測量學第八章 全球定位系統(tǒng)的定位技術

8.1概述1957年10月，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功1958年底，美國開始建立為美國軍用艦艇導航服務的“海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)”(NavyNavigationSatelliteSystem，簡稱NNSS)。NNSS于1964年建成并在美國軍方使用。NNSS共有6顆工作衛(wèi)星，距離地球表面的平均高度約為1070km,因運行軌道面均通過地球南北極構成的子午面，又稱為“子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)”.使用的衛(wèi)星接收機稱多普勒接收機與傳統(tǒng)導航、定位方法比較，使用NNSS導航和定位具有不受氣象條件的影響、自動化程度較高和定位精度高的優(yōu)點現(xiàn)在是1頁\一共有96頁\編輯于星期四NNSS缺點：工作衛(wèi)星少、高度較低，多普勒接收機的觀測時間較長，不能提供連續(xù)實時定位和導航服務；大地測量靜態(tài)定位，一個測站平均觀測時間1~2天，不能達到cm級的定位精度

為滿足軍事和民用部門對連續(xù)實時定位和導航的迫切要求1973年12月，美國國防部開始組織陸海空三軍聯(lián)合研制新一代軍用衛(wèi)星導航系統(tǒng)，英文全稱為“NavigationbySatelliteTimingAndRanging/GlobalPositioningSystem(NAVSTAR/GPS)”中文意思是“用衛(wèi)星定時和測距進行導航/全球定位系統(tǒng)”，簡稱GPS現(xiàn)在是2頁\一共有96頁\編輯于星期四從1989年2月14日第一顆工作衛(wèi)星發(fā)射成功，1994年3月28日共發(fā)射了24顆.目前的衛(wèi)星數已經超過32顆它們均勻分布在6個相對于赤道的傾角為55°的近似圓形軌道上，每個軌道上有4顆衛(wèi)星運行，它們距地球表面的平均高度約為20200km，可保證在地球上任何地點、任何時刻、在高度15°以上的天空同時能觀測到4顆以上衛(wèi)星俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)，1976年開始推進，目前在軌道上只有6顆衛(wèi)星可用，不能獨立組網，定位精度30米至100米，測速精度0.15米/秒。俄羅斯則計劃在2010年全面恢復LONASS系統(tǒng)現(xiàn)在是3頁\一共有96頁\編輯于星期四俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GLONASS)共有31顆衛(wèi)星在軌，其中24顆衛(wèi)星正在運行，3顆衛(wèi)星即將投入運行，2顆衛(wèi)星處于維護中，1顆衛(wèi)星正在試驗，1顆衛(wèi)星備用。至此，俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)研發(fā)正式完成。格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)是俄羅斯于上世紀90年代基于國防目的研制開發(fā)的，這套系統(tǒng)用24顆衛(wèi)星即可實現(xiàn)全球覆蓋。俄軍總參謀部2011年10月末承諾，到2015年格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)將趕上美國GPS系統(tǒng)的定位精度。現(xiàn)在是4頁\一共有96頁\編輯于星期四3、歐洲的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)根據歐盟的設想，伽利略計劃分4個階段逐步實施。第一階段是系統(tǒng)可行性評估或定義階段(2000年前結束)；第二階段為開發(fā)和檢測階段(2001年至2005年)；第三階段是部署階段(2006年至2007年)；第四階段為商業(yè)運行階段(2008年以后)。打造“伽利略系統(tǒng)”將耗資約27億美元，將30枚人造衛(wèi)星送上距離地球表面23000公里的太空軌道。歐盟的一些專家稱，“伽利略系統(tǒng)”可與美國的GPS和俄羅斯的“全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)”兼容，“伽利略系統(tǒng)”確定物體的誤差范圍將在1米之內，此外，“伽利略系統(tǒng)”的運作將十分安全、穩(wěn)定，非常適合安全要求極高的使用者，如引導飛機安全起降或火車行駛等?，F(xiàn)在是5頁\一共有96頁\編輯于星期四“伽利略”計劃的總投資預計為36億歐元，由分布在3個軌道上的30顆衛(wèi)星組成。該系統(tǒng)與GPS類似，可以向全球任何地點提供精確定位信號。由于“伽利略”系統(tǒng)主要針對民用市場，因此在設計之初，設計人員就把為民用領域的客戶提供高精度的定位放在了首要位置。與美國的GPS相比，“伽利略”系統(tǒng)可以為民用客戶提供更為精確的定位，其定位精度可以達到1米，而GPS只能達到10米。

伽利略系統(tǒng)是歐洲設計建設的新一代民用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，由30顆衛(wèi)星組成，其中27顆為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星。2011年10月21號，歐洲阿麗亞娜公司用一枚俄羅斯運載火箭為伽利略系統(tǒng)發(fā)射了首批兩顆衛(wèi)星。伽利略系統(tǒng)對歐盟具有關鍵意義，歐盟將從此擁有自己的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，有助于打破美國GPS導航系統(tǒng)的壟斷地位，從而在全球高科技競爭浪潮中獲取有利位置，并為將來建設歐洲獨立防務創(chuàng)造條件?，F(xiàn)在是6頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是7頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是8頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是9頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是10頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是11頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是12頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是13頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是14頁\一共有96頁\編輯于星期四

能在全球范圍內，向任意多用戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實時的三維測速、三維定位和授時。

對于測繪界的用戶而言，GPS已在測繪領域引起了革命性的變化，目前，范圍上數公里至幾千公里的控制網或形變監(jiān)測網，都將GPS作為首選手段?，F(xiàn)在是15頁\一共有96頁\編輯于星期四的組成GPS由工作衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設備三部分組成。1、地面監(jiān)控系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng)包括1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站主控站位于美國本土科羅拉多?斯平士的聯(lián)合空間執(zhí)行中心3個注入站分別位于大西洋的阿森松群島、印度洋的狄哥伽西亞和太平洋的卡瓦加蘭3個美軍基地5個監(jiān)測站除了位于1個主控站和3個注入站以外，還在夏威夷設立了1個監(jiān)測站現(xiàn)在是16頁\一共有96頁\編輯于星期四(1)監(jiān)測站完成對GPS衛(wèi)星信號的連續(xù)觀測，搜集當地的氣象數據，觀測數據經計算機處理后傳送到主控站(2)主控站協(xié)調和管理所有地面監(jiān)控系統(tǒng)的工作和下列工作：1)根據本站和其它監(jiān)測站的觀測數據，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層的修正參數，并將這些數據傳送到注入站2)提供時間基準。各監(jiān)測站和GPS衛(wèi)星的原子鐘均應與主控站的原子鐘同步，或測量出其間的鐘差，并將這些鐘差信息編入導航電文，送到注入站3)調整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預定的軌道運行4)

啟用備用衛(wèi)星以代替失效的工作衛(wèi)星現(xiàn)在是17頁\一共有96頁\編輯于星期四(3)注入站在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導航電文和其它控制指令等，注入到相應衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)中，并監(jiān)測注入信息的正確性現(xiàn)在是18頁\一共有96頁\編輯于星期四、空間星座部分1、GPS衛(wèi)星星座

GPS系統(tǒng)的空間部分由21+3顆衛(wèi)星組成，均勻分布在6個軌道面上，地面高度為20200余公里，軌道傾角為55度，扁心率約為0，周期約為12小時。

衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個波段的載波信號，載波信號頻率分別為1575.442兆赫茲（L1波段）和1227.6兆赫茲（L2波段）?，F(xiàn)在是19頁\一共有96頁\編輯于星期四2、GPS衛(wèi)星及其功能

衛(wèi)星重774kg,每顆衛(wèi)星配有4個原子鐘，定時精度為10-12~10-13秒接收并儲存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息；接收并執(zhí)行主控站發(fā)出的控制命令；向用戶連續(xù)發(fā)送導航信息。3、GPS信號的組成現(xiàn)在是20頁\一共有96頁\編輯于星期四基準信號：F=10.23MHz載波L1:f1=1575.42MHz載波L2:f2=1227.60MHzC/A碼τG=1.023MHzP碼τP=10.23MHzD碼τD=50Hz50比特/秒衛(wèi)星軌道信息現(xiàn)在是21頁\一共有96頁\編輯于星期四§8.2.2用戶設備用戶設備包括GPS接收機和相應的數據處理軟件GPS接收機包括接收天線、主機和電源GPS接收機的任務是捕獲衛(wèi)星信號，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號，對接收到的信號進行處理，測量出測距信號從衛(wèi)星傳播到接收機天線的時間間隔，譯出衛(wèi)星廣播的導航電文，實時計算接收機天線的三維坐標、速度和時間?，F(xiàn)在是22頁\一共有96頁\編輯于星期四系統(tǒng)控制部分：1個主控站5個監(jiān)控站空間部分：NAVSTAR(NAVigationSatelliteTimeandRanging)24顆衛(wèi)星20200Km軌道高度用戶設備部分：接收衛(wèi)星信號GPS系統(tǒng)組成現(xiàn)在是23頁\一共有96頁\編輯于星期四我們處在以Ri為半徑的一個球面上,3個球面相交于一個點,3個距離觀測值可以解算出一個點的緯度、精度與高程.R1R2R38.3GPS衛(wèi)星定位的基本原理GPS原理：單點定位現(xiàn)在是24頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是25頁\一共有96頁\編輯于星期四XllVlXllllllllVVVllVlllXlX距離=信號傳輸時間×光的速度8.3.1偽距測量原理S=⊿t·c現(xiàn)在是26頁\一共有96頁\編輯于星期四偽距(碼觀測值)每一顆衛(wèi)星大約以1毫秒為周期重復播發(fā)它自己所特有的一組信號DT接收到來自衛(wèi)星的碼信號接收機產生的碼信號ρ=DT·ctj：接收機收到信號的時間，tw：衛(wèi)星信發(fā)出信號的時間。ρ==⊿t·c=(tj-tw)·c~ρ

：接收機至衛(wèi)星的距離觀測值，由于包含有多種誤差，故稱為偽距觀測值。~接收機將接收到的信號與它本身產生的信號相比較根據信號到達的時間差(DT)，我們就可以確定距離的觀測值現(xiàn)在是27頁\一共有96頁\編輯于星期四tj+Vj=Tjtw+Vw=Twρ=(Tj-Tw)·c+(Vw-Vj)·c+δρl+δρT

=ρ+c·Vw-c·Vj+δρl+δρT

~Vj

：接收機時鐘誤差，Vw

：衛(wèi)星時鐘誤差。衛(wèi)星信號在傳播過程中，會產生兩項誤差：大氣中電離層誤差δρl和對流層誤差δρT

。ρ=[(Tj-Vj)-(Tw-Vw)]·c=(Tj-Tw)·c+(Vw-Vj)·c~ρ=ρ-c·Vw+c·Vj+δρl+δρT

~偽距測量的基本方程式19950Km50Km對流層電離層200Km現(xiàn)在是28頁\一共有96頁\編輯于星期四ρ=ρ-c·Vw+c·Vj+δρl+δρT

~ρ=√[(Xsi-XG)2+(Ysi-YG)2+(Zsi-ZG)2]式中：XG、

YG、

ZG、

Vj是未知數，故需要觀測4顆衛(wèi)星建立4個方程才能結算出來。理論上說，利用C/A碼進行單點定位精度可以達到10-30m現(xiàn)在是29頁\一共有96頁\編輯于星期四8.3.2載波相位觀測值及觀測方程C/A碼的波長為：293m，P碼的波長為29.3m,相應的測距精度分別為：3m合0.3m。載波L1波長為：19cm，載波L2波長為24cm,相應的測距精度為：2mm。接收機將接收到的相位與本身產生的相位相比較開機時到達接收機的波長的整周數是不知道的

(稱為載波相位初始整周未知數)只要您能保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，距離的變化能夠通過觀測得到DT接收到的來自衛(wèi)星的相位接收機生成的載波D=c

DT+lN現(xiàn)在是30頁\一共有96頁\編輯于星期四載波相位測量時測定GPS衛(wèi)星載波信號傳送至接收機天線之間的相位延遲。GPS接收機將接收到的衛(wèi)星信號與本機復制的信號進行相位比對，即可得到相位差。設衛(wèi)星發(fā)射的信號相位為Φ(S)，接收機接收到的衛(wèi)星信號的相位為Φ(R)，則，偽距觀測值ρ為：ρ

=λ[Φ(R)-Φ(S)]/2π=λ[No+⊿Φ/2π]No為信號傳播相位變化的整周數，⊿Φ相位變化的尾數。時刻(0)整周未知數時刻(0)的初始相位觀測值整周未知數時刻(1)時刻(1)的相位觀測值現(xiàn)在是31頁\一共有96頁\編輯于星期四相位觀測值方程：Φ

=No+int(Φ)+⊿Φ/2π=（ρ+δρl+δρT

）f/c+f·Vw–f·Vj+

No~λΦ

=(ρ+δρl+δρT

）+c·Vw–c·Vj+λ

No~ρ=ρ-c·Vw+c·Vj+δρl+δρT+λ

No~現(xiàn)在是32頁\一共有96頁\編輯于星期四基線向量BA8.3.3載波相位測量的相對定位流動接收機“B”的點位可以通過相對于給定的參考站“A”來確定“A”的坐標是已知的它們之間進行了GPS觀測差分定位消除了衛(wèi)星與接收機的時鐘誤差使殘余的大氣延遲誤差降低到最低限度精度提高到3mm-5m現(xiàn)在是33頁\一共有96頁\編輯于星期四

它實際上是在一個測站對兩個目標的觀測量、兩個測站對一個目標的觀測量或一個測站對一個目標的兩次觀測量之間進行求差。其目的在于消除公共項，包括公共誤差和公共參數。從而得到高精度的坐標差觀測值。

1、單差法兩個測站對一個衛(wèi)星目標的觀測量的兩次觀測量之間進行求差?，F(xiàn)在是34頁\一共有96頁\編輯于星期四ρ1=ρ1-c·Vw+c·V1+δρl+δρT

~ρ2=ρ2-c·Vw+c·V2+δρl+δρT

~⊿ρ21=ρ2-

ρ1

+c·（V2-

V1）~~2、雙差法3、三差法兩個測站對不同衛(wèi)星的單差觀測值之差，可以進一步消除接收機時鐘誤差的影響。兩個測站對不同衛(wèi)星的不同觀測歷元的雙差觀測值之差?，F(xiàn)在是35頁\一共有96頁\編輯于星期四8.3.4GPS實時差分定位RTK（Real-timekinematic）采用了載波相位動態(tài)實時差分方法是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統(tǒng)內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài)；RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數據傳輸給流動站接收機，數據量比較大，一般都要求9600的波特率?，F(xiàn)在是36頁\一共有96頁\編輯于星期四1、位置差分2、偽距實時差分(RTD)3、載波相位實時差分（RTK)4、廣域差分8.3.5GPS技術的應用1、軍事2、民用導航3、農業(yè)4、地球物理與地震監(jiān)測5、測繪工程6、氣象預報現(xiàn)在是37頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是38頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是39頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是40頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是41頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是42頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是43頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是44頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是45頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是46頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是47頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是48頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是49頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是50頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是51頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是52頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是53頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是54頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是55頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是56頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是57頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是58頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是59頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是60頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是61頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是62頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是63頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是64頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是65頁\一共有96頁\編輯于星期四現(xiàn)在是66頁\一共有96頁\編輯于星期四3、歐洲的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)根據歐盟的設想，伽利略計劃分4個階段逐步實施。第一階段是系統(tǒng)可行性評估或定義階段(2000年前結束)；第二階段為開發(fā)和檢測階段(2001年至2005年)；第三階段是部署階段(2006年至2007年)；第四階段為商業(yè)運行階段(2008年以后)。打造“伽利略系統(tǒng)”將耗資約27億美元，將30枚人造衛(wèi)星送上距離地球表面23000公里的太空軌道。歐盟的一些專家稱，“伽利略系統(tǒng)”可與美國的GPS和俄羅斯的“全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)”兼容，“伽利略系統(tǒng)”確定物體的誤差范圍將在1米之內，此外，“伽利略系統(tǒng)”的運作將十分安全、穩(wěn)定，非常適合安全要求極高的使用者，如引導飛機安全起降或火車行駛等?，F(xiàn)在是67頁\一共有96頁\編輯于星期四“伽利略”計劃的總投資預計為36億歐元，由分布在3個軌道上的30顆衛(wèi)星組成。該系統(tǒng)與GPS類似，可以向全球任何地點提供精確定位信號。由于“伽利略”系統(tǒng)主要針對民用市場，因此在設計之初，設計人員就把為民用領域的客戶提供高精度的定位放在了首要位置。與美國的GPS相比，“伽利略”系統(tǒng)可以為民用客戶提供更為精確的定位，其定位精度可以達到1米，而GPS只能達到10米。

按照計劃，第一顆用于測試的衛(wèi)星將于今年年底在白俄羅斯的拜科努爾基地發(fā)射升空，2006年“伽利略”系統(tǒng)即可進行正式部署，2008年整個系統(tǒng)完工，正式為客戶提供商業(yè)服務?，F(xiàn)在是68頁\一共有96頁\編輯于星期四

中歐合作互利雙贏

“伽利略”系統(tǒng)主要用于民用領域，中國龐大的潛在用戶群對于確?！百だ浴毕到y(tǒng)的成功具有重要意義。

2000年，“伽利略”計劃提出不久，歐盟委員會副主席德帕拉西奧在與當時的中國國務院總理朱镕基會晤時就表示希望中國參與“伽利略”計劃，得到了中國的積極回應。隨后，中國同歐盟簽署協(xié)議，在北京成立了中歐衛(wèi)星導航技術培訓合作中心，加強國內技術人員的培訓和雙邊交流。而為了落實中方的責任與義務，中國成立了由多家公司參股的“伽利略”衛(wèi)星導航有限公司。該公司作為國內的總承包商負責協(xié)調國內的相關單位和公司，完成中國在“伽利略”計劃中所承擔的任務?，F(xiàn)在是69頁\一共有96頁\編輯于星期四

中國加入“伽利略”計劃，對雙方都是好事。從歐洲方面看，歐洲希望成為未來世界獨立的一極，在世界事務中發(fā)揮積極的作用。通過與中國在空間技術上的合作，可以對美國的“單邊主義”形成一定的牽制，所以在“伽利略”計劃的合作中歐洲表現(xiàn)得更主動。

而中國通過合作可以獲得可觀的經濟收益，中國將向“伽利略”計劃投資2億歐元，根據比例獲取相應收益。同時中國在整個系統(tǒng)的開發(fā)運作過程中可以提升本國的技術，學習市場開發(fā)的經驗，為本國開發(fā)獨立的衛(wèi)星導航系統(tǒng)打下良好的基礎?，F(xiàn)在是70頁\一共有96頁\編輯于星期四3月中旬，來自中國和歐洲航天部門的官員們行色匆匆，趕赴德國慕尼黑，就爭執(zhí)了半年的導航衛(wèi)星放射頻率“重疊”問題展開第二輪談判。雙方唇槍舌劍，激烈交鋒。歐方官員以頻率是從美國人手里花“血本”獲得，而且歐洲人的“伽利略”系統(tǒng)早已按此頻率進行技術設計現(xiàn)已無法修改為由，力壓中國“北斗”二號系統(tǒng)“搬遷”到其他頻道上；中方則依據國際上通行的衛(wèi)星發(fā)射頻率原則——“誰先用誰先得”的“所有權取得”，對自己的權益寸步不讓，對歐方的要求據理力爭。會談最終毫無進展，等待下一輪談判。在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設一事上，中國和歐洲從最初的合作，逐步走向競爭，反映了中歐之間深層次的結構性矛盾和戰(zhàn)略利益沖突，而沖突背后，則揭示了歐洲一直以來對華所抱持的傲慢和排斥心態(tài)。關于這場并不為國內人所熟知的爭執(zhí)，其實由來已久，要厘清來龍去脈，還得從最開始的中歐合作簽約談起。蜜月期（2003年-2004年）中歐優(yōu)勢互補

反對單極世界2003年的歐洲，處處彌漫著反美反戰(zhàn)情緒。美國執(zhí)意執(zhí)行單邊主義外交政策，不顧國際社會反對，悍然發(fā)動伊拉克戰(zhàn)爭，歐洲人感受到了“單極世界”引起的潛在危險。時任法國總統(tǒng)希拉克，主張建立“多極化世界”，他的呼聲得到時任德國總理施羅德的堅決支持。在這樣的背景下，歐盟決定把中國納入歐盟2002年就已啟動的“伽利略”計劃中，中國成為第一個非歐盟的參與國。消息傳開，震驚美國。一直以來，美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS在民用導航領域獨步天下，即便同時代有俄羅斯的“格洛納斯”系統(tǒng)與之競爭，但“格洛納斯”年久失修，導航衛(wèi)星殘缺不全，早已淡出國際市場，根本不具備與GPS一比高下的能力。歐盟發(fā)起的“伽利略”全球衛(wèi)星導航計劃，被認為是結束美國“獨霸”局面的最有力挑戰(zhàn)。按設計，“伽利略”將一共由30顆“中軌道”和“靜軌道”導航衛(wèi)星覆蓋全球，其定位精度超過了GPS，在兼容性和精確度等設計方面也優(yōu)于GPS。為了打破GPS的壟斷地位，“伽利略”的“公共管理服務”系統(tǒng)擬使用的頻率故意選擇了與美國GPS相近的頻率，這樣的安排有可能沖淡GPS的頻道效果，令美國人坐立不安?，F(xiàn)在是71頁\一共有96頁\編輯于星期四早在幾年前，中國在區(qū)域衛(wèi)星導航和定位系統(tǒng)上已有長足發(fā)展，2000年相繼發(fā)射了兩顆靜地軌道的導航實驗衛(wèi)星，2003年4月又發(fā)射了第三顆“靜軌道”衛(wèi)星，基本形成了覆蓋全中國的區(qū)域導航和定位系統(tǒng)，這一系統(tǒng)被稱為“北斗”一號。當時的“北斗”系統(tǒng)尚屬實驗開發(fā)階段，其技術參數落后于GPS，也落后于2002年歐盟決定啟動的“伽利略”系統(tǒng)，而且更重要的一點是，“北斗”一號只屬于區(qū)域性，其商用價值并不高。在這樣背景下，歐洲人主動“邀請”中方加入全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，中方欣然受之，雙方一拍即合。歐洲把中國納入，不僅使歐洲一些國家的領導人賺足了政治資本，也使“伽利略”計劃捉襟見肘的財政狀況得到極大緩解，更給“伽利略”進入中國誘人的市場打下了基礎。2003年底，在中方實際完成了區(qū)域導航系統(tǒng)“北斗”一號之后，中歐草簽合作協(xié)議。2004年中歐正式簽署技術合作協(xié)議，中方承諾投入2.3億歐元的巨額資金，第一筆7000萬歐元的款項很快就打到歐方賬戶上。中國與歐盟合作，既有戰(zhàn)略利益也有實際的好處。有人評論，中歐在高端技術上的合作，實質上打破了美國主導的歐洲對華武器禁運，也相當于廢棄了針對中國這樣特定國家的歐美武器貿易條例(ITAR),為最終從法律層面解除對華武器禁運撕開了一個口子。由于衛(wèi)星導航在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中扮演越來越重大的角色，美國甚至揚言，美國如感覺受到威脅，則有權擊毀“伽利略”衛(wèi)星?，F(xiàn)在是72頁\一共有96頁\編輯于星期四2005年，“伽利略”首顆“中軌道”實驗衛(wèi)星“GLOVE-A”搭乘俄羅斯“聯(lián)盟”號運載火箭順利升空。雖然這只是一顆實驗性衛(wèi)星，并非是要最終布置的30顆導航衛(wèi)星之一，但“GLOVE-A”的發(fā)射，標志著歐盟“伽利略”計劃從設計向運轉方向轉變。然而，進入2005年，歐洲政治開始轉向，之前“親華”的德國總理施羅德黯然退隱，由來自右翼政黨的親美政治家默克爾擔任德國新總理，而法國也進入了領導人交替的時代，希拉克的影響力逐漸下降，親美政治人物尼古拉·薩科齊于2007年開始擔任法國總統(tǒng)。親美政治人物紛紛上臺，給歐盟致力于建立“多極世界”的愿望變得暗淡，歐洲迅速向美國靠攏。在這樣的背景下，歐洲航天局與美國“修好”，同意修正之前擬定的與美國GPS相近的發(fā)射頻率，以便投入使用后產生信號沖突的可能性降至最低限度。但這樣的技術重新修正，卻花掉了預算之外的一大筆錢。作為回報，美國同意在技術上支持“伽利略”的開發(fā)。恰恰在這個時候開始，歐盟為“伽利略”計劃的財政和利益分配吵成一團。也是從這個時候開始，歐盟開始排擠中國。眼看著投入巨額資金，卻得不到與之相稱的對待，甚至待遇還低于沒有投入一分一厘的其他非歐盟國家，如印度等國，令中國大為不滿。中國不但進不到“伽利略”計劃的決策機構，甚至在技術合作開發(fā)上也被歐洲航天局故意設置的障礙所阻擋，中方除了掛得一個參與人的“好名聲”之外，其他一無所得，反而要擔負巨額資金投入，這樣的“結局”令中方十分不滿。在此背景下，中國開始把注意力轉移到沉寂數年的“北斗”系統(tǒng)上。2007年發(fā)射的第四顆“北斗”一號導航衛(wèi)星，替換了退役的衛(wèi)星，“北斗”系統(tǒng)開始激活。到2007年底，中國成功發(fā)射了第一顆“中軌道”導航系統(tǒng)，標志著“北斗”系統(tǒng)在技術和規(guī)劃上的重大突破。本來中國誠心與歐盟合作，一開始就定位“北斗”為區(qū)域導航系統(tǒng)，給“伽利略”計劃留下了毫無保留的施展空間。但是，事與愿違，歐方“骨子里”并沒有放棄輕視中國、壓制中國的心態(tài)，合作不到幾年，短暫的“蜜月期”一過，中歐雙方就合作開發(fā)問題常生沖突，中國抽身離去，留下為經費吵成一團的歐盟各國?，F(xiàn)在是73頁\一共有96頁\編輯于星期四競爭期（2008年-2009年）“北斗”橫空出世

技壓“歐系”衛(wèi)星由于實質參與歐洲“伽利略”衛(wèi)星導航系統(tǒng)受挫，中國決定“單干”。2006年11月，中國對外宣布，將在今后幾年內發(fā)射導航衛(wèi)星，開發(fā)自己的全球衛(wèi)星導航和定位系統(tǒng)，到2007年底，有關覆蓋全球的“北斗”二號系統(tǒng)計劃已經浮出水面。此時，歐盟還在內耗中沒有脫開身。直到2008年4月27日，“伽利略”系統(tǒng)的第二顆實驗衛(wèi)星才升空，此時距上次發(fā)射已經有差不多四年時間，這樣的進度，比最初的計劃推遲了整整五年?！氨倍贰倍枡M空出世，不僅使歐洲“伽利略”系統(tǒng)準備與美國GPS一爭高下的愿望大打折扣，也沖淡了“伽利略”未來的市場前景。“北斗”二號在技術上比“伽利略”更先進，定位精度甚至達到0.5米級，令歐洲人深受震撼。另一方面，之前“伽利略”計劃的推出，刺激了美國和俄羅斯加快技術更新，新一代GPS和新一代“格洛納斯”的定位精度等技術指標均很快反超“伽利略”，“伽利略”逐漸喪失了技術相對領先的優(yōu)勢。為轉變被動局面，歐洲人別無他法，只有增加財政投入，而此時歐洲航天局為了排擠中國，已經以法律形式規(guī)定所有開發(fā)資金均來源于歐盟公共資金，這就意味著，要想增大投入，還得在內部無休止地“吵”下去。歐洲人開始酸溜溜地說，中國“北斗”二號的技術“偷竊”自歐盟“伽利略”計劃，這樣的無聊之辭已經成為歐洲人自大自負又一例證。出于戰(zhàn)略的需要，中國并沒有完全放棄與歐盟“伽利略”計劃的合作，但這已經不能阻擋中國推出自主全球導航系統(tǒng)的步伐。按照國際電信聯(lián)盟通用的程序，中國已經向該組織通報了準備使用的衛(wèi)星發(fā)射頻率，這一頻率正好是歐洲“伽利略”系統(tǒng)準備用于“公共管理服務”的頻率。頻道是稀有資源。占得先機的美國和俄羅斯分別擁有最好的使用頻率，中國所看中的頻率被認為是美國和俄羅斯之后的“次優(yōu)”頻率。按照“誰先使用誰先得”的國際法原則，中國和歐盟成了此頻率的競爭者。然而，中國將在2009年發(fā)射三顆“北斗”二代衛(wèi)星，正式啟用該頻率，而歐盟連預定的三顆實驗衛(wèi)星都沒有射齊，注定要在這場“出乎意料”的競賽中敗下陣來，從而失去對頻率的所有權。中歐圍繞“伽利略”開發(fā)的曲折過程生動地證明，中歐只有真誠合作，平等相待，才能給雙方都帶來長遠利益。歐洲如不放棄自負自大的心態(tài)，繼續(xù)歧視和壓制中國，那么，最后受損失的還是歐洲自己。現(xiàn)在是74頁\一共有96頁\編輯于星期四2009年前后將有12顆衛(wèi)星發(fā)射升空。觀察人士分析，此舉意味著中國正在進行“北斗二號”的布網工作。屆時，由數十顆衛(wèi)星組成的與GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星數組，可以輕松實現(xiàn)不需要通過地面中心站聯(lián)系和傳輸信號的無源定位。定位精確在“厘米”之內

據悉，較之目前仍在運行的“北斗一號”，“北斗二號”在諸多方面具有優(yōu)勢，包括可以有效避免遭受電磁干擾和攻擊，實現(xiàn)無源定位。另外，在精確度方面，“北斗二號”也可以精確到“厘米”之內。中國此項技術優(yōu)勢將廣泛應用在氣象、交通、環(huán)境監(jiān)測等方面。據中國衛(wèi)星導航定位應用管理中心官員介紹，北斗衛(wèi)星導航定位第二代系統(tǒng)的研制建設工作目前已進入攻堅階段。2009年將有多顆衛(wèi)星發(fā)射升空，3年內完成系統(tǒng)組網，并具備基本的運行能力。在此基礎上將逐步發(fā)展到為全球服務。未來衛(wèi)星導航不僅在軍事，而且在交通運輸、氣象測報、國土測繪以及公共安全等領域都將發(fā)揮重要作用。作為國家重要的信息基礎和戰(zhàn)略設施，衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是國家綜合國力的重要標志。2003年12月，中國自行研發(fā)設計的“北斗一號”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)建成并正式開通運行，“北斗一號”精確度在10米之內。現(xiàn)在是75頁\一共有96頁\編輯于星期四8.4GPS接收機構造及其工作原理8.4.1GPS接收機的分類1、按接收機的用途分類

a)導航型接收機

此類型接收機主要用于運動載體的導航，它可以實時給出載體的位置和速度。這類接收機一般采用C/A碼偽距測量，單點實時定位精度較低，一般為±25mm。此類接收機還可以進一步分為：車載型——用于車輛導航定位；航海型——用于船舶導航定位；航空型——用于飛機導航定位。現(xiàn)在是76頁\一共有96頁\編輯于星期四信標型GPS接收機現(xiàn)在是77頁\一共有96頁\編輯于星期四b)測地型接收機

測地型接收機主要用于精密大地測量和精密工程測量。定位精度高。儀器結構復雜，價格較貴。授時型接收機這類接收機主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標準進行授時。c)受時型現(xiàn)在是78頁\一共有96頁\編輯于星期四2、按接收機的載波頻率分類

單頻接收機

單頻接收機只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測值進行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機只適用于短基線（<15km）的精密定位。雙頻接收機

雙頻接收機可以同時接收L1，L2載波信號。利用雙頻對電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對電磁波信號的延遲的影響，因此雙頻接收機可用于長達幾千公里的精密定位。3、按接收機通道數分類

GPS接收機能同時接收多顆GPS衛(wèi)星的信號，為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號，以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤、處理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號通道。根據接收機所具有的通道種類可分為：多通道接收機序貫通道接收機多路多用通道接收機現(xiàn)在是79頁\一共有96頁\編輯于星期四4、按接收機工作原理分類

碼相關型接收機碼相關型接收機是利用碼相關技術得到偽距觀測值。

平方型接收機平方型接收機是利用載波信號的平方技術去掉調制信號,來恢復完整的載波信號通過相位計測定接收機內產生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，測定偽距觀測值。

混合型接收機這種儀器是綜合上述兩種接收機的優(yōu)點，既可以得到碼相位偽距，也可以得到載波相位觀測值。

干涉型接收機這種接收機是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方法，測定兩個測站間距離。現(xiàn)在是80頁\一共有96頁\編輯于星期四8.4.2GPS接收機的構造和工作原理GPS系統(tǒng)由天線、主機、電池組成WGS-84坐標系（WorldGeodeticSystem)現(xiàn)在是81頁\一共有96頁\編輯于星期四北斗手持型用戶機——個人〔單兵〕掌控的北斗用戶產品●功能介紹

全天候的定位、授時和雙向報文通信功能，支持基于文本/航跡圖/指南針等多

提供移動條件下的優(yōu)化信號捕獲和處理策略，充分利用建筑物遮擋間隙進行導航和定位信息處理；

預留標準RS232串行數據接口，支持多種數據協(xié)議，兼通多種獨立外設，如各類外設PDA、掌上電腦、商務通、手提電腦、加固電腦設備等；

超大容量的信息處理和存儲能力，可存儲和管理定位信息100條、通信電文100條可全部鎖定航線10條、路標數據100個、地址薄信息100條、常規(guī)短語30條；

支持全屏手寫識別功能；自主研制的數字按鍵輸入法，輸入信息更快捷、更方便，使用環(huán)境更廣泛；

配備基于標準串口的職能數據維護和程序升級軟件，確保維護設備和備份數據更輕松、更安全；

配備獨創(chuàng)的基于地圖的智能導航信息管理軟件，實現(xiàn)可視化的導航信息編輯、維護和同步下載；

現(xiàn)在是82頁\一共有96頁\編輯于星期四北斗車載型用戶機●主要功能定位功能：

定位精度：20米1σ（非標校區(qū)100米1σ）；

定位頻度：受用戶申請的智能卡控制；

導航功能：

可設定、預置、存儲航路點、航線；

可自動計算偏航距離，偏航后還可以自動報警；

通信功能：

可進行短報文信息通信，并顯示報文內容并將接收到的信息存儲，以便查詢；

可編輯發(fā)送電文及編輯發(fā)送固定電文；

現(xiàn)在是83頁\一共有96頁\編輯于星期四北斗指揮型用戶機北斗指揮型用戶機是用于對集團用戶群進行管理指揮的特殊用戶機，是北斗系統(tǒng)通信和位置報告功能的體現(xiàn)。指揮型用戶機一般作為指揮調度網絡的中心使用。●主要功能

->具備普通用戶機的點對點通信、定位導航和定時功能；

->可