全球定位系统产生、发展（1）在线视频

大家好

我是云南大学资源环境与地球科学学院的

许新惠老师

欢迎走进3S野外实践课堂

今天我们讲解的是全球定位系统的产生

发展

美国政府的GPS政策

首先

我们来了解一下全球定位系统的概念

GPS是测时测距导航系统

全球定位系统的简称

下面

我们来介绍全球定位系统的产生

发展

1957年10月4日

前苏联发射世界上第一颗地球人造卫星

标志着空间科学技术的发展

跨入了一个崭新的时代

随着人造地球卫星的不断发射

利用卫星进行定位测量

及导航已成为现实

所谓的卫星定位技术

就是指人类利用人造地球卫星

确定测站点位置的技术

相关的三个发展阶段

就是卫星三角测量

卫星多普勒测量

GPS卫星定位测量

最初

人造地球卫星仅仅作为一种空间观测目标

由地面观测站对卫星的瞬间位置

进行摄影测量

测定测站点至卫星的方向

建立卫星三角网

同时也可利用激光技术

测定观测站至卫星的距离

建立卫星测距网

这种方法观测和解算比较耗时

且定位精度低

因此很快就被卫星多普勒定位技术所取代

这种取代使卫星定位技术

从仅仅把卫星作为空间测量目标的

初级阶段

发展到了把卫星

作为空间动态已知点来观测的高级阶段

美国约翰·霍普金斯大学

应用物理实验室的吉尔博士

和魏芬巴哈博士指出

利用地面跟踪站上的多普勒测量资料

可以精确确定卫星轨道

麦克卢尔博士和克什纳博士指出

对一颗轨道已被确定的卫星

进行多普勒测量

则可以确定用户的位置

其定位原理是基于“多普勒效应”

当信号源S和信号接收处R间

做相对运动时

接收到的信号频率fR

就会发生变化而与发射频率不等

上述现象是由奥地利物理学家

多普勒于1842年首先发现

故称为多普勒效应

在日常生活中

我们也经常可以观测到这种现象

例如当我们站在铁路边

当火车离我们越来越近时

我们就会发现火车的汽笛声

将变得越来越尖

反之

当火车经过我们身旁

而逐渐远去时频率会变低

子午卫星定位系统

就是利用多普勒效应进行导航定位

也被称为多普勒定位系统

下面

我们简单了解一下子午卫星系统

由于其卫星轨道为极地轨道

故也称为子午卫星系统

由美国研制

建立

1958年12月

在克什纳博士的领导下开始研究

1964年1月建成

1967年7月解密供民用

其系统参数如图所示

主要包含相应的卫星数

轨道参数等

该系统存在的缺点

首先

一次定位所需时间过长

无法为高动态用户提供实时导航定位

为缩短定位所需时间

需采用低轨卫星

从而又造成卫星定轨上的难度

对于低动态用户

需进行位置归算

从而影响导航定位精度

其次它不是连续的

独立的卫星导航系统

没有采用频分

码分技术

卫星个数少

两次卫星通过的平均间隔长

中低纬地区均为1.5小时

相邻轨道卫星信号可能相互干扰

导致有时必须关闭其中一颗卫星的信号

总体来看

这些局限性就会对测量应用

存在许多不利因素

例如

观测时间偏长

作业效率偏低

定位精度偏低

在此背景下

才催生出了全球定位系统

全球定位系统经历了三个阶段

第一阶段：方案论证阶段

美国海军的Timation计划

和美国空军的621B计划

1973年12月

美国国防部批准研制了GPS

1978年2月22日

第1颗GPS试验卫星发射成功

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

全面研制和试验阶段

从1979年到1987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

实用组网阶段

1989年2月14日

第1颗GPS工作卫星发射成功

1991年

在海湾战争中

GPS首次大规模用于实战

1993年7月

在轨正常运行卫星达到24颗

美国于同年12月宣布

GPS具备初期作战能力

1995年4月27日

GS达到完全运行能力

目前

GPS已经在军事

交通运输

测绘

通信

大气探测

精细农业

资源调查及环境保护等

众多领域得到广泛应用

下面

我们来讲一下美国政府的GPS政策

因为GPS定位技术具有全球

全天候

实时与高精度等特性

所以

它在现代化战争中具有非常重要的作用

因此美国政府有相应的GPS限制政策

为了保障其自身的利益与安全

防止未经美国特许的用户

获得高精度的定位信息

相应政策如下

SA政策

选择可用性人为降低普通用户的测量精度

技术手段

一在卫星的广播星历中人为加入误差

以降低卫星星历精度

二有意识地使卫星钟频率产生快速的变化

三

实施时间段1991年7月1日

至2000年5月2日

SA政策对单点定位的影响很大

如图所示

即为SA关闭前后单点定位的精度变化

可见定位精度从百米级精确到十米级

AS政策1994年1月31号至今

反电子欺骗

P码加密

我们再看一下美国政府提供的GPS定位服务类型

标准定位服务

使用C/A码

民用

水平正负100 米

高程正负150至i170 米

时间正负340纳秒

精密定位服务

可使用P码

军用

水平正负22米

高程正负 27.7米

时间正负200纳秒

随着GPS技术的发展

以及其他卫星导航系统的建成

美国的SA技术名存实亡

因此美国在GPS政策上有了变化

GPS政策变化

即GPS现代化的原因如下

一

GPS工作卫星的导航定位信号

有如下不足

是其实施现代化的主要原因

C/A码仅存在于L1载波上

L1-码和L2-码伪距的民用难获性

GPS信号的易受干扰性

P码捕获的非独立性

星历更新的强依他性

二

GPS差分系统

及载波相位测量技术的迅速发展

使美国GPS SA政策名存实亡

三

格洛纳斯

伽利略

COMASS等卫星导航系统的研制

动摇了美国的GPS的世界霸权地位

GPS政策的变化

增强卫星信号强度

增加抗干扰能力

增设新的军用码

与民用码分开

并具有更好的保密性和抗干扰能力

使用新技术

以阻止或干扰敌方使用GPS

军用接收机具有更好的保护装置

特别是抗干扰能力

具有快速初始化功能

相应政策体现在

保护

更好的保护美国军方

及盟国军方使用该系统

阻止

阻止干扰敌对方使用该系统

保持

保持在有威胁地区以外的民间用户

更精确更安全地使用该系统

好

今天的课程就到这里

我们下节课再见