5.4全球卫星定位系统（课件）- 《建筑工程测量（第二版）》同步教学（劳保版·2015）

第五章 现代测量仪器的使用 第一节 激光测量仪器 第二节 电子水准仪 第三节 全站仪 第四节 全球卫星定位系统 第四节 全球卫星定位系统 一、空间星座部分 如图5-24所示，GPS卫星星座它是在地球上空布设24颗GPS专用卫星，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星。 2．GPS卫星的主要功能 （1）用L波段的两个无线载波（19cm和24cm波）向广大用户连续不断地发送导航定位信号。包括提供精密时间标准、粗略导航定位伪距C/A码、精密测距P码和反映卫星当前空间位置和卫星工作状态的导航电文。 （2）在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段（10cm波段）发送到卫星的导航电文和其它有关信息，并适时发送给广大用户。 （3）接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地调整卫星的姿态，改正卫星运行轨道偏差，启用备用卫星。 二、卫星监控部分 地面监控部分是由分布在世界各地五个地面站组成，按功能分为主控站、监测站和注入站。 1．主控站 主控站有一个，设在美国本土科罗拉多空间中心。它除了协调管理地面监控系统外，还负责将监测站的观测资料联合处理推算卫星星历、卫星钟差和大气修正参数，并将这些数据编制成导航电文送到注入站。 2．监测站 现有5个地面站均具有监测站的功能，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），主要任务是完成对GPS卫星信号的连续观测，并将搜集的数据和当地气象观测资料经处理后送到主控站。 3．注入站 注入站的作用是将主控站编制的导航电文，通过直径为3.6m的天线注入给相应的卫星。注入站现有三个，分别设在印度洋的迭哥加西亚（Diego Garcia）、南大西洋阿松森岛Ascencion）和南太平洋的卡瓦加兰（Kwajalein）。注入站的主要设备包括一台直径为3.6m的天线，一台C波段发射机和一台计算机。 三、用户设备部分 GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机及其终端设备、气象仪器等组成。 四、GPS定位原理及定位的方法分类 1．GPS定位原理 测量学中的交会法测量里有一种测距交会确定点位的方法。与其相似，GPS的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置。简言之，GPS定位原理是一种空间的距离交会原理 2．GPS定位方法分类 （1）按照参考点的位置不分类 若按照参考点的位置不同，则定位方法可分为绝对定位和相对定位。 （2）按用户接收机在作业中的运动状态分类 用户接收机在作业中的运动状态不同，则定位方法可分为静态定位和动态定位。 （3）按测距原理不同分类 若依照测距的原理不同，定位方法又可分为测码伪距法定位、测相伪距法定位、差分定位等。 五、GPS接收机组成及工作原理 GPS接收机主要是由GPS接收机天线单元，GPS接收机主机单元和电源单元三部分组成。GPS接收机作为用户测量系统，按其构成部分的性质和功能，可分为硬件部分和软件部分。 1．硬件部分 接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成，基本结构如图5-25所示。 （1）变频器及中频放大器 经过GPS前置放大器的信号仍然很微弱，为了使接收机通道得到稳定的高增益，并且使L频段的射频信号变成低频信号，必须采用变频器。 （2）信号通道 相关信号通道的电路原理如图5-26所示。 （3）存储器 接收机内设有存储器或存储卡以存储卫星星历、卫星历书、接收机采集到的码相位伪距观测值、载波相位观测值及多普勒频移，目前GPS接收机都装有半导体存储器（简称内存），接收机内存数据可以通过数据口传到微机上，以便进行数据处理和数据保存。 （4）微处理 微处理是GPS接收机工作的灵魂，GPS接收机工作都是在微机指令统一协同下进行的，其主要工作步骤为： 1）接收机开机后，立即指令各个通道进行自检，适时地在视屏显示窗内展示各自的自检结果，并测定、校正和存储各个通道的时延值。 2）接收机对卫星进行捕捉跟踪后，根据跟踪环路所输出的数据码，解译出GPS卫星星历。当同时锁定4颗卫星时，将C/A码伪距观测值连同星历一起计算出测站的三维位置，并按照预置的位置数据更新率，不断更新（计算）点的坐标。 3）用已测得的点位坐标和GPS卫星历书，计算所有在轨卫星的升降时间、方位和高度角，并为作业人员提供在视卫星数量及其工作状况，以便选用“健康”的且分布适宜的定位卫星，达到提高点位精度的目的。 4）接收用户输入的信号，如测站名、测站号、天线高和气象参数等 （5）电源