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知识点一:全球导航卫星系统概述


地面控制部分是整个系统的中枢,由分布在不同位置的若干个跟踪站所组成的监控系统所构成,负责向卫星注入轨道信息、时间和电离层修正参数,建立和维护高精度的GPS时间系统,保证各系统的正常运转。

用户设备由信号接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成。它的作用是接收导航卫星所发出的信号,利用这些信号进行导航定位等工作。导航卫星信号接收机分为天线单元和接收单元两大部分,能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,并跟踪这些卫星的运行,对所接收到的信号进行变换、放大和处理,测量出信号从卫星到接收机天线的传播时间,解译出卫星所发送的导航电文,实时地计算出测站的三维位置,乃至三维速度和时间。

图15-4 用户设备

3. 导航卫星系统的特点

导航卫星系统是一个无线电空间定位系统,它利用导航卫星和地面站为全球提供全天候的、高精度的、连续的、实时的三维坐标(经度、纬度、海拔)、三维速度(x、y、z轴)和时间定位信息。因此,导航卫星系统具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点。

(1)定位精度高:导航卫星系统能连续的为各类用户提供高精度的三维位置、三维速度和精确的时间信息。目前利用C/A码的实时定位精度可达20~50 m(差分时为1~10 m);相对定位精度可达毫米级。

(2)观测时间短、动态定位:导航卫星系统快速、省时、效率高。随着导航卫星系统的不断完善,软件的不断更新,目前,20 km以内相对静态定位仅需15~20 min;快速静态相对定位测量中,当每个流动站与基准站相距在15 km以内时,流动站观测时间只需1~2 min,然后可随时定位,每站观测只需几秒钟。导航卫星系统不但可以实现高效率的静态定位,还可以实现高精度、高效率的动态定位。无论火箭、飞机、汽车的行驶速度有多快,导航卫星系统都可以实时跟踪定位。

(3)测站间无需通视:导航卫星系统测量覆盖全球,不要求测站之间互相通视,只需测站上空开阔即可,因此可节省大量的造标费用。由于无需点间通视,点位位置根据需要可疏可密,使选点工作甚为灵活,也可省去经典大地网中的传算点和过渡点的测量工作。

(4)可提供三维坐标:经典大地测量将平面坐标与高程采用不同方法分别施测。导航卫星系统可同时精确测定测站点的三维坐标。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度。

(5)操作简便:随着导航卫星系统接收机不断改进,自动化程度越来越高,有的已达“傻瓜化”的程度;接收机的体积越来越小,重量越来越轻,极大地减轻了测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。

(6)全天候作业:导航卫星系统观测全天候,不受天气影响。观测可在24 h内的任何时间进行,不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等天气情况的影响。

(7)功能多、应用广:导航卫星系统不仅可用于测量、导航,还可用于测速、测时。测速的精度可达0.1 m/s,测时的精度可达几十毫微秒。因此,其应用领域不断扩大。

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