GPS全球定位系统原理及应用

GPS全球定位系统原理及应用 一、简介 GPS 是英文Global Positioning Sy stem（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS 是20 世纪 70 年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过 20 余年的研究实验，耗资 300 亿美元，到 1994 年3 月，全球覆盖率高达 98%的24 颗 GPS 卫星星座己布设完成。在机械领域 GPS 则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Produ ct Specifications)-简称GPS。 二、GPS 发展历程 1. GPS 实施计划共分三个阶段 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从 1973 年到 1979 年，共发射了 4 颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 第二阶段为全面研制和试验阶段。从 1979 年到 1984 年，又陆续发射了 7 颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS 定位精度远远超过设计标准。 第三阶段为实用组网阶段。1989 年 2 月 4 日第一颗 GPS 工作卫星发射成功，表明 GPS 系统进入工程建设阶段。1993 年底实用的GPS网即（21+3）GPS 星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 2.卫星导航的发展历史 1957 年十月四日，第一课人造卫星Spu tink I（苏联）发射。 1959 年，从卫星上发回第一张地球照片。 1960 年，从“泰罗斯”与“云雨”气象卫星上获得全球云图。 1971 年，美国“阿波罗”对月球表面进行航天摄影测量，且“水手号”对水星进行测绘作业。 目前，空间在轨卫星约为3000 颗。 三、定位原理 1.GPS 构成： ①空间部分 GPS 的空间部分是由21 颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有 3 颗有源备份卫星在轨运行。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,并能在卫星中预存的导航信息。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。 ② 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(Grou nd Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。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,...