GPS在地形测量中的应用

一、概述 GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，测量用户还应有卫星接收设备。 （1）空间卫星群：GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。[第一段]     

关于建设北斗星基广域增强系统研究

鉴于GPS系统已经成熟,北斗导航系统建设尚不完善,本文考虑建设北斗卫星对GPS卫星的增强系统。一方面,采用GPS/Compass-Ⅱ组合卫星导航系统,可大大增加某一时刻的可见卫星数,增强导航定位系统的可靠性。另一方面,北斗现已发射第九颗导航卫星,其中包括5颗地球静止轨道卫星,本文重点探讨利用这5颗GEO(Geostationary Orbit,GEO)卫星对GPS系统进行外部增强,即北斗GEO卫星同时播发卫星导航电文和增强信息,提高用户定位精度。     

微弱信号下基于模糊度搜索的辅助式GPS定位算法研究

针对微弱信号下GPS接收机无法测量得到完整信号发射时刻的问题,提出了一种基于模糊度搜索的辅助式GPS定位算法。基于该算法接收机不需要位同步、帧同步和解调导航电文,仅对GPS信号进行伪码相位测量,在获取卫星星历、卫星钟差参数等辅助信息的基础上完成定位解算。论文从数学上严格推导了消除信号发射时刻模糊度的条件,并对五颗以上的观测卫星建立了定位解算方程,给出了算法流程。利用实测数据仿真验证了该算法的有效性。比较表明,该算法的定位精度与常规GPS定位算法(信号发射时刻不存在模糊度)相当。     

GPS纯几何法在低轨卫星定轨中的应用

在近地低轨卫星上安装GPS接收机,并同时能捕获到四颗GPS卫星的话,我们就可以直接利用GPS观测值来组成观测方程,解算被求卫星的轨道位置。但由于GPS卫星是为地面上的用户设计的,其主要是满足地面用户的导航定位要求,再加上近地卫星的高动态性、高速度性,有时还不能同时捕获到四颗GPS卫星,这都给近地卫星的定轨带来了不确定的因素。本文主要对这一想法进行了试验,并分析了定轨的精度。     

上海天文台的VLBI、SLR、GPS站的空间归心测量

上海天文台的余山VLBI、SLR和GPS站是国际上用以建立和维持地球参考系进行全球动力学研究的基准台站之一。联合应用这些空间测量,需要知道这三个站心间的三维相对位置。本文采用GPS技术及常规的方向、距离和精密水准测量对三个站进行了空间归心测量。介绍了布网、观测和计算方法,得到的归心结果在坐标分量上能达到2cm的外附精度。     

GPS宽带自适应阵调零技术

军用GPS系统必须能在敌方干扰时工作。由于附近干扰机和远距离卫星源之间存在巨大的功率差，所以GPS信号的扩频增益对实现抗干扰（A／J）保护能力是不够的。本提出了采用自适应天线调零系统来实现附加的抗干扰（A／J）保护能力，但是目前的系统，如AB－1就不能抑制与安装在飞机上阵列相关的近场多径干扰。本分析了GPS调零时空自适应（STAP）波束形成器的设计，包括STAP处理器对GPS位置计算的影响，该位置通过测量不同卫星信号的到达时差（TDOA）来计算。本提出了两种新疑结构，其性能通过在1：4比例大小的F－16飞机上进行的多次测量来模拟确定。     

组合精密单点定位在航空动态测量中的应用

本文利用实际飞行的航空动态数据,以传统差分GPS解算结果作为参考,分析了GPS/GLONASS组合精密单点定位在航空动态测量中的应用。试验结果表明,当GPS观测卫星数较多(大于6颗)时,GPS/GLONASS组合对提高定位精度不明显,但可提高定位的可靠性,获得较小的PDOP值;当GPS观测卫星数少于4颗时,采用GPS/GLONASS组合系统仍可获得厘米级的定位结果,保证了动态测量的连续性。     

空间大地测量新技术及应用

随着空间及卫星定位技术的飞速发展,各种空间定位技术及应用也愈来愈多。简要介绍了甚长基线干涉测量(VLBI)技术、激光测月(LLR)技术、卫星激光测距(SLR)技术、卫星雷达测高技术、多普勒定轨和无线电定位系统(DORIS)、精密测距及其变率测量系统(PRARE)以及合成孔径雷达干涉测量(InSAR)等空间定位测量技术,重点阐述了GPS新技术及应用。     

动态DGPS定位

GPS定位的原理是基于测量学中的空间距离后方交会法。在 GPS观测中 ,我们得到卫星的位置和卫星到测点的距离 (伪距 ) ,然后就以卫星为球心、以距离为半径做球面 ,组成包括 4个未知数 (X,Y,Z,Δt)的 4个方程式。对这 4个方程式求解 ,便得到该点的位置坐标。此位置坐标在空间和时间上都是独立的。这就是说 ,它的每一次定位代表了该测点在该时刻的位置 ,与其他测点和其他时刻无关。这一特点说明 ,如果将接收机安装在运动目标上 ,例如 ,船舶、飞机和车辆上等 ,就可以测量出运动目标的瞬间位置和运动速度。这就实现了运动目标的动态 GPS定位和导航功能。这种民用的定位精度限定在 10 0 m左右。为了提高定位精度 ,必须消除 GPS卫星轨道误差、电离层效应 ,以及由于 SA政策引起的误差。于是 ,在 GPS定位中 ,广泛应用着差分 GPS(DGPS)技术。就 DGPS工作原理而言 ,DGPS可分为四类 ,即位置差分、伪距差分 (包括相位平滑伪距离差分 )、广域差分和相位差分 (准载波相位差分和载波相位差分 )。在 RTCM ver2 .1格式中 ,Type 1是一帧最主要的 DGPS改正数电文。它包括观测到的全...     

欧洲“伽利略”卫星导航计划

1999年1月10日欧盟的执行机构欧洲委员会（EC）发布一则通讯，题为“欧洲卷入新一 代卫星导航服务”。2月10日公布了关于欧洲导航卫星计划的报告，欧洲委员会在这份长达2 9页的报告中建议欧盟尽早研制和部署欧洲下一代全球导航卫星系统（GNSS-2），该系统又 称为“伽利略”（Galileo）卫星导航计划。它将与美国全球定位系统（GPS）兼容，在战略 上同为商业竞争者。伽利略计划将由欧盟15个国家、欧洲工业界和其他国家（如日本等）联 合投资组建。 　　6月欧盟部长会议批准了伽利略全球导航卫星系统项目。7月19日欧盟委员会决议批准到 2000年底为伽利略的“定义阶段”，任务是提出管理方式、运行管理、系统设计、安全性、 服务费用和效益分析。现在正交错进行着两项定义研究：一是在欧盟资助下研究总系 统、基础设施和伽利略管理；二是欧洲空间局支持的称作Galilesat的更大项目。 欧盟和欧洲空间局将在2000年12月提交研究结果，如果届时欧盟决定继续执行伽利略计划， 那么2003年将发射第一颗伽利略卫星，2008年系统将开始运行，这将比美国完成GPS现代化 的最后期限早几年。 　　欧洲委员会对未来的伽利略系统的星座集中在两个选择上：① 21颗加3方案。它采用21颗 中地球轨道卫星加3颗地球同步轨道卫星的核心星座，它可与美国GPS和广域增强服务集成， 基本上满足欧洲的需要；② 36颗加9方案。它采用36颗中地球轨道卫星加9颗地球同步轨道 卫星的核心星座或是撤消9颗地球同步卫星，只用36颗中地球轨道卫星，可以充分地和独立 地满足欧洲的需要。这种对地静止和/或倾斜地球同步轨道通信卫星以及一个基于地面控制 和监测网络将使该系统更趋完善。伽利略计划将使用L波段射频信号，在发生冲突和战争期 间，迅速将L1和L2频率的两级服务转为军用业务，而第3级L3频率仍保留给民用用户。     

北斗卫星导航系统的星座性能分析

本文分析了星座结构为5颗GEO卫星、3颗IGSO卫星和27颗MEO卫星的北斗卫星导航系统所能够提供的星座性能指标。初步分析表明北斗卫星导航系统能向全球用户提供理想的卫星可见数、PDOP值和定位精度,这些指标与GPS系统相一致。对于中国大陆区域内的用户来讲,由于有5颗GEO卫星和3颗IGSO卫星的增强作用,COMPASS系统所提供的性能指标明显优于GPS系统。     

北斗卫星导航系统的星座性能分析

本文分析了星座结构为5颗GEO卫星、3颗IGSO卫星和27颗MEO卫星的北斗卫星导航系统所能够提供的星座性能指标。初步分析表明北斗卫星导航系统能向全球用户提供理想的卫星可见数、PDOP值和定位精度,这些指标与GPS系统相一致。对于中国大陆区域内的用户来讲,由于有5颗GEO卫星和3颗IGSO卫星的增强作用,COMPASS系统所提供的性能指标明显优于GPS系统。     

可跟踪GPS、GLONASS和Galileo卫星信号的G3 GPS芯片

美国加州Topeon定位系统公司推出一种Paradigm G3 GPS芯片，这种芯片接收机可同时跟踪GPS、GLONASS和Galileo卫星信号。到2012或2015年，这三个卫星导航系统完全投入使用时，装置有Paradigm G3设备的用户，将可获得多达80颗定位卫星的信号，这样，就可使用户扩展应用，改进性能并提高精度。     

基于IGS精密星历的卫星坐标插值

在GPS定位中,卫星位置的计算是一个关键环节。在GPS数据后处理中,用户需根据IGS提供的精密星历选择合理的插值方法解算任意观测时刻的卫星位置。目前经常采用的插值方法有拉格朗日多项式插值、切比雪夫多项式插值和Neville算法。文中通过精密星历内插卫星位置的实际算例,说明这3种方法的优缺点,并且给出了一些有意义的结论,同时认为Neville算法具有承袭性,计算方法简单,建议用户在内插卫星位置的时候使用Neville算法。     

切比雪夫多项式在精密星历拟合中的应用

在GPS高精度定位中,通常采用精密星历来获取观测卫星的位置。而当前一些国际组织发布的精密星历的采样率有限,因此,在GPS数据后处理中,用户需要采用一定的方法才能获得任意时刻卫星的位置。采用切比雪夫正交多项式来拟合卫星的轨道,其精度完全符合要求。     

波音GPS地面站试验验证GPS舰队的指挥能力

波音公司成功完成全球卫星定位系统（GPS）地面站的演示，该地面站满负荷运作，控制目前在轨的32颗GPS卫星及将在未来几个月内加入该舰队的GPS卫星。根据合同，波音公司将从2007年4月起，将目前的GPS地面控制系统改为分布式基于Unix的系统。目前正在进行测试的系统被称为“系统进展计划”（AEP）。GPS项目主管表示，     

全球导航卫星系统的新进展

本文综合介绍了于 2 0 0 4年 9月 2 1日至 2 4日在美国加州举行的“全球导航卫星系统” 2 0 0 4年年会(GNSS2 0 0 4 )会议的主要议题 ,并对其中我们可能关切的方面进行了重点介绍。①美国的GPS连续运行站网(CORS)。CORS由美国大地测量局 (NGS)主持运行。用户可以通过NGS网络 ,获得用户的GPS待定点相邻的CORS站 (三个以上 )的GPS相应载波相位和码距 ,以支持用户的GPS准实时或后处理定位。NGS也可以为用户通过网络提供GPS定位计算服务 ,这一服务可以在用户提供待定点的观测资料后的几个小时内完成 ,称为NGS的在线GPS定位服务。CORS目前在美国已有 5 0 0余个站。②GPS系统的进展。GPSⅡR型卫星从体形和功能方面都比较优秀 ,使GPS卫星在轨的位置误差显著降低 ,测距精度提高近一倍 ,目前GPSⅡR型卫星截止至 2 0 0 4年 1月 1日时有 9颗在轨。③利用L1 ,L2频道的GPS空基增强系统 (WAAS)。在美国大部分地区WAAS系统的水平精度可达 1～ 2m ,垂直精度可达 2～ 3m。④GPS信号的重构。美国已发展了一种高度逼真的和适应各种情况的虚拟GPS信号系统 ,这种虚拟发射装置可以是陆基的 ,空基的 ,或者星基的。GPS接收机可以利用这一虚拟的GPS信号进行精密定位。⑤Galileo卫星导航系统运行的准备工作。欧洲空间局已经重新和?     

卫星信号发射时刻的无偏恢复

卫星信号发射时刻在导航定位中是一个重要的参数,但是在城市峡谷等弱信号条件下,接收机可能完成不了所有卫星信号发射时刻的组装。在伪距定位中卫星信号发射时刻的组装和粗时段导航中卫星信号发射时刻的恢复(有偏)技术基础上,提出一种无偏的卫星信号发射时刻恢复方法,前提是卫星至少能完成一颗星的伪距测量,并且具有150km误差范围内的先验位置和辅助星历。利用BDS B1和GPS L1中频数据在软件接收机平台进行了BDS,GPS信号发射时刻无偏恢复验证实验证明了方法的有效性。     

昆明建设GPS差分基准站系统

昆明市GPS差分基准站系统是昆明市城市空间数据基础设施的重要组成部分．该系统的主要任务是．建或由苦干连续运行的GPS差分站组成的基准站网．实时获取基准站的位置信息．通过数据通信网络将其按一定的格式提供给用户，再与用户的GPS观测数据联合解算．从而得到用户的空间位置。     

GPS、Galileo及其组合系统导航定位的DOP值分析

利用Galileo系统的轨道参数模拟了Galileo系统的卫星位置，并计算出DOP值，比较了同一地点同时段内GPS和Galileo的能见卫星个数及DOP值。与单个系统相比，GPS／Galileo组合在任意地点、任意时刻的观测卫星个数增加．其DOP值明显变小；同时计算了组合系统在不同卫星高度角情况下的DOP值变化，发现在卫星高度角较高时仍可以接收到四颗以上的卫星．其DOP值也能达到导航定位的要求。