全球定位系统的产生、发展及前景

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什么是GPS？
GPS的英文全称是：Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。
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。

GPS概述①
建立国家
美国 目的
在全球范围内，提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务 开始筹建时间
1973年 完全建成时间
1995年
GPS概述②
系统构成
空间部分、地面控制部分、用户部分 服务方式
通过由多颗卫星所组成的卫星星座提供导航定位服务 定位原理
距离交会 测距原理
被动式电磁波测距 特点
全球覆盖、全天候、不间断、精度高
常规（地面）定位方法
近、现代的常规定位方法
采用的仪器设备
尺：铟钢尺 光学仪器：经纬仪，水准仪 电磁波或激光仪器：测距仪 综合多种技术的仪器：全站仪 观测值
角度或方向观测 距离观测 天文观测方法
常规定位方法的局限性
需要事先布设大量的地面控制点/地面站 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 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 受系统误差影响大，如地球旁折光 难以确定地心坐标
子午卫星系统及其局限性

      

系统简介
NNSS – Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统） 采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统 美国研制、建立 1964年1月建成 1967年7月解密供民用
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
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 精度
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
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

GPS的发展简史——方案论证阶段
1973年12月，美国国防部批准研制GPS。 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。 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。

GPS的发展简史——全面研制和试验阶段
从1979年到1987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。

GPS的发展简史——实用组网阶段

1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。 1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。 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。 1995年7月17日，GPS达到FOC – 完全运行能力（Full Operational Capability）。