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全球定位系统

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【摘要】:
GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目,1964年投入使用。20世纪70年代,美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年,全球覆盖率高达

全球定位系统

GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称。GPS起始于1958美国军方的一个项目,1964年投入使用。20世纪70年代,美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年,全球覆盖率高达98%24GPS卫星星座己布设完成。

 

全球定位系统构成

空间部分

GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星;3颗备用卫星),它位于距地表20200km的上空,运行周期为12h。卫星均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗),轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存导航信息,GPS的卫星因为大气摩擦等问题,随着时间的推移,导航精度会逐渐降低。

地面控制系统

地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado. Springfield)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。

用户设备部分

用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电,以防止数据丢失。各种类型的接受机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测使用。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。

 

全球定位系统构成GPS工作特点

1)全球全天候定位

GPS卫星的数目较多,且分布均匀,保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4GPS卫星,确保实现全球全天候连续的导航定位服务(除打雷闪电不宜观测外)。

2)定位精度高

应用实践已经证明,GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m100-500km可达10-7m1000km可达10-9m。在300-1500m工程精密定位中,1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm,与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较,其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm

实时单点定位(用于导航)P1~2m C/A5~10m

静态相对定位50km之内误差为几mm+(1~2ppm*D)50km以上可达0.1~0.01ppm

实时伪距差分(RTD):精度达分米级。

实时相位差分(RTK):精度达1~2cm

3)观测时间短

随着GPS系统的不断完善,软件的不断更新,20km以内相对静态定位,仅需15-20分钟;快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距在15KM以内时,流动站观测时间只需1-2分钟;采取实时动态定位模式时,每站观测仅需几秒钟。

因而使用GPS技术建立控制网,可以大大提高作业效率。

4)测站间无需通视

GPS测量只要求测站上空开阔,不要求测站之间互相通视,因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间(一般造标费用约占总经费的30%50%),同时也使选点工作变得非常灵活,也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。

5)仪器操作简便

随着GPS接收机的不断改进,GPS测量的自动化程度越来越高,有的已趋于傻瓜化。在观测中测量员只需安置仪器,连接电缆线,量取天线高,监视仪器的工作状态,而其它观测工作,如卫星的捕获,跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束测量时,仅需关闭电源,收好接收机,便完成了野外数据采集任务。

如果在一个测站上需作长时间的连续观测,还可以通过数据通讯方式,将所采集的数据传送到数据处理中心,实现全自动化的数据采集与处理。另外,接收机体积也越来越小,相应的重量也越来越轻,极大地减轻了测量工作者的劳动强度。

6)可提供全球统一的三维地心坐标

GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。GPS水准可满足四等水准测量的精度,另外,GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的,因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。

 

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