《GPS定位與導(dǎo)航》全套教學(xué)課件

2024/10/20

《GPS定位與導(dǎo)航》01_衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展02_衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用03_衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng)組成04_協(xié)議天球、地球坐標(biāo)系05_衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換06_衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)07_衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)08_衛(wèi)星星歷09_衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算10_GNSS信號(hào)與特點(diǎn)11_GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文12_絕對(duì)定位原理13_相對(duì)定位原理14_差分測(cè)量原理15_整周未知數(shù)確定與周跳修復(fù)16_衛(wèi)星導(dǎo)航原理17_衛(wèi)星有關(guān)誤差18_衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)誤差19_接收機(jī)有關(guān)的誤差20_GNSS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)21_GNSS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)22_技術(shù)設(shè)計(jì)書編寫23_GNSS接收機(jī)24_GNSS定位模式25_GNSS數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航26_基線向量解算27_GNSS網(wǎng)平差28_GNSS高程全套可編輯PPT課件2024/10/20

《GPS定位與導(dǎo)航》第一章緒論衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)概念衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展2024/10/20專業(yè)關(guān)鍵技術(shù)伴隨著新世紀(jì)誕生，具有強(qiáng)烈時(shí)代感和開拓性的特色學(xué)科GlobalPositioningSystem(GPS)

RemoteSensing(RS)“3S”技術(shù)支撐GeographicInformtionSystem(GIS)伴隨著新世紀(jì)誕生，具有強(qiáng)烈時(shí)代感和開拓性的特色專業(yè)2024/10/20[3Ｓ技術(shù)：數(shù)字地球智能化數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)]

傳感器=RS定位器=GPS信息管理與處理器=GIS2024/10/20世界的本質(zhì)是物質(zhì),而時(shí)間與空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的兩種基本形式位置：改變世界、改變?nèi)松?024/10/20位置改變世界2024/10/20人類通過對(duì)時(shí)間與空間的掌握與管理,來探索世界、改變世界、改變?nèi)松?024/10/20命運(yùn)與位置息息相關(guān)2024/10/20命運(yùn)與位置息息相關(guān)2024/10/20定位-----確定幾何位置(XYZ)導(dǎo)航----運(yùn)動(dòng)載體方向、速度及時(shí)間等。

§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展Where......GNSS-GlobalNavigationSatelliteSystem2024/10/20人造地球衛(wèi)星-----1984=14000顆1990=+6681顆……?衛(wèi)星測(cè)地系統(tǒng)NNSS-----美國海軍

GRANAS-----德國民用無線電定位STARFIX-----美國石油無線電定位GEOSTAR----美國私營LOCATAR----法國宇航局OmniTRACS----美、加、墨、日、奧交通管理ETS-V/EMS---日本海事

……

§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展2024/10/20衛(wèi)星測(cè)地系統(tǒng)GPS-----美國國防部GLONASS----蘇聯(lián)Galileo------歐共體北斗導(dǎo)航COMPASS

BD------中國……

§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展GPSGLONASSGalileoGPSGLONASS2024/10/20

§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展GLONASS102024/10/20

§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展2024/10/20

§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展/yyzx.html2024/10/20

課間新聞俄羅斯發(fā)射三顆GLONASS全球?qū)Ш较到y(tǒng)衛(wèi)星

2024/10/20§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展GPS由來1957年第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射；1958~1964年美國海軍衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)NNSS—子午（Transit）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；6顆衛(wèi)星導(dǎo)航；一小時(shí)定位；單點(diǎn)定位精度100~300米；1967年導(dǎo)航電文公開民用，大地測(cè)量精度1米1965年蘇聯(lián)海軍CICADA衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。給美國造成嚴(yán)重威脅，開始考虛缺陷。衛(wèi)星顆數(shù)少；軌道低；頻率低；精度低。2024/10/20§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展GPS產(chǎn)生-----滿足美國軍事需求：連續(xù)實(shí)時(shí)高精度導(dǎo)航定位1973年美國國防部研建軍事衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)NAVSTAR----NavigationSatelliteTimingAndRanging

測(cè)距授時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)GPS-----GlobalPositioningSystem

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)1993年正式建成投入使用2024/10/201.設(shè)計(jì)專用軍事碼P與民用碼CA；2.美國1983年制定限制政策(1).SA技術(shù)SelectiveAvailability選擇可用性技術(shù)；引入鐘參數(shù)等誤差，定位精度降低至100~300m(2).AS技術(shù)Anti-Spoofing反電子欺騙技術(shù)；P碼+W碼(保密)=Y3.GPS控制技術(shù)§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展2024/10/20美國政府的GPS政策SPS與PPSSPS–標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)使用C/A碼，民用2DRMS水平=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時(shí)間=340nsPPS–精密定位服務(wù)可使用P碼，軍用2DRMS水平=22m2DRMS垂直=27.7m2DRMS時(shí)間=200ns§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展2024/10/20SA（SelectiveAvailability)措施通過ε技術(shù)和δ技術(shù)實(shí)現(xiàn)，ε技術(shù)擾動(dòng)星歷數(shù)據(jù)，誤差是人為的隨機(jī)值，δ技術(shù)是對(duì)衛(wèi)星基準(zhǔn)信號(hào)引入一個(gè)高頻抖動(dòng)信號(hào)AS(Anti-Spoofing)措施為了防止對(duì)P碼進(jìn)行干擾,將P碼與機(jī)密的W碼進(jìn)行模2和形成Y碼§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展2024/10/20

SA（SelectiveAvailability)§1-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展2024/10/20

《GPS定位與導(dǎo)航》第一章緒論衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)2024/10/20GNSS特點(diǎn)1.全球性---全球范圍連續(xù)覆蓋；(4~12顆)2.全能性---三維位置、時(shí)間、速度…3.全天侯4.實(shí)時(shí)性----定位速度快；5.連續(xù)性6.高精度；7.保密性好；8.控制性強(qiáng)。§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用2024/10/20

1.

構(gòu)建特色專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃從CORS到網(wǎng)絡(luò)RTK

創(chuàng)新的能力本位教育模式開發(fā):

CBE-DACUM(CompetencyBasedEducation)-（DevelopingACurriculum）GPS網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)GPS-CORSGPS網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)GPS定位導(dǎo)航2024/10/20

§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

1.靜態(tài)應(yīng)用(1)建立地球空間框架；(2)監(jiān)測(cè)地球動(dòng)力系統(tǒng)—自轉(zhuǎn)、板塊運(yùn)動(dòng)、潮汐、海面地形…；(3)大地測(cè)量定位；(4)精密工程測(cè)量與變形監(jiān)測(cè)；(5)工程測(cè)量定位放樣；(6)精密授時(shí)服務(wù)；(7)氣象信息測(cè)量；(n)……海洋管理、工程、開發(fā)、保護(hù)2024/10/202.動(dòng)態(tài)應(yīng)用(1)導(dǎo)航----航天、航空、航海、陸地交通(2)定位----地理信息數(shù)據(jù)采集(3)姿態(tài)、時(shí)間與速度測(cè)量(4)海洋管理、工程、開發(fā)、保護(hù)(5)精細(xì)農(nóng)業(yè)(6)資源管理(8)科學(xué)考察(7)旅游探險(xiǎn)(n)……通信§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/20§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/20§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/20§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/20§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/201.GPS-CORS網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)體系GNSS-CORS網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)系統(tǒng)防火墻臺(tái)站服務(wù)器臺(tái)站服務(wù)器群集服務(wù)器群集服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器RTK代理服務(wù)器圖5GPS-CORS綜合服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)體系TCP\IPRadio2024/10/20§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/203.應(yīng)用前景

繼通信、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三個(gè)IT新增長點(diǎn)LBS(LocationBasedService)MPS(MobilePositionService)

§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/20全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用兩大亮點(diǎn)亮點(diǎn)一：以車載導(dǎo)航為核心的移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控、管理與服務(wù)市場(chǎng)快速啟動(dòng)。基于位置的信息服務(wù)無疑將是未來衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)最廣闊、最具潛力和最引人注目的發(fā)展方向之一。財(cái)產(chǎn)監(jiān)控、導(dǎo)航服務(wù)、信息提供、移動(dòng)辦公§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/20全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用兩大亮點(diǎn)亮點(diǎn)二：

面向個(gè)人消費(fèi)者的移動(dòng)信息終端將大為流行。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位設(shè)備的小型化甚至芯片化，各種嵌入式電子產(chǎn)品種類極大豐富，并與人們的生活越來越緊密地結(jié)合在一起。

。美國政府規(guī)定2010年每手機(jī)都必須有衛(wèi)星移動(dòng)定位功能§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/20在未來5~10年內(nèi)，地理空間信息(Geo-Information)將實(shí)現(xiàn)隨時(shí)(anytime)、隨地(anywhere)為所有的人(anybody)和所有的事(anything)提供實(shí)時(shí)服務(wù)(4A服務(wù))。§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/202002年

2003年

2004年

2005年

2006年

衛(wèi)星定位導(dǎo)航產(chǎn)值估測(cè)圖

2010年：500億元……2012年§1-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

2024/10/20§1-2GNSS應(yīng)用-港口管理

2010年：500億元2024/10/20§1-2GNSS應(yīng)用-港口管理

2010年：500億元2024/10/20§1-2GNSS應(yīng)用-漁業(yè)管理

2010年：500億元2024/10/20§1-3GNSS應(yīng)用-漁業(yè)管理

2010年：500億元北斗通信特色2024/10/20§1-2GNSS應(yīng)用-漁業(yè)管理

2010年：500億元2024/10/20§1-2GNSS應(yīng)用-漁業(yè)管理

2010年：500億元2024/10/20

SA（SelectiveAvailability)展望

2024/10/20

SA（SelectiveAvailability)

展望

2024/10/20

SA（SelectiveAvailability)展望

2024/10/20

SA（SelectiveAvailability)展望

2024/10/20教材導(dǎo)航:IntersiveReaderP1-8CordReaderP185-225作業(yè)1：1、試創(chuàng)作你最需要的GNSS定位應(yīng)用故事，設(shè)想當(dāng)今和未來GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。要求：有思想、有特色、.pdf第一章

緒論2024/10/20

《GPS定位與導(dǎo)航》

第一章緒論GPS地面控制系統(tǒng)GPS接收機(jī)GPS星座概述2024/10/20課程結(jié)構(gòu)

GNSS組成

空間基準(zhǔn)

時(shí)間基準(zhǔn)衛(wèi)星位置衛(wèi)星信號(hào)定位原理定位誤差定位設(shè)計(jì)定位設(shè)備

定位測(cè)量數(shù)據(jù)處理

原

理應(yīng)用2024/10/20

方法能力點(diǎn)素質(zhì)點(diǎn)課堂教育

教育評(píng)價(jià)實(shí)踐教育

創(chuàng)新應(yīng)用能力CDIO+CBE學(xué)習(xí)方法知識(shí)點(diǎn)2024/10/20§1-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)組成空間部分控制部分用戶部分GPSGPSGPSGPS2024/10/201.GPS系統(tǒng)組成§1-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)組成2024/10/20一、

GPS星座概述1.GPS星座構(gòu)成衛(wèi)星配置工作衛(wèi)星-----21顆備用衛(wèi)星-----3顆衛(wèi)星分布衛(wèi)星分布于6個(gè)軌道面傾角----550高度----20200KM2024/10/20GPS衛(wèi)星運(yùn)行周期每12恒星時(shí)（11h58min)沿近圓軌道運(yùn)行一圈

；每天提前約2-4分鐘衛(wèi)星服務(wù)年限設(shè)計(jì)壽命為7.5-10年衛(wèi)星重量GPS衛(wèi)星重約800Kg星座系統(tǒng)特點(diǎn)；保證全球范圍任何時(shí)候至少同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星一、

GPS星座概述2024/10/202.GPS衛(wèi)星(1).GPS衛(wèi)星結(jié)構(gòu)圓柱形=1.5m雙葉太陽能板一、

GPS星座概述2024/10/20GPS衛(wèi)星結(jié)構(gòu)核心：

高穩(wěn)定原子頻標(biāo)一、

GPS星座概述2024/10/20(1).GPS衛(wèi)星結(jié)構(gòu)(續(xù))導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器偽躁聲碼發(fā)生器

S波段接收機(jī)L波段雙頻發(fā)射機(jī)一、

GPS星座概述2024/10/20(2).GPS衛(wèi)星功能連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)(GPS信號(hào)),確定自己的現(xiàn)勢(shì)位置以及其它在軌衛(wèi)星的概略位置飛越注入站上空時(shí),接受由地面站用S波段(10厘米波段)發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其它有關(guān)信息接受地面主控站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令發(fā)送信號(hào)+接受導(dǎo)航電文\命令一、

GPS星座概述2024/10/20(3).GPS衛(wèi)星分類BLOCK1----(1978~1985)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)BLOCK2----(1989~1994)工作系統(tǒng)BLOCK3----(1995~)更新系統(tǒng)GPS衛(wèi)星及性能一、

GPS星座概述2024/10/20可觀測(cè)的GPS衛(wèi)星狀況一、

GPS星座概述2024/10/20衛(wèi)星定位系統(tǒng)的比較一、

GPS星座概述2024/10/20二、GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)(1)GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)種類主控站---1(美國聯(lián)合空軍執(zhí)行中心)監(jiān)控站---5(美軍事基地)注入站---3(美軍事基地)2024/10/20(2)GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)分布二、GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)2024/10/20(3)GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)作用1.監(jiān)測(cè)站

----

收集偽距、積分多普勒觀測(cè)值、衛(wèi)星時(shí)鐘、工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等2.主控站----根據(jù)收集數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、狀態(tài)數(shù)據(jù)、信號(hào)電離層延遲改正等，編算導(dǎo)航電文并傳送到注入站，診斷衛(wèi)星狀態(tài)，調(diào)度衛(wèi)星注入站

----將衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時(shí)鐘鐘差等參數(shù)和各種控制命令發(fā)送到GPS衛(wèi)星收集信號(hào)+計(jì)算導(dǎo)航電文+發(fā)送命令二、GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)2024/10/20二、GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)2024/10/20三、GPS用戶設(shè)備

GPS用戶設(shè)備(1)硬件GPS

接收機(jī)GPS

天線GPS

控制器計(jì)算機(jī)(無線電臺(tái))終端(2)軟件數(shù)據(jù)采集軟件基線處理軟件網(wǎng)平差軟件設(shè)備參數(shù)設(shè)置與斷診軟件2024/10/20靜態(tài)工作動(dòng)態(tài)工作三、GPS用戶設(shè)備2024/10/20三、GPS用戶設(shè)備2024/10/20第一章緒論關(guān)鍵詞1、GNSS=GPS、GLONASS、COMPASS（北斗）2、GNSS系統(tǒng)=組成、功能3、GNSS特點(diǎn)=8個(gè)特性2024/10/20第一章緒論關(guān)鍵詞2024/10/20東方紅一號(hào)2024/10/20

《GPS定位與導(dǎo)航》第二章

衛(wèi)星定位坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)協(xié)議天球坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)的類型

2024/10/20一、GNSS導(dǎo)航定位的空間坐標(biāo)系統(tǒng)

天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

§2-1協(xié)議天球、地球坐標(biāo)系2024/10/201、天球的概念以地球質(zhì)心M為球心，以任意長為半徑的假想球體。

二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/20天球坐標(biāo)系坐標(biāo)系特征天軸與天極

地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸，天軸與天球面的交點(diǎn)稱為天極，交點(diǎn)Pn為北天極，位于北極星附近，Ps為南天極。位于地球北半球的觀測(cè)者，因地球遮擋不能看到南天極天球赤道面與天球赤道通過地球質(zhì)心M且垂直于天軸的平面稱為天球赤道面，與地球赤道面重合。天球赤道面與天球面的交線稱為天球赤道。天球子午面與天球子午圈包含天軸的平面稱為天球子午面，與地球子午面重合。天球子午面與天球面的交線為一大圓，稱為天球子午圈。天球子午圈被天軸截成的兩個(gè)半圓稱為時(shí)圈二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/20天球坐標(biāo)系坐標(biāo)系特征黃道地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道面稱為黃道面。黃道面與赤道面的夾角ε稱為黃赤交角，約為23.5°。黃道面與天球面相交成的大圓叫黃道，也就是地球上的觀測(cè)者見到太陽在天球面上的運(yùn)行軌道。黃極通過天球中心且垂直于黃道面的直線與天球面的兩個(gè)交點(diǎn)稱為黃極，靠近北天極Pn的交點(diǎn)Πn稱為北黃極，Πs稱為南黃極。春分點(diǎn)當(dāng)太陽在黃道上從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)Γ，也就是春分時(shí)刻太陽在天球上的位置。春分之前，春分點(diǎn)位于太陽以東。春分過后，春分點(diǎn)位于太陽以西。春分點(diǎn)與太陽之間的距離每日改變約1°。二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/202、天球坐標(biāo)系

天球空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)系特征坐標(biāo)原點(diǎn)地球質(zhì)心Mz軸指向北天極Pnx軸指向春分點(diǎn)Γy軸垂直于xMz平面天體的三維坐標(biāo)（x，y，z）二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/202、天球坐標(biāo)系

天球球面坐標(biāo)系坐標(biāo)系特征坐標(biāo)原點(diǎn)地球質(zhì)心M赤經(jīng)天球子午面與春分點(diǎn)所在天球子午面之間的夾角α赤緯天體到原點(diǎn)M的連線與天球赤道面之間的夾角δ向徑天體至原點(diǎn)的距離r天體的三維坐標(biāo)（α，δ，r）二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/203、協(xié)議天球坐標(biāo)系

（1）歲差影響

歲差：由于日月對(duì)地球赤道隆起部分的引力作用，使得地球自轉(zhuǎn)受到外力矩作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。特點(diǎn)：從北天極上方觀察時(shí)，北天極繞北黃極在圓形軌道上沿順時(shí)針方向緩慢運(yùn)動(dòng)，致使春分點(diǎn)每年西移50.2″，25800年移動(dòng)一周。二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/203、協(xié)議天球坐標(biāo)系

在歲差影響下北天極稱為瞬時(shí)平北天極，相應(yīng)的春分點(diǎn)稱為瞬時(shí)平春分點(diǎn)。瞬時(shí)平北天極繞北黃極旋轉(zhuǎn)的圓稱為歲差圓。二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/203、協(xié)議天球坐標(biāo)系

（2）章動(dòng)的影響

章動(dòng)

：由于月球軌道和月地距離的變化，使實(shí)際北天極沿橢圓形軌道繞瞬時(shí)平北天極旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。特點(diǎn)：在章動(dòng)影響下，實(shí)際北天極稱為瞬時(shí)北天極，相應(yīng)的春分點(diǎn)稱為真春分點(diǎn)。瞬時(shí)北天極繞瞬時(shí)平北天極旋轉(zhuǎn)的橢圓叫章動(dòng)橢圓，長半徑約為9.2″。周期為18.6年。二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/203

、協(xié)議天球坐標(biāo)系

（3）協(xié)議天球坐標(biāo)系選擇某一時(shí)刻作為標(biāo)準(zhǔn)歷元，并將標(biāo)準(zhǔn)歷元的瞬時(shí)北天極和真春分點(diǎn)作章動(dòng)改正，得z軸和x軸的指向。國際大地測(cè)量學(xué)協(xié)會(huì)（IAG）和國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）決定，從1984年1月1日起，以2000年1月15日為標(biāo)準(zhǔn)歷元。

二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/203、協(xié)議天球坐標(biāo)系

平天球坐標(biāo)系坐標(biāo)系特征坐標(biāo)原點(diǎn)

地球質(zhì)心Mz軸指向2000年1月15日的瞬時(shí)北天極Pnx軸指向2000年1月15日的瞬時(shí)春分點(diǎn)Γy軸垂直于xMz平面，二、協(xié)議天球坐標(biāo)系2024/10/20地球坐標(biāo)系統(tǒng)空間坐標(biāo)系曲面坐標(biāo)系平面坐標(biāo)系地心參心站心地心空間直角坐標(biāo)系地球橢球面參考橢球面大地水準(zhǔn)面投影平面參心空間直角坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系參心大地坐標(biāo)系站心空間直角坐標(biāo)系天文坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/201、地心空間直角坐標(biāo)系(XW,YW,ZW)坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，Z軸指向地球的北極，X軸指向起始子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸呈90

夾角。地球三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/202、參心空間直角坐標(biāo)系(XL,YL,ZL)坐標(biāo)系原點(diǎn)位于參考橢球的中心，Z軸指向參考橢球的北極，X軸指向起始子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸呈90

夾角。

參考橢球三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/203、大地坐標(biāo)系(B,L,h)三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/204、1954年北京坐標(biāo)系該坐標(biāo)系源自于原蘇聯(lián)采用過的1942年馬爾科夫坐標(biāo)系。建國前，我國沒有統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系統(tǒng)，建國初期，在蘇聯(lián)專家的建議下，建立起了全國統(tǒng)一的1954年北京坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，該橢球的參數(shù)為：三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/201954年北京坐標(biāo)系橢球未重新定位，由前蘇聯(lián)西伯利亞地區(qū)的一等鎖傳算，存在著很多缺點(diǎn)。參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面呈西高東低的系統(tǒng)性傾斜，東部高程異常達(dá)60余米，最大達(dá)67米。局部分區(qū)平差得到的，區(qū)與區(qū)之間有較大的隙距，同一點(diǎn)在不同區(qū)的坐標(biāo)值相差1-2米，坐標(biāo)傳遞從東北到西北和西南，具有明顯的坐標(biāo)積累誤差。

三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/205、1980年西安坐標(biāo)系地球橢球參數(shù)四個(gè)幾何和物理參數(shù)采用IAG1975年的推薦值:橢球短軸平行于地球的自轉(zhuǎn)軸（由地球質(zhì)心指向1968.0JYD地極原點(diǎn)方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)符合最好。三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/206、2000中國大地坐標(biāo)系CGCS2000=China

GeodeticCoordinate

System2000

坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0起始子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸呈90

夾角。三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/202000中國大地坐標(biāo)系參數(shù)CGCS2000=China

GeodeticCoordinate

System2000

參數(shù)名稱CGCS2000橢球參數(shù)WGS-84橢球參數(shù)參數(shù)差值備注a6378137m6378137m0地球赤道長半徑1/f298.257222101298.2572235630.000001462幾何扁率GM3986004.418

1083986004.418

1080地球(包括大氣)的地心引力常數(shù)

7292115

10117292115

10110地球旋轉(zhuǎn)速度b6356752.3141m6356752.3142m0.0001地球赤道短半徑三、協(xié)議地球坐標(biāo)系2024/10/20

§3-4GPS衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

地球2024/10/20《GPS定位與導(dǎo)航》第二章

衛(wèi)星定位坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換GPS坐標(biāo)系統(tǒng)BD坐標(biāo)系統(tǒng)2024/10/201、WGS-84大地坐標(biāo)系統(tǒng)(WorldGeodicalSystem-84)由美國國防部制圖局建立協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS，GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng).坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0起始子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸呈90

夾角。

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

1.GPS坐標(biāo)系統(tǒng)2024/10/20WGS-84

橢球參數(shù)IAC+IUGG聯(lián)合會(huì)17屆推薦值:長半軸:a=6378137m2m地球引力常數(shù):GM=39860051080.6108(m3s-2)正?；A帶諧系數(shù)C2.0=-484.1668510-61.3010-6地球自轉(zhuǎn)角速度=729211510-110.1510-11橢球極偏率:f84=1/298.257223563

1.GPS坐標(biāo)系統(tǒng)2024/10/202000中國大地坐標(biāo)系CGCS2000=China

GeodeticCoordinate

System2000

坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0起始子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸呈90

夾角。

2.BD坐標(biāo)系統(tǒng)2024/10/202000中國大地坐標(biāo)系CGCS2000=China

GeodeticCoordinate

System2000

2.BD坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)名稱CGCS2000橢球參數(shù)WGS-84橢球參數(shù)參數(shù)差值備注a6378137m6378137m0地球赤道長半徑1/f298.257222101298.2572235630.000001462幾何扁率GM3986004.418

1083986004.418

1080地球(包括大氣)的地心引力常數(shù)

7292115

10117292115

10110地球旋轉(zhuǎn)速度b6356752.3141m6356752.3142m0.0001地球赤道短半徑2024/10/203、坐標(biāo)系變換方法(1)空間直角坐標(biāo)系與空間大地坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換在相同的基準(zhǔn)下，空間大地坐標(biāo)系向空間直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法為：其中：為卯酉圈的半徑；a為地球橢球長半軸；b為地球橢球的短半軸。

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

在相同的基準(zhǔn)下，空間直角坐標(biāo)系向空間大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法為：在采用上式進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，需要采用迭代的方法，先將B求出，最后在確定H。

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)間

轉(zhuǎn)換模型

其中，

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

(2)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換方法不同坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換本質(zhì)上是不同基準(zhǔn)間的轉(zhuǎn)換，布爾沙模型=七參數(shù)轉(zhuǎn)換法是：

設(shè)兩空間直角坐標(biāo)系間有七個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)―3個(gè)平移參數(shù)、3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個(gè)尺度參數(shù)。

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20基本轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)表達(dá)平移變換

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20縮放變換

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20旋轉(zhuǎn)變換

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

(3)

WGS-84坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

1.目的：WGS-842.方法：1)直接法坐標(biāo)正算-----W(B、L、H)W(X、Y、Z)P(X、Y、Z)2)間接法GPS網(wǎng)約束平差高精度轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換

BJ-Z54GB-Z80

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

3）Bursa-Walf模型----W(X、Y、Z)P(X、Y、Z)設(shè)：OW=(XWYWZW)OP=(XPYP

ZP)重合點(diǎn)i(XiWYiWZiW)(XiPYiPZiP)

i

OW

OP

ZP

XP

YP

ZW

XW

XiW

XiP

X

X

Y

Z

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

3）Bursa-Walf模型

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

3）Bursa-Walf模型為某點(diǎn)在空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)的坐標(biāo)；為該點(diǎn)在空間直角坐標(biāo)系B的坐標(biāo)；為空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系B的平移參數(shù)；

（1+K)-----為空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系B的尺度參數(shù)。

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

為空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系B的旋轉(zhuǎn)參數(shù)；

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

七參數(shù)模型，至少三個(gè)以上重合點(diǎn)聯(lián)立求解

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

§2-2衛(wèi)星定位坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換2024/10/20

§3-4GPS衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

地球投影2024/10/20

《GPS定位與導(dǎo)航》第二章

衛(wèi)星定位坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)GPS時(shí)間系統(tǒng)

時(shí)間系統(tǒng)概念時(shí)間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換2024/10/20

§2-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)一、時(shí)間系統(tǒng)的重要意義1.衛(wèi)星測(cè)量:

跟蹤站對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行定軌時(shí)，每給出衛(wèi)星位置的同時(shí)，必須給出對(duì)應(yīng)的瞬間時(shí)刻。當(dāng)要求GPS衛(wèi)星位置的誤差小于1cm時(shí)，相應(yīng)的時(shí)間誤差應(yīng)小于2

s．2.衛(wèi)星定位:要準(zhǔn)確地測(cè)定觀測(cè)站至衛(wèi)星的距離，必須精確地測(cè)定信號(hào)的傳播時(shí)間。如果要求距離誤差小于1cm，則信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定誤差應(yīng)小于0.03ns。

2024/10/20

二、時(shí)間系統(tǒng)1.時(shí)間概念時(shí)間表示方法歷法=羅馬歷\格里高利\農(nóng)歷儒略日=連續(xù)數(shù)字表示JD

時(shí)間系統(tǒng)=原點(diǎn)(起始?xì)v元)+尺度(時(shí)間單位)

§2-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)2024/10/20

二.時(shí)間系統(tǒng)儒略日:GPS時(shí)間=最大單位:Week:604800秒GPS時(shí)間表示=WN+TOW

§2-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)2024/10/20

二.時(shí)間系統(tǒng)

2.世界時(shí)UT------=平子夜零時(shí)起算的格林尼治平太陽時(shí).UTl=UT+地球極移改正

UT2=UTl+地球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性變化改正。

§2-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)2024/10/20

二.時(shí)間系統(tǒng)

3.協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC原點(diǎn)=國際原子時(shí)IAT零時(shí)(物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)特征)=1958年1月1日零時(shí)0UT2尺度=國際原子時(shí)IAT原子時(shí)秒長

§2-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)2024/10/20

三.GPS時(shí)間系統(tǒng)

原點(diǎn)=1980年1月6日UTC零時(shí)尺度=采用原子時(shí)IAT秒長作為時(shí)間基準(zhǔn).注意!自1980年1月6日起算的GPS周數(shù)，比如至1999年8月22日0時(shí)，其GPS周數(shù)為1023周.

§2-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)2024/10/20

四、時(shí)間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換1.世界時(shí)UT與原子時(shí)IAT2.世界時(shí)UT與協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC3.GPS時(shí)間與原子時(shí)IAT式中常量偏差19s是IAT在1958年1月1日0時(shí)啟動(dòng)至1980年1月6日0時(shí)原子時(shí)與世界時(shí)之差。

(IAT

-UT2

)1958.0=-0.0039s(UTC

–UT1

)

=△T<1S(IAT

-GPS)

=19s

§2-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)2024/10/20

？

§2-3衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)間系統(tǒng)2024/10/20

§2-5GPS時(shí)間系統(tǒng)

？衛(wèi)星發(fā)射準(zhǔn)備2024/10/20

《GPS定位與導(dǎo)航》第三章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)及坐標(biāo)計(jì)算

衛(wèi)星受攝運(yùn)動(dòng)

衛(wèi)星無攝運(yùn)動(dòng)2024/10/20一、衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)無攝運(yùn)動(dòng)地球質(zhì)心引力---理想的軌道---中心引力---二體問題開普勒運(yùn)動(dòng)

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

2024/10/201.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程2.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)特征開普勒定律

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/203.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道參數(shù)(1)開普勒軌道參數(shù)=軌道坐標(biāo)系統(tǒng)橢圓長半徑as偏心率es

升交點(diǎn)的赤經(jīng)

軌道面的傾角i近地點(diǎn)角距

s

真近點(diǎn)角fs

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/203.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道參數(shù)(1)開普勒軌道參數(shù)=軌道坐標(biāo)系統(tǒng)橢圓長半徑as偏心率es

升交點(diǎn)的赤經(jīng)

軌道面的傾角i近地點(diǎn)角距

s

----升交點(diǎn)與近地點(diǎn)之間地心夾角.真近點(diǎn)角fs---確定任意時(shí)刻衛(wèi)星在軌道上位置

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)確定橢圓的形狀和大小確定衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對(duì)定向2024/10/204.真近點(diǎn)角fs的計(jì)算確定衛(wèi)星空間位置與時(shí)間的關(guān)系。引進(jìn)計(jì)算真近點(diǎn)角的兩個(gè)輔助參數(shù)Es和Ms。Es=偏近點(diǎn)角:假設(shè)過衛(wèi)星質(zhì)心ms,作平行于橢圓短半軸的直線，則m’為該直線與近地點(diǎn)至橢圓中心連線的交點(diǎn)，m“為該直線與以橢圓中心為原點(diǎn)，并以as為半徑的大圓的交點(diǎn)。Es就是在橢圓平面上，近地點(diǎn)P至m”點(diǎn)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角。Ms平近點(diǎn)角:

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

2024/10/20真近點(diǎn)角fs的計(jì)算

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/20二、衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)地球非對(duì)稱性引力日月引力大氣阻力光輻射壓力攝動(dòng)力=中心引力10—3量級(jí)---偏離理想軌道---隨時(shí)間而變化

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)結(jié)論：開普勒軌道參數(shù)變?yōu)闀r(shí)間的函數(shù)。2024/10/201.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的攝動(dòng)力（1）地球非中心引力Fm（2）太陽引力Fs和月球引力Fn（3）太陽光的直接與間接輻射壓力Fr（4）大氣阻力Fa（5）地球潮汐作用力（6）磁力及其他作用力；結(jié)論：開普勒軌道參數(shù)變?yōu)闀r(shí)間的函數(shù)。

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)攝2024/10/202、衛(wèi)星受攝動(dòng)力影響在攝動(dòng)力加速度的影響下，衛(wèi)星運(yùn)行的開普勒軌道參數(shù)，不再保持常數(shù)而變?yōu)闀r(shí)間的函數(shù)。衛(wèi)星運(yùn)行的軌道，因各種攝動(dòng)力加速度影響而產(chǎn)生的偏差；

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/203.衛(wèi)星受攝運(yùn)動(dòng)方程（1）地球質(zhì)心引力與各種攝動(dòng)力的總和（2）受攝運(yùn)動(dòng)方程F=F（X，Y，Z，

,t)

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)地球M2024/10/204、地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星軌道的影響（1）原因=地球體的不均勻和不規(guī)則性，引起地球引力場(chǎng)的攝動(dòng)，地球引力位模型含有一攝動(dòng)位

V

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/20（2）地球引力位

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/20（3）地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星軌道的影響引起軌道平面在空間旋轉(zhuǎn)，使升交點(diǎn)赤經(jīng)

產(chǎn)生周期性變化引起近地點(diǎn)在軌道平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致近升角距

變化

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/20引起平近點(diǎn)角M的變化結(jié)論:衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)實(shí)際并不在同一平面上，而是在空間畫出一條螺旋狀的曲線

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/205、日、月引力對(duì)衛(wèi)星軌道攝動(dòng)影響（1）原因=萬有引力（2）攝動(dòng)位（3）日、月攝動(dòng)位引起衛(wèi)星軌道攝動(dòng)力

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/20結(jié)論:日、月引力引起的衛(wèi)星位置攝動(dòng)表現(xiàn)為長周期攝動(dòng)。作用在衛(wèi)星上加速度約為5x10％(m／s2)，如果忽視這項(xiàng)影響，將造成GPS衛(wèi)星在3h弧段上，在徑向、法向和切向上產(chǎn)生50一150m的位置誤差。

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/206、太陽光壓對(duì)衛(wèi)星軌道攝動(dòng)影響（1）原因=衛(wèi)星在運(yùn)行中，將直接或間接受太陽光輻射壓力的影響（2）攝動(dòng)加速度與衛(wèi)星、太陽、地球三者間的相對(duì)應(yīng)位置有關(guān)與衛(wèi)星表面的反射特性、衛(wèi)星接收陽光照射的有效截面積以及衛(wèi)星質(zhì)量的比有關(guān).

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/20結(jié)論:

太陽光壓對(duì)GPS衛(wèi)星約產(chǎn)生10-7m·s-2的攝動(dòng)力加速度，忽略影響，可使衛(wèi)星在3h弧段上產(chǎn)生5—10m的位置偏差。

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/207、固體潮及海洋潮汐攝動(dòng)影響固體潮和海洋闡汐也將改變地球重力位，進(jìn)而對(duì)GPS衛(wèi)星產(chǎn)生攝動(dòng)加速度，其量級(jí)約為10-9m／s2。如果忽略固體潮汐的影響，在2天的運(yùn)動(dòng)弧段上將產(chǎn)生0．5—1m的軌道誤差。而忽略海洋潮汐的影響，也將對(duì)2天的弧段產(chǎn)生1—2m的軌道誤差。

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/208、大氣的攝動(dòng)影響影響量值主要取決于大氣密度、衛(wèi)星截面積與質(zhì)量之比及衛(wèi)星運(yùn)行速度。但GPS衛(wèi)星的運(yùn)行高度在20000km以上，那里大氣密度極小，一般可以忽略其對(duì)軌道的影響。

§3-1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)2024/10/20

§3-4GPS衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

火箭發(fā)射

《GPS定位與導(dǎo)航》第三章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)及坐標(biāo)計(jì)算

星歷概念精密星歷預(yù)報(bào)星歷一、衛(wèi)星星歷概念1.定義:描述衛(wèi)星某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌道的數(shù)據(jù)信息.2.衛(wèi)星星歷種類預(yù)報(bào)星歷(廣播星歷)后處理星歷(精密星歷)

§2-2衛(wèi)星星歷

§3-2衛(wèi)星星歷一、衛(wèi)星星歷概念1、預(yù)報(bào)（廣播）星歷——監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)時(shí)間序列外推估注入的軌道參數(shù)。2、精密（后處理）星歷——全球GPS跟蹤網(wǎng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的軌道參數(shù)。二、預(yù)報(bào)星歷1.定義:通過衛(wèi)星發(fā)射到用戶接收機(jī)的含有軌道信息的導(dǎo)航電文信號(hào)。2.內(nèi)容:相對(duì)某一參考?xì)v元的6個(gè)開普勒軌道參數(shù)和必要的9個(gè)軌道攝動(dòng)正項(xiàng)參數(shù),以及參考時(shí)刻和星歷數(shù)據(jù)齡期，共計(jì)17個(gè)星歷參數(shù)。軌道六參數(shù)

§2-2衛(wèi)星星歷

§2-2衛(wèi)星星歷

偏近點(diǎn)角：S’O’P=E真近點(diǎn)角：SOP＝f平近點(diǎn)角：M＝E－esinE(e2=(a2-b2)/a2)平近點(diǎn)角是衛(wèi)星經(jīng)過近地點(diǎn)后以平均角速度運(yùn)行時(shí)，向徑OS和OP的夾角§2-2衛(wèi)星星歷§2-2衛(wèi)星星歷升交點(diǎn)赤經(jīng)近地點(diǎn)角距真近點(diǎn)角升交距角

二、預(yù)報(bào)星歷攝動(dòng)改正參數(shù)：

§2-2衛(wèi)星星歷平均角速度n的改正數(shù)升交點(diǎn)赤經(jīng)的變化率軌道傾角的變化率升交距角的余弦及正弦調(diào)和改正數(shù)的振幅軌道傾角的的余弦及正弦調(diào)和改正數(shù)的振幅衛(wèi)星至地心的距離的余弦及正弦調(diào)和改正數(shù)的振幅3.預(yù)報(bào)星歷數(shù)據(jù)格式（1）RINEX數(shù)據(jù)格式

§2-2衛(wèi)星星歷3.預(yù)報(bào)星歷數(shù)據(jù)格式（2）預(yù)報(bào)星歷RINEX內(nèi)容

§2-2衛(wèi)星星歷（2）預(yù)報(bào)星歷RINEX內(nèi)容

§2-2衛(wèi)星星歷Rinex格式的版本號(hào)/文件類型創(chuàng)建本數(shù)據(jù)文件所采用的程序名稱/單位名稱/日期歷書中電離層參數(shù)A0-A3歷書中電離層參數(shù)B0-B3用于計(jì)算UTC時(shí)間的歷書參數(shù)：由于跳秒所產(chǎn)生的時(shí)間差文件頭節(jié)的最后一個(gè)記錄（2）預(yù)報(bào)星歷RINEX內(nèi)容

§2-2衛(wèi)星星歷

（3）預(yù)報(bào)星歷內(nèi)容有關(guān)參數(shù)含義

鐘差：相對(duì)于GPS時(shí)系的時(shí)間偏差鐘偏（鐘速）：相對(duì)于實(shí)際頻率的偏差系數(shù)鐘漂：時(shí)鐘頻率的漂移系數(shù)

§2-2衛(wèi)星星歷（3）預(yù)報(bào)星歷內(nèi)容有關(guān)參數(shù)含義toe:從周日子夜零點(diǎn)開始度量的星歷參考時(shí)刻AODE:星歷表數(shù)據(jù)齡期

AODE=toe-tL

tL：作預(yù)報(bào)星歷的作后觀測(cè)時(shí)間AODC:星鐘數(shù)據(jù)齡期

AODC=toc-tLToc第一數(shù)據(jù)塊的參考時(shí)刻

§2-2衛(wèi)星星歷5.預(yù)報(bào)星歷特點(diǎn)GPS衛(wèi)星發(fā)射的廣播星歷，每2小時(shí)更新一次。則外推的時(shí)間間隔最大將不會(huì)超過1小時(shí)。預(yù)報(bào)星歷的精度一般約為20—40m。注入站----將衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時(shí)鐘鐘差等參數(shù)和各種控制命令發(fā)送到GPS衛(wèi)星

§2-2衛(wèi)星星歷三、精密星歷1.定義:根據(jù)地面跟蹤站所獲得的精密觀測(cè)資料計(jì)算而得到的星歷.2.特點(diǎn):一種不包含外推誤差的實(shí)測(cè)星歷，其精度可達(dá)分米級(jí)。用戶無法實(shí)時(shí)通過衛(wèi)星信號(hào)而獲得、只能在事后通過電傳、網(wǎng)絡(luò)等通訊媒體向用戶傳遞，并且它是一種有償服務(wù)。

§2-2衛(wèi)星星歷3、精密星歷服務(wù)提供精密星歷的組織：一個(gè)是美國國防制圖局(DMA),一個(gè)是國際GPS動(dòng)力學(xué)服務(wù)IGS（InternationalGPSserviceforgeodynamics)。DMA主要提供精密星歷。其精密星歷是基于GPS系統(tǒng)5個(gè)監(jiān)測(cè)站的平滑偽距數(shù)據(jù)產(chǎn)生的，以等間隔時(shí)間上位置和速度形式給出，位置精度在2m左右，供軍方用戶使用，一般民間用戶不易得到。IGS是國際大地測(cè)量協(xié)會(huì)1993年建立的國際科學(xué)服務(wù)組織，其機(jī)構(gòu)包括GPS跟蹤網(wǎng)站、數(shù)據(jù)中心、分析中心、分析協(xié)調(diào)員、中央局和管理委員會(huì)。其主要任務(wù)是利用GPS空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)研究地殼運(yùn)動(dòng)、監(jiān)測(cè)海(冰)面變化、地球自轉(zhuǎn)、極移以及大地坐標(biāo)系維持等地球科學(xué)問題。

§2-2衛(wèi)星星歷3、精密星歷服務(wù)IGS服務(wù)目前對(duì)大陸地區(qū)關(guān)閉，不能通過軟件自動(dòng)下載?？梢酝ㄟ^網(wǎng)站下載。方法一：ftp：//garner.ucsd.eud/pub/products方法二：/components/prods_cb.html

/components/prods_cb.html

§2-2衛(wèi)星星歷3、精密星歷服務(wù)

§2-2衛(wèi)星星歷3、精密星歷服務(wù)

方法二：/components/prods_cb.html

§2-2衛(wèi)星星歷3、精密星歷服務(wù)精密星歷種類：事后精密星歷(IGS)、快速精密星歷(IGR)、預(yù)報(bào)精密星歷(IGU)事后精密星歷：igsWWWWd.sp3精密衛(wèi)星鐘差：igsWWWWd.clk

§2-2衛(wèi)星星歷4、精密星歷數(shù)據(jù)格式

§2-2衛(wèi)星星歷4、精密星歷數(shù)據(jù)格式P型：每隔15分鐘給出衛(wèi)星的位置、鐘差V型：每隔15分鐘給出衛(wèi)星的位置、鐘差，還給出衛(wèi)星的速度、鐘漂

§2-2衛(wèi)星星歷P型精密星歷

§2-2衛(wèi)星星歷V型精密星歷

§2-2衛(wèi)星星歷

§2-2衛(wèi)星星歷版本標(biāo)示符位置軌道首歷元年月日時(shí)分秒數(shù)據(jù)文件總歷元數(shù)數(shù)據(jù)類型參照系軌道類型機(jī)構(gòu)軌道數(shù)據(jù)的GPS周一周內(nèi)的秒歷元間隔約化儒略日整數(shù)部分約化儒略日小數(shù)部分軌道數(shù)據(jù)的衛(wèi)星數(shù)衛(wèi)星的PRN號(hào)……衛(wèi)星精度……歷元時(shí)刻的年月日時(shí)分秒三、精密星歷

§2-2衛(wèi)星星歷位置(P)衛(wèi)星標(biāo)識(shí)x坐標(biāo)（km）y坐標(biāo)（km）z坐標(biāo)（km）鐘改正（10E-6s）三、精密星歷

§2-2衛(wèi)星星歷位置(P)衛(wèi)星標(biāo)識(shí)x坐標(biāo)（km）y坐標(biāo)（km）z坐標(biāo)（km）鐘改正（10E-6s）速度(V)衛(wèi)星標(biāo)識(shí)x速度（dm/s）y速度dm/s）z速度（dm/s）鐘變率（10E-10s）思考題：1、GPS衛(wèi)星星歷分哪幾類，各類精度如何？2、試解釋預(yù)報(bào)星歷各參數(shù)的含義。3、在網(wǎng)上下載精密星歷，并識(shí)讀各部分的含義。

§2-2衛(wèi)星星歷

§3-4GPS衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

程序轉(zhuǎn)彎

《GPS定位與導(dǎo)航》第三章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)及坐標(biāo)計(jì)算

衛(wèi)星地球坐標(biāo)計(jì)算

衛(wèi)星天球坐標(biāo)計(jì)算

2024/10/201、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道參數(shù)開普勒軌道參數(shù)=軌道坐標(biāo)系統(tǒng)橢圓長半徑as偏心率es

升交點(diǎn)的赤經(jīng)

軌道面的傾角i近地點(diǎn)角距

s

真近點(diǎn)角fs

概念回顧真近點(diǎn)角fs的計(jì)算

§4-1衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)2.衛(wèi)星受攝運(yùn)動(dòng)方程1.地球質(zhì)心引力與各種攝動(dòng)力的總和2.受攝運(yùn)動(dòng)方程F=F（X，Y，Z，

,t)

§4-1衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)地球M一.衛(wèi)星的瞬時(shí)位置計(jì)算1.在軌道直角坐標(biāo)系統(tǒng)中衛(wèi)星的位置[軌道直角坐標(biāo)系(

s,

s,

s)]:原點(diǎn)與地球質(zhì)心M相重合;

s軸指向近地點(diǎn)，

s軸垂直于軌道平面上.

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

衛(wèi)星任意時(shí)刻坐標(biāo)

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算2.在天球坐標(biāo)系中衛(wèi)星位置計(jì)算

[天球坐標(biāo)系(x,y,z)]:原點(diǎn)與地球質(zhì)心M相重合;將坐標(biāo)系(

s,

s,

s)

依次作下列旋轉(zhuǎn)：

(1)繞

s軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度

s，使

s軸的指向由近地點(diǎn)變?yōu)橥葡蛏稽c(diǎn)。(2)繞

s軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度i，使

s軸與z軸重合。(3)繞

s軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度

，使x軸與

s軸重合。變換模型

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

衛(wèi)星瞬時(shí)位置

繞ζs軸順轉(zhuǎn)ωs

近地點(diǎn)→升交點(diǎn)ζsξsηsξsηsζs

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算繞ξs軸順轉(zhuǎn)i

ζs與z軸重合ξsηsζsξsηsζs

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算繞ζs軸順轉(zhuǎn)Ω

升交點(diǎn)、春分點(diǎn)重合→ξs與x軸重合ξsηsζsξsηsζs

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算3.衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系中的位置計(jì)算

[地球空間直角坐標(biāo)系(X,Y,Z)]與[瞬時(shí)天球空間直角坐標(biāo)系(x,y,z)]的差別：X軸的指向不同。

X軸的指向不同，若取其間的夾角為春分點(diǎn)的格林尼治恒星時(shí)GAST

衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系中的位置

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系中的位置

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算4.衛(wèi)星位置參數(shù)計(jì)算程序

參數(shù)名稱參數(shù)名稱no衛(wèi)星平均角速度uk升交距角n攝動(dòng)修正平均角速度rk衛(wèi)星矢量tk歸化GPS修正時(shí)間ik軌道傾角Mk衛(wèi)星平近點(diǎn)角Xkyk軌道平面坐標(biāo)Ek衛(wèi)星偏近點(diǎn)角

K升交點(diǎn)經(jīng)度Vk真近點(diǎn)角XK地心直角坐標(biāo)Φk升交距角YK地心直角坐標(biāo)

u

r

i攝動(dòng)修正ZK地心直角坐標(biāo)

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算二.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度計(jì)算

根據(jù)開普勒第二定律:

計(jì)算真近點(diǎn)角fs計(jì)算升交角及攝動(dòng)改正

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算計(jì)算真近點(diǎn)角fs計(jì)算升交角及攝動(dòng)改正計(jì)算升交角、地心距離和軌道傾角

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算計(jì)算真近點(diǎn)角fs計(jì)算升交角及攝動(dòng)改正計(jì)算升交角、地心距離和軌道傾角計(jì)算衛(wèi)星在軌道中的坐標(biāo)

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算計(jì)算真近點(diǎn)角fs計(jì)算升交角及攝動(dòng)改正計(jì)算升交角、地心距離和軌道傾角計(jì)算衛(wèi)星在軌道中的坐標(biāo)計(jì)算升交角的經(jīng)度地球自轉(zhuǎn)的角速度

§2-3衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

§3-4GPS衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算

拋逃逸塔2024/10/20《GPS定位與導(dǎo)航》第四章衛(wèi)星信號(hào)信號(hào)的基本概念GPS測(cè)距碼與載波特點(diǎn)GPS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成與產(chǎn)生2024/10/20一、信號(hào)的基本概念1.碼-----信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合2.碼元----1位二進(jìn)制數(shù)(比特)3.編碼----規(guī)則組合二進(jìn)制數(shù)4.隨機(jī)噪聲碼----碼元取值(0或1)為完全無規(guī)律的碼序列特點(diǎn)：非周期性、無法復(fù)制、自相關(guān)性好。

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)2024/10/20自相關(guān)性好結(jié)構(gòu)相同的隨機(jī)碼序列u(t)~u(t)通過平移碼元數(shù)，相應(yīng)的碼元相互對(duì)齊?！?-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)~u(t)tu(t)t2024/10/20隨機(jī)噪聲碼序列的自相關(guān)函數(shù)分析:當(dāng)Du=0,R(t)=0

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)2024/10/205.偽隨機(jī)噪聲碼具有確定編碼規(guī)則的周期性碼序列PRN容易復(fù)制多極反饋移位寄存器產(chǎn)生GPS系統(tǒng)采用

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

2024/10/20偽隨機(jī)碼由多級(jí)反饋移位寄存單元構(gòu)成，每個(gè)存儲(chǔ)單元只有“o”或“l(fā)”兩種狀態(tài)，并接收時(shí)鐘脈沖和置“l(fā)”脈沖的驅(qū)動(dòng)和控制。

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)2024/10/20

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)狀態(tài)編號(hào)各級(jí)狀態(tài)模二加反饋未級(jí)輸出1234567891011121314151111111011001000000100100100100100110110110110100101101101110001001101011111111000100110102024/10/20

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

二、衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成與產(chǎn)生1、衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成載波----L1&L2….L3-L5測(cè)距碼信號(hào)----C/A碼&P碼導(dǎo)航電文----信息碼(D碼)2024/10/202、衛(wèi)星信號(hào)特征

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

DC/APL1L22024/10/203、衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生----原子鐘產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率f0

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

基準(zhǔn)頻率f01227.60MHz10.23MHz1575.42MHzD碼(數(shù)碼、導(dǎo)航電文)L1L2C/APP1.023MHz10.23MHz10.23MHz1015412050BPS2024/10/20

C/A碼產(chǎn)生工藝

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)2024/10/20三、測(cè)距碼1.C/A碼Coarse/AcquisitionCode特點(diǎn)：C/A碼長為1023bit(比特)，周期=1ms，易于捕獲，碼寬：t0=1/f=0.97752μs(碼元持續(xù)時(shí)間)距離：L=293.1m(碼元持續(xù)時(shí)間

與c乘積)精度：29.3-2.93m通過捕獲C/A碼衛(wèi)星提供的導(dǎo)航電文，容易捕獲P碼

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

2024/10/20功能:粗測(cè)距快速搜捕衛(wèi)星導(dǎo)航電文用于分址----不同信號(hào)通過捕獲C/A碼衛(wèi)星提供的導(dǎo)航電文，捕獲P碼=Call:捕獲碼明碼

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)2024/10/202.P碼PreciseCode特點(diǎn)：P碼長為6.19

1012bit(比特)，周期=7天，不易捕獲，碼寬：t0=1/f=0.097752μs(碼元持續(xù)時(shí)間)距離：L=29.3m(碼元持續(xù)時(shí)間

與c乘積)精度：2.93-0.293mP碼設(shè)計(jì)周期T=267天

，分成38部分，每顆衛(wèi)星使用不同信號(hào)部分(32---衛(wèi)星、5---監(jiān)控站、1---備用)P

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)2024/10/20功能:精密測(cè)距

P碼用于分址軍用密碼

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

2024/10/20

測(cè)距碼比較

C/A碼（測(cè)距時(shí)有模糊度）P碼

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

2024/10/20四、載波L1/L2攜帶調(diào)制信號(hào)的高頻振蕩波；C/A碼=1.23Mbit/sP碼=10.23Mbit/s

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

波段F(GHz)

(cm)P220-300115L1-220S2-410C4-85X8-123K18-261.352024/10/20

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)調(diào)制信號(hào)相位躍遷=而當(dāng)碼狀態(tài)取-l與載波相乘時(shí)，載波相位改變1800。這樣當(dāng)碼值由0變?yōu)?，或由1變?yōu)?時(shí)，都會(huì)使調(diào)制后的載波相位改變1800。L1載波上調(diào)制P碼和C/A碼,L2只調(diào)制P碼2024/10/20四、載波L1/L2（1）信號(hào)解調(diào)碼相關(guān)解調(diào)技術(shù)=將接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼信號(hào)，在同步條件下與衛(wèi)星信號(hào)相乘

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

2024/10/20（2）載波作用搭載其它調(diào)制信號(hào)與C\A、P碼有相同的(A、f、)；測(cè)定多普勒頻移：精密測(cè)量距離

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

色散效應(yīng)2024/10/20（3）特點(diǎn)所選擇的頻率有利于測(cè)定多普勒頻移所選擇的頻率有利于減弱信號(hào)所受的電離層折射影響選擇兩個(gè)頻率可以較好地消除信號(hào)的電離層折射延遲（電離層折射延遲于信號(hào)的頻率有關(guān)）

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

2024/10/20目前L1–頻率：154f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2–頻率：120f0=1227.60MHz；波長：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115f0=1176.45MHz；波長：25.48cm

§4-1GNSS信號(hào)與特點(diǎn)

2024/10/20

§4-4GPS衛(wèi)星號(hào)構(gòu)成與產(chǎn)生

拋助推器2024/10/20《GPS定位與導(dǎo)航》第四章衛(wèi)星信號(hào)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文內(nèi)容GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文格式2024/10/20一、導(dǎo)航電文內(nèi)容：衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、

GPS時(shí)間信息、衛(wèi)星鐘偏差、電離層模型=大氣改正漂移信息=軌道攝動(dòng)改正由C/A碼捕獲P碼信息數(shù)據(jù)

§4-2GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文2024/10/20

§4-2GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文2024/10/202NAVIGATIONDATARINEXVERSION/TYPESSUtilitiesv1.41YourCompany03-Sep-0011:16PGM/RUNBY/DATEENDOFHEADER60825200.0+.274740159512D-07+.113686837722D-12.000000000000D+00+.950000000000D+02+.888437500000D+02+.454554648312D-08-.170024978378D+01+.444985926151D-05+.697577721439D-02+.102780759335D-04+.515367507172D+04+.439200000000D+06+.838190317154D-07-.717044767358D+00-.707805156708D-07+.947643365081D+00+.170531250000D+03-.237102754179D+01-.796068873750D-08-.203937066226D-09.000000000000D+00+.107600000000D+04.000000000000D+00.000000000000D+00.000000000000D+00-.512227416039D-08+.351000000000D+03.000000000000D+0040825200.0+.359198544174D-03+.355839802069D-10.000000000000D+00+.183000000000D+03+.680000000000D+02+.427839249795D-08-.257055307047D+01+.357255339622D-05+.518933811691D-02+.323541462421D-05+.515354366875D+04+.439200000000D+06-.465661287308D-07+.346417413904D+00+.186264514923D-08+.976317339170D+00+.328218750000D+03-.538595653048D+00-.819355558019D-08+.137148569931D-09.000000000000D+00+.107600000000D+04.000000000000D+00.000000000000D+00.000000000000D+00-.605359673500D-08+.439000000000D+03

§4-2GPS