GNSS原理及其应用-1-3-第3章&第6章

武汉大学测绘学院GNSS原理及其应用课程组GNSS原理及其应用主讲：徐晓华GNSS原理及其应用2第六章GNSS应用GNSS原理及其应用3GNSS的应用，仅受人们的想象力制约GNSS原理及其应用4军事国防GNSS原理及其应用5GPS在军事国防中的应用•特点–工作简单快速–不宜受外界条件（烟、雾、雨、雪、光照等）的影响•对军事行动的影响–攻击行动由地毯式、席卷式向远程、非接触式精确、快速打击转变GNSS原理及其应用6舰只、战机及车辆导航GNSS原理及其应用7武器制导GNSS原理及其应用8单兵作战系统及人员搜救GNSS原理及其应用9交通运输GNSS原理及其应用10GPS在交通运输业中的应用•航运、航空搜索•船舶远洋导航和进港引水•陆路交通（车辆导航、监控）•物流管理GNSS原理及其应用11GNSS原理及其应用12其它领域GNSS原理及其应用13能源领域•电力领域，电网时间同步–优化电力输送–调度自动化系统–电量计费系统–时间顺序记录–……•地震勘探–精确确定井位及相关设施的位置及平台方向GNSS原理及其应用14金融保险领域•用于在线金融交易，完成基于时间的加密等•在保险业中，用于追踪和控制贵重货物GNSS原理及其应用15农业与渔业•精细农业•维护农业环境•船舶导航定位、渔资源监视•确定渔船在指定水域作业•农业用地管理登记GNSS原理及其应用16个人导航•基于位置的服务•人员跟踪GNSS原理及其应用17搜救及危机处理•人员搜救•危机处理•人道救援GNSS原理及其应用18测量领域•时空基准的建立及维持–全球性–区域性•测量定位•放样•形变监测•水下地形测量•GIS数据采集•航空摄影测量GNSS原理及其应用19环境监测、减灾防灾•污染范围测定、肇事船只追踪•地壳运动检测•地面沉降监测GNSS原理及其应用20科学研究（1）•大气科学–高空物理（电离层）–GPS气象（地、空基GPS气象）空基GPS气象学(1)GNSS原理及其应用21-180°-120°-60°0°60°120°180°Longitude-90°-60°-30°0°30°60°90°LatitudeCOSMIC掩星事件CHAMP掩星事件Radiosonde测站COSMIC星座空基GPS气象学(2)GNSS原理及其应用22地基GPS气象学GNSS原理及其应用23科学研究（2）•地球重力场•卫星定轨GNSS原理及其应用24思考题•结合生活实践,并查找相关资料,列举GPS在各领域的应用实例.GNSS原理及其应用25第三章全球定位系统的组成及信号结构§3.1全球定位系统的组成GNSS原理及其应用26§3.1全球定位系统的组成GNSS原理及其应用27GPS的系统组成•GPS系统由三部分组成–空间部分–地面控制部分–用户设备部分全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GNSS原理及其应用28GPS的空间部分①•GPS的空间部分的组成–GPS卫星星座全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分•6个轨道面•平均轨道高度20200km•轨道倾角55°•周期11h58minGNSS原理及其应用29GPS的空间部分②全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分•GPS卫星星座–设计星座：21+3–21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星–保证在每天24小时的任何时刻，在高度角15°以上，能够同时观测到4颗以上卫星GNSS原理及其应用30GPS的空间部分③全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分GNSS原理及其应用31GPS的空间部分④•GPS卫星的地面轨迹全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分GNSS原理及其应用32GPS的空间部分⑤•GPS卫星–作用：•接收、存储导航电文•生成用于导航定位的信号（测距码、载波）•发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）•接受地面指令，进行相应操作•其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。–主要设备•太阳能电池板•原子钟（2台铯钟、2台铷钟）•信号生成与发射装置全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分GNSS原理及其应用33•GPS卫星（续）–类型•试验卫星：BlockⅠ•工作卫星：BlockⅡ–BlockⅡ：存储星历能力为14天，具有SA和AS能力–BlockⅡA（Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SV35和SV36带有激光反射棱镜–BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪相互通讯–BlockⅡR-M(Modernized)：在L2上加载L2C码；在L1及L2上加载M码–BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率•下一代GPS卫星：BlockⅢA–增加L1C信号GPS的空间部分⑥全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分GNSS原理及其应用34GPS的空间部分⑦BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同类型的GPSⅡ卫星全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分BlockⅢA卫星GNSS原理及其应用35GPS的空间部分⑧•当前的卫星状态全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分GPSconstellationstatus,31.08.16Totalsatellitesinconstellation32SCOperational31SCIncommissioningphase-Inmaintenance1SCIndecommissioningphase-GPSconstellationstatus,07.09.15GNSS原理及其应用GPSconstellationstatusfor31.08.16()36全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的空间部分PlaneSlotPRNNORADTypeSCLaunchdateInputdateOutagedateLife-time(months)NotesA23129486IIR-M25.09.0613.10.06118.74732711IIR-M15.03.0824.03.08101.352438833II-F04.10.1214.11.1245.663039533II-F21.02.1430.05.1427.1B11627663II-R29.01.0318.02.03162.522536585II-F28.05.1027.08.1072.232826407II-R16.07.0017.08.00192.641229601IIR-M17.11.0613.12.06116.752640534II-F25.03.1520.04.1516.4634661IIR-M24.03.09C12932384IIR-M20.12.0702.01.08104.022739166II-F15.05.1321.06.1338.431928190II-R20.03.0405.04.04149.041728874IIR-M26.09.0513.11.05129.75840730II-F15.07.1512.08.1512.7D1228474II-R06.11.0422.11.04141.42137753II-F16.07.1114.10.1158.632127704II-R31.03.0312.04.03160.851125933II-R07.10.9903.01.00200.16639741II-F17.05.1410.06.1426.7E12026360II-R11.05.0001.06.00195.122228129II-R21.12.0312.01.04151.73535752IIR-M17.08.0927.08.0984.241826690II-R30.01.0115.02.01186.661041019II-F30.10.1509.12.158.71340294II-F29.10.1412.12.1420.6F11426605II-R10.11.0010.12.00188.821532260IIR-M17.10.0731.10.07106.131324876II-R23.07.9731.01.98223.142328361II-R23.06.0409.07.04145.853241328II-F05.02.1609.03.165.86940105II-F02.08.1417.09.1423.5GNSS原理及其应用37GPS的地面监控部分①•地面监控部分（GroundSegment）–组成•主控站：1个•监测站：5个•注入站：3个•通讯与辅助系统GPS卫星注入站监测站主控站全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的地面监控部分GNSS原理及其应用38主控站监测站注入站大西洋太平洋印度洋GPS的地面监控部分②•地面监控部分（GroundSegment）（续）–分布全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的地面监控部分GNSS原理及其应用39GPS的地面监控部分③•主控站（1个）–作用：•管理、协调地面监控系统各部分的工作;•收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站，将卫星星历注入卫星;•监控卫星状态，向卫星发送控制指令；•卫星维护与异常情况的处理。–地点：美国科罗拉多州Schriever空军基地全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的地面监控部分GNSS原理及其应用40GPS的地面监控部分④•监测站–作用：接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。–地点全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的地面监控部分GNSS原理及其应用41GPS的地面监控部分⑤•注入站（3个）–作用：将导航电文注入GPS卫星。–地点：阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的地面监控部分GNSS原理及其应用GPS地面监控部分现状•组成–1个主控站–1个备用主控站–11个注入站–15个监测站42全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的地面监控部分（）GNSS原理及其应用43GPS的用户部分①•组成–用户–接收设备•接收设备–GPS信号接收机–其它仪器设备全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的用户部分GNSS原理及其应用44GPS的用户部分②•GPS信号接收机–组成•天线单元–接收天线–前置放大器•接收单元–信号通道–存储器–微处理器–输入输出设备–电源天线单元接收单元全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的用户部分GNSS原理及其应用45GPS的用户部分⑤•天线单元–天线特性•相位中心–平均相位中心与几何中心–相位中心的偏移–相位中心偏移的消除：归心改正、消去法•天线高–标志至平均相位中心所在平面的垂直距离L2的平均相位中心L1的平均相位中心θθsincos⋅−=⋅−=rYYrXX平均相位中心几何中心平均相位中心几何中心r2H’HΔHH’hH=H'+ΔH=h2−R2+ΔHR全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的用户部分r1GNSS原理及其应用46GPS的用户部分⑥•接收单元–接收（信号）通道•定义：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成。•类型：根据信号跟踪方式：序贯通道、多路复用通道和多通道；根据工作原理：码相关通道、平方律通道等–存储器–微处理器•作用：数据处理、控制–输入输出设备–电源前置放大器信号通道天线观测值全球定位系统的组成及信号结构GPS的组成GPS的用户部分GNSS原理及其应用47GPS的用户部分⑦信号通道微处理器输入