用途广。1、军事上的应用协同作战方面GPS可为各级指挥系统提供各种目标及事件所发生的时间和地点导弹的制导，提高命中目标的精度美伊战争70%左右使用GPS辅助制导，使战斧式巡航导弹从1600公里的地方准确打击一个小房子的目标。搜索、救援人员野外定位在茫茫的沙漠上，没有任何标志，主要靠导航卫星进行定位，知道自己在什么地方美国的前参谋长联席会议主席曾说过，如果没有GPS系统的支持，美国甚至连一场战争都无法取胜美国对伊战争中使用的最多的杀手锏是“精确制导武器”，而精确制导武器离不开卫星的侦察和定位作用，美军空袭几乎全部使用了gps辅助制导的精确制导武器，使美军可以在夜间和沙尘的天气条件下发起攻击。美英联军的“自相残杀”时有发生，如美军巡航导弹落在了土耳其，“爱国者”击落了英军的“旋风”战斗机，军事专家分析原因：技术欠缺，地形复杂，训练不足，还有敌军的破坏和干扰，因此，布什致电普京，指责俄罗斯的公司向伊拉克出售GPS干扰装置2、海陆空的导航应用海洋运输，利用GPS提供的位置信息，选择最佳路径，节省时间，燃料，并保障安全（1）使用GPS，一艘大型油轮横渡大西洋一次可节省17000美元（2）沿海渔船上装上GPS可方便准确的导航，避免进入国外领海，实现远海捕鱼陆地车辆导航（1）对特种车辆进行跟踪、监控、保障其安全——运钞车（2）公交系统、出租车系统——利用GPS随时知道每辆车的具体方位和行驶状况，随时安排调度（3）北京的奥运交通投资900亿，其中一个内容是四环以内的公交、出租全部都装上GPS监控系统GPS导航：自动定位的时间约为45秒，数据更新为1次/秒，水平定位精度小于10米，速度精度为0.5米/秒；任我游300装载了全国公路网和313个城市的详细地图，而且还有大量的生活、旅游、交通资讯可以查询。上海的110指挥中心车辆监控空中导航（1）空中管制，导航，监测（2）飞机的进场，着陆RNP精密导航：RNP（RequiredNavigationPerformance）精密导航技术，是利用飞机自身机载导航设备和全球定位系统引导飞机起降的新技术，为目前国际航空界公认的飞行导航未来发展方向。3、定位大地测量和工程测量的应用（1）代替常规方法布设、加密控制网（2）测图、放样（3）变形监测（4）地球动力学，检测板块、极移运动常规方法的局限：无法同时精确确定点的三维坐标；观测受气候、环境条件限制；自动化程度不高；不能连续观测；观测点之间需要保证通视（需要修建觇标/架设高大的天线；边长受到限制；观测难度大；效率低：无用的中间过渡点）地壳运动监测：由于印度板块向北向的推挤而造成了中国大陆内部产生了比较强烈变形，由于它的板块在喜马拉雅和亚洲板块的碰撞，使得青藏高原产生这种隆升，而这种隆升的过程，又伴随着青藏高原整体向东向的挤出，这样一种挤出就会使得青藏高原内部，包括青藏高原周边的地块,破碎成了一系列大小不同尺度的地块，而这种地块在边界带会相互地位错，会发生运动，这种运动一旦以不稳定的破裂形式发生的话就产生地震GPS与减灾防灾：胡锦涛主席提到：“要加快遥感、地理信息系统、全球定位系统、网络通信技术的应用以及防灾减灾高技术成果转化和综合集成，建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台，完善国家和地方灾情监测、预警、评估、应急救助指挥体系。”领海基线测量测量上的前景展望4、授时精度：10ns的时钟改正数应用：电力系统的并网发电5、其他农业、气象、休闲、日常生活……运动员实时跟踪系统、精细农业、人员定位GPS新闻：新华社坎帕拉11月12日电:记者从正在乌干达举行的第九届《湿地公约》缔约方大会上了解到，一些国家正在利用高科技手段研究候鸟迁徙，以追踪候鸟这一传播禽流感病毒的“最大嫌疑犯”。过去多使用人为手段追踪候鸟，鸟类学家为此要花费大量时间在世界各地追寻候鸟迁徙足迹，了解候鸟的生活习性。现在，很多科学家正在利用ＧＰＳ（全球卫星定位系统）等先进手段，监测候鸟的飞行路线。据悉，利用ＧＰＳ系统监测从欧亚大陆迁徙到北美的候鸟，不仅可以进行实时追踪，误差也只有几米远。四、GPS和你的专业有什么关系吗？土地资源管理：土地利用现状调查；地籍测量；建设用地勘测定界；土地产权调查土地利用现状、变化调查：一般方法：遥感相片；航摄相片；直接外业调绘，皮尺、常规测量仪器一般的工作方法：土地资源监测类型体系及数据；室内遥感解释：提取土地利用遥感变化信息；GPS野外实测作业，低精度的变化靶区数据（指导GPS作业）；利用野外作业获得的高精度测量数据更新土地利用数据。空间数据采集/维护系统：TOPCON公司的Turbo-G2亚米级GPS接收机，进行高精度GIS数据采集时还需架设一台基准台，两站之间的作用距离不得超过300公里。属性采集GPS手持机“北京市国土资源局GPS/PDA技术在土地调查业务中的应用”：与东南大学合作，利用该校研制的集成GPS、PDA、GIS、RS、网络通讯（GPRS）等技术于一体、适合基层土地管理人员使用的便携式土地调查作业系统-“调查之星”2006年，市局投资320万元为14个区县分局配置了“调查之星”。利用“调查之星”对顺义、通州、大兴区以及亦庄经济开发区征（占）地部分档案的宗地（位置、面积）数据进行外业定位和面积量算。整个外业工作，充分利用了“调查之星”的技术优势，仅仅用了以前传统调查方法约1/6的时间，就完成了1500多份历史档案的外业调查和内业上图工作。示范应用表明：GPS/PDA不仅可以用于地籍调查与测绘，还可以用于农村集体土地调查、土地登记发证、现场执法检查等。第二次全国土地调查明确18亿亩耕地红线：仅用三年时间，从具体地块开始，查清全国城乡每一块土地的权属、面积、四至和用途等情况，查清每一块基本农田的状况，并要高标准地建立“四级联网、上下互通”的土地数据库，实现土地管理信息化、网络化。《第二次全国土地调查总体方案》中：“…农村土地调查以1:1万主比例尺，以正射影像图作为调查基础底图，充分利用现有资料，在GPS等技术手段引导下，实地对每一块土地的地类、权属等情况进行外业调查，并详细记录，绘制相应图件，填写外业调查记录表，确保每一地块的地类、权属等现状信息详细、准确、可靠。…”GPS搜索违法用地土壤调查五、GPS有什么缺点吗？飞机上的导航配备现状：中国北方航空公司的主力机型有麦道系列和空客系列飞机，包括MD-82、MD-90、A-300和A-321。1、MD-82生产年代最早，原来的导航系统是欧米茄系统，但由于80年代美国停用欧米茄系统四个地面台，该系统不再工作，北方公司选装了两套GPS系统。2、MD-90和A-300是70-80年代生产的飞机，机载电子设备相近。它们都没有装备GPS，位置导航系统是惯性导航系统。3、A-321是空中客车公司最先进机型之一，它的电子设备代表了最新的科技成果在民航业的应用。A-321装备两套GPS系统，同时装备两套IRS，并且在正常情况下，IRS为主用系统，GPS为辅助系统。导航仪严重失误第二节其他的GNSS系统GLONASS全球导航卫星系统Galileo系统北斗系统：我国的第一代卫星导航系统1、GLONASS：GlobalNavigationSatelliteSystem1996年俄罗斯耗资30多亿美元，完成了GLONASS导航卫星星座的组网工作。类似于GPS，是俄罗斯以空间为基础的无线电导航系统；其前身CICADA与子午系统同期，于1965年设计，有12颗卫星；20世纪70年代中期开始启动GLONASS计划1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星1996年1月18日，完成24颗卫星的布局，卫星具备完全工作能力由于经济原因，现在天空上的GLONASS卫星仅为十几颗。关于GLONASS：GLONASS和GPS在技术上不相上下；GLONASS卫星平均在轨道上的寿命较短且由于经济困难无力补网，在轨可用卫星少，不能独立组网；其应用普及情况则远不及GPS，这主要是俄罗斯没有开发民用市场。GLONASS和GPS组合测量是一个发展方向；中国、印度都计划和俄罗斯合作，维护和发展GLONASS。GLONASS动态：2005年，俄罗斯联邦政府正式批准了《2006年—2015年俄罗斯联邦航天计划》，新的十年航天计划是一项国家经济战略，强调航天科技的发展应该更多地为国家经济服务，总预算为3050亿卢布(1美元约合28卢布)，主要任务是发展卫星通信，完善俄“GLONASS”卫星定位系统，保障全俄境内的通信和电视转播等2005年底的12月25日，俄航天部队与俄航天局在拜科努尔发射场的81号发射台成功发射了载有3颗GLONASS卫星的“质子-K”运载火箭。目前这三颗卫星运转正常。这三颗卫星的飞行由位于莫斯科郊外克拉斯诺兹诺缅恩斯克的指挥所控制。这样“全球卫星定位导航系统”有17枚在轨卫星。俄将开始生产新一代“格洛纳斯”导航卫星：2008年08月28日:俄罗斯联邦航天署27日宣布，俄应用机械