§1.1§1.2§1.3(6)(4)(12)GPS 导航基本原理与应用
教师：曾庆化
自动化学院
2009年3月
Principles and Applications
of GPS Navigation
第一章绪论z1.1、GPS定位技术的发展
z1.2、GPS定位系统的组成
–GPS空间星座部分
–GPS地面监控部分
–用户设备
z1.3、美国对GPS用户的限制性政策–两种服务
–实施可选择性SA政策【时间选择】
（以及SD政策）【地区选择】。
–精测距码（P码）加密（A-S）措施
–反限制性政策的措施
(12)
(6)(4)§1.1§1.2§1.3
1.1 GPS定位技术的发展（1-1）z1957年10月，前苏联第一颗人造地球卫星。
z1958年底，美国海军武器实验室着手研制“海
军卫星导航系统（NNSS）”，又名“子午仪卫
星导航系统”。1964年成功实现。
z20世纪60年代中期，海军提出“Timation”方
案，空军提出“621B”方案。（优缺点）
z1973年，美国海陆空三军共同研制“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global
Positioning System”,授时与测距导航系统。简
称GPS。
(12)
(6)(4)
§1.1§1.2§1.3
1.1 GPS定位技术的发展（1-2）z星座发展情况
21星配置图
24星配置
(12)
(6)(4)
§1.1§1.2§1.34
1.1 GPS定位技术的发展（1-3）z工作示意图情况
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
1.1 GPS定位技术的发展（1-4）z工作原理图
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
1.1 GPS定位技术的发展（1-5）
GPS是一种可以定时和测距的空间交会定点导航系统，它可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，满足军事部门和民用部门的需要。
GPS的发展阶段如下表：
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
1.1 GPS定位技术的发展（1-6）
从GPS计划的提出到该系统的建成使用，历
经20余年，耗资数目亿美元。这一工程项目是美国政府继阿波罗登月计划和航天计划之后的第三项庞大空间项目。
俄罗斯：GLONAS系统，2l＋3，分布3个轨道。
欧洲空间局(ESA)：伽利略系统；6 and 12卫星。
我国：北斗双星定位系统，2颗同步卫星。
(12)
§1.1§1.2§1.38
(6)(4)
1.2 GPS定位系统的组成（2-1）z全球定位系统(GPS)由3部分组成，即空间卫星
星座部分、地面监控部分和用户设备部分(GPS
接收机)。
数字地球
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
§1.1§1.2§1.3(6)(4)(12)1.2 GPS 定位系统的组成（2-2）z 1.2.1 GPS 空间星座距离
end: 0.06 s
2,0200 k m
start: 0.00
s
1.2 GPS定位系统的组成（2-3）z1.
2.1 GPS空间星座部分（卫星星座6×4个）
高度：20200km（2万公里）
周期：11h58min
(12)
(6)(4)
§1.1§1.2§1.3
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)(12)1.2 GPS 定位系统的组成（2-4）z 1.2.1 GPS 覆盖的区域
2005年1月9日23时30分
中国科考队（人类）
首次抵达南极冰盖冰穹A 核心区域。
据手持GPS 接收机初步测量，位置：南纬80度22分51秒，东经77度27分23秒。其海拔高度为4091米，距南极中山站1250公里。（具体高度还需精确测定）
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)(12)1.2 GPS 定位系统的组成（2-5）z 1.2.1 GPS 覆盖的星下点轨迹图
1.2 GPS定位系统的组成（2-6）z GPS卫星发展过程
GPS实施计划共分三个阶段（p5）：
第一阶段为方案论证和初步设计阶段。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。
第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984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。
第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。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。
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
1.2 GPS定位系统的组成（2-7）z1.
2.1 GPS卫星构造及其功能
外形
天线
时钟
功能
编码
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
1.2 GPS定位系统的组成（2-8）z1.
2.2 GPS地面监控部分
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
1.2 GPS定位系统的组成（2-9）z主控站——联合空间执行中心（CSOC）
采集数据、推算编制电文
给定GPS定位基准
协调和管理监测站和注入站系统
调整卫星状态以及启动备用卫星
z监测站——跟踪监测，存储传输到主控站
z注入站——发射信号，注入信息。
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
1.2 GPS定位系统的组成（2-10）z1.
2.3 用户设备
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)
1.2 GPS定位系统的组成（2-11）z1.
2.3 用户设备
(12)
(6)(4)
§1.1§1.2§1.3
1.2 GPS定位系统的组成（2-12）z1.
2.3 用户设备
(12)
§1.1§1.2§1.3
(6)(4)