Southwest Jiaotong University GPS技术与应用 第一讲 袁林果 西南交通大学测量工程系 Email:Igyuan@home.switu.edu.cn 课程概述 A 日标:介绍GPS卫星测量基本原理及其应用 课件:PPT课件 在学习指定教材的基础上,依据学生的兴趣和个 人能力,学习内容和形式多样 重点强调基本原理的理解和掌握 其它要求:网上查阅中英文GPS专业资料的能 力;独立完成作业、严禁拷贝 ●成绩评定:平时成绩30%;期末考试70% GS技术与应用
1 GPS技术与应用 第一讲 袁林果 西南交通大学测量工程系 Email: lgyuan@home.swjtu.edu.cn 2005-9-8 GPS技术与应用 2 课程概述 z 目标：介绍GPS卫星测量基本原理及其应用 z 课件：PPT课件 z 在学习指定教材的基础上，依据学生的兴趣和个 人能力，学习内容和形式多样 z 重点强调基本原理的理解和掌握 z 其它要求：网上查阅中英文GPS专业资料的能 力；独立完成作业、严禁拷贝 z 成绩评定：平时成绩 30%；期末考试70%
课程大纲 1.历史、发展和当前状况 2.坐标系统与时间系统 3.卫星轨道运动及GPS卫星的坐标计算 4.GPS卫星信号与传播 s.GPS观测量、观测方程及误差分析 6.绝对(单点)定位原理 7.相对(差分)定位原理 8.GPS测量实施及软件操作(实习) 9.GPS应用 20598 GFS技术与应用 教材和参考文献 A 教材 口黄丁发,熊永良,袁林果.全球定位系统(GPS)一理论与实践. ¤周忠谟,易杰军,周琪.GPS卫星测量原理与应用(修订本).北京 测绘出版社,1997 References 全球定位系统(GPS)的原理与数据处理.上海:同济大学出 版社,1999 口刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法.北京:科学出版社,2003 a B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, and J. Collins, GPS Theory and Practice, Fifth edition. Springer-Verlag, Wein, New York. 2001 a Alfred Leick. GPS Satellite Surveying, 3rd Edition. John Wiley Sons, Inc, Hoboken, New Jersey, 2003 GS技术与应用
2 2005-9-8 GPS技术与应用 3 课程大纲 1. 历史、发展和当前状况 2. 坐标系统与时间系统 3. 卫星轨道运动 及GPS卫星的坐标计算 4. GPS卫星信号与传播 5. GPS观测量、观测方程及误差分析 6. 绝对（单点）定位原理 7. 相对（差分）定位原理 8. GPS测量实施及软件操作（实习） 9. GPS应用 2005-9-8 GPS技术与应用 4 教材和参考文献 教材 黄丁发, 熊永良, 袁林果. 全球定位系统（GPS）— 理论与实践. 周忠谟, 易杰军, 周琪. GPS卫星测量原理与应用（修订本）. 北京: 测绘出版社, 1997 References 刘大杰. 全球定位系统(GPS)的原理与数据处理. 上海:同济大学出 版社, 1999 刘基余. GPS卫星导航定位原理与方法. 北京: 科学出版社, 2003 B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, and J. Collins, GPS Theory and Practice, Fifth edition. Springer-Verlag, Wein, New York, 2001. Alfred Leick. GPS Satellite Surveying, 3rd Edition. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2003
网络资源 Global Positioning System Overview by Peter H. Dana http://www.colorado.edw/geographylacraft/notes/gps/gps m THE INTERAGENCY GPS EXECUTIVE BOARD(IGEB) leb. >gpsApplicationsExchange.http:/apshome.sscnasagov/ The International GPS Service(IGS) http://igscb.jplnasa.govl U.S. Naval Observatory(USNO) GPS Operations http://tycho.usno.navy.mil/gps.html >U.S. Coast Guard Navigation Center http://www.navcen.uscq.gov/ 20598 GFS技术与应用 第一章导航与定位概论 A ■导航( navigation)定义 通过实时地测定运载体在途中行进时的位置和速度,引导运 载体沿一定航线经济而安全地到达目的地的技术。 ■导航定位技术的发展 推算定位■→◆天文导航匚惯性导航口无线电导航 GS技术与应用
3 2005-9-8 GPS技术与应用 5 网络资源 ¾ Global Positioning System Overview by Peter H. Dana. http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f. html ¾ THE INTERAGENCY GPS EXECUTIVE BOARD (IGEB). http://www.igeb.gov/ ¾ GPS Applications Exchange. http://gpshome.ssc.nasa.gov/ ¾ The International GPS Service (IGS). http://igscb.jpl.nasa.gov/ ¾ U.S. Naval Observatory (USNO) GPS Operations http://tycho.usno.navy.mil/gps.html ¾ U.S. Coast Guard Navigation Center http://www.navcen.uscg.gov/ 2005-9-8 GPS技术与应用 6 第一章 导航与定位概论 导航（navigation）定义 通过实时地测定运载体在途中行进时的位置和速度，引导运 载体沿一定航线经济而安全地到达目的地的技术。 导航定位技术的发展 推算定位 天文导航 惯性导航 无线电导航
导航系统分类 ■推算定位系统( Dead Reckoning Systems ¤通过航行的方向和距离来推算其所在位置。 引导系统( Guidance Systems) 口提供给用户到达目的地的引导信息,不需要知道用户的具体 位置。灯塔、无线电信标、仪表着陆系统( Instrument Landing system,s)、微波着陆系统( Microwave Landing system,MLS)等 ■定位系统( Positioning Finding Systems) ¤在一个定义的参考框架内,准确确定用户所在的位置。罗兰 ( Loran)、奥米加( Omega)、子午卫星( Transit)、 GPS、 GLONASS等 20598 GFS技术与应用 惯性导航系统(INS, Inertial A Navigation System) ■基本原理 根据牛顿提出的相对惯性空间的力学定律,利用陀螺、加速 度计等惯性元件感受运动载体在运动过程中的加速度。然后 通过计算机进行积分运算,从而得到运动载体的位置和速度 等信息。 ■优点 ¤不依赖于外界导航台和电磁波的传播,因此应用不受环境限 制,包括海陆空及水下。隐蔽性好,不可能被干扰,无法反 利用,生存能力强;另外还可产生多种信息,包括载体的三 维位置、三维速度与航向姿态。当然它的垂直定位信息不 好,误差是发散的,不能单独使用。 GS技术与应用
4 2005-9-8 GPS技术与应用 7 导航系统分类 推算定位系统（Dead Reckoning Systems） 通过航行的方向和距离来推算其所在位置。 引导系统（Guidance Systems） 提供给用户到达目的地的引导信息，不需要知道用户的具体 位置。灯塔、无线电信标 、仪表着陆系统（Instrument Landing system, ILS ）、微波着陆系统（ Microwave Landing system, MLS）等 定位系统（Positioning Finding Systems） 在一个定义的参考框架内，准确确定用户所在的位置 。罗兰 （Loran）、奥米加（Omega）、子午卫星（Transit） 、 GPS、GLONASS等 2005-9-8 GPS技术与应用 8 惯性导航系统（INS，Inertial Navigation System） 基本原理 根据牛顿提出的相对惯性空间的力学定律，利用陀螺、加速 度计等惯性元件感受运动载体在运动过程中的加速度。然后 通过计算机进行积分运算，从而得到运动载体的位置和速度 等信息。 优点 不依赖于外界导航台和电磁波的传播，因此应用不受环境限 制，包括海陆空及水下。隐蔽性好，不可能被干扰，无法反 利用，生存能力强；另外还可产生多种信息，包括载体的三 维位置、三维速度与航向姿态。当然它的垂直定位信息不 好，误差是发散的，不能单独使用
无线电导航系统 ■基本原理 ¤根据电磁波在理想均匀媒质中按直线传播,且速度为常数, 并在任两种媒质介面上一定产生反射,入射波和反射波同在 一铅垂面内的特性,进行导航定位。 ■优点 ¤因为电磁波的传播基本上不受昼夜与气候的限制,也无论距 离的远近,以及在恶劣气候与能见度不良的条件下,随时都 可借助各种频率的无线电信号有效地对空中、海上与地面的 各种运动载体乃至人进行精确定位,并将它(他)们安全、 准确、经济地由出发点,沿预定的航行路线驶达目的地;而 且测量快、精确度高,可靠性也高。不足之处在于电磁波难 免受外界干扰 20598 GFS技术与应用 无线电导航定位方法 A 测边交会法 双曲线定位 ■多普勒定位 GS技术与应用 5
5 2005-9-8 GPS技术与应用 9 无线电导航系统 基本原理 根据电磁波在理想均匀媒质中按直线传播，且速度为常数， 并在任两种媒质介面上一定产生反射，入射波和反射波同在 一铅垂面内的特性，进行导航定位。 优点 因为电磁波的传播基本上不受昼夜与气候的限制，也无论距 离的远近，以及在恶劣气候与能见度不良的条件下，随时都 可借助各种频率的无线电信号有效地对空中、海上与地面的 各种运动载体乃至人进行精确定位，并将它（他）们安全、 准确、经济地由出发点，沿预定的航行路线驶达目的地；而 且测量快、精确度高，可靠性也高。不足之处在于电磁波难 免受外界干扰。 2005-9-8 GPS技术与应用 10 无线电导航定位方法 测边交会法 双曲线定位 多普勒定位