第六章小地区控制测量(8)

频率 传播方式 传播路径 大气导电率 大气认为噪声 地形结构 测量分辨率 绝对精度 LF, 100kHz UHF，1.5GHz 沿地球表面，地波 短对流层路径，直射波 受大气折射率影响 受电离层影响 影响大 影响小 影响大 影响小 可能增加衰减和相位畸变 可中断信号 低，10～30m 高，≤1m 标称值≤500m （可修正到100m(SA) 100m） 天文导航系统是以天空中的星体作为导航台，星光作为导航信号的测角定位系统。由于星体距离飞行器非常遥远，使得该系统很小的测角误差就会带来非常大的定位误差。为保证一定的定位精度，对设备的要求非常苛刻。但由于其覆盖的工作区域非常广阔，天文导航在宇宙飞行器定位方面具有较大的优越性。 惯性导航系统（INS）是通过测量飞行器的加速度，进行二次积分来推算出飞行器的位置。INS可以引导导弹的飞行，它包括一个加速计和陀螺仪，来测量位置和高度的变化。它具有隐蔽性好，抗干扰性强，数据更新率高的特点，其中最重要的优点是不受敌方干扰的影响。但由于INS基本上是航位推算型系统，其定位精度随时间加长而降低，因此需要不断地修正。 无线电导航定位系统的主要缺点在于：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不够。天文导航系统虽然覆盖的工作区域很大，但定位精度不高，且可见光的传播受气象影响。卫星是设置无线电导航发射机的理想位置，在适当轨道上的卫星星座可以使导航信号覆盖整个地球。 2 卫星定位技术产生的背景 （1）军事需要 （2） 技术水平

无线电导航技术 计算机技术 通信技术

卫星技术：1957年10月世界上第一颗卫星发射成功

? ? ? ?

（3） 经济发展 3. GNSS的发展概况 （1） GPS

1957年10月世界上第一颗卫星发射成功后，科学家开始着手进行卫星定位和导航的研究工作。1958年底，美国海军武器实验室委托霍布金斯大学应用物理实验室研究美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System, NNSS）。这一系统于1964年1月研制成功，成为世界上第一个卫星导航系统。由于该系统的卫星轨道均通过地极，因此又称为“子午卫星系统”（Transit）。利用该卫星定位系统，不论在地球表面任何地方，在任何气候条件下，一小时内均能测定位置，其定位精度根据观测卫星的次数可高可低（1米--500米）。因此该系统被誉为是一种简便可靠的全天候全球导航卫星系统。但是该系统也存在着较大的缺陷，如，卫星数目较少（约五个）而会出现卫星发送的无线电信号的突然间断，观测所需等待卫星出现的时间较长（约35-100分钟），以及高精度定位虽然可以达到1米，但需要40次以上的卫

星观测（数天），且需要使用精密星历，等等。这些都不能满足当前实时、动态、精确的定位需要。因此，美国联邦无线电导航计划中已宣布终止该系统的研制与应用。

60年代末美国着手研制新的卫星导航系统，以满足海陆空三军和民用部门对导航越来越高的要求。为此美国海军提出了名为“Timation”的计划，该计划采用12-18颗卫星组成全球定位网，并于1967年5月31日和1969年9月30日分别发射了Timation-1和Timation-2两颗试验卫星。与此同时，美国空军提出了名为“621-B”的计划，采用3-4个星群覆盖全球，每个星群由4-5颗卫星组成。考虑到这两个计划的优缺点以及军费负担等原因，1973年12月17日经美国代理国防部长批准了建立新的卫星导航定位系统计划，为此成立了联合计划局，并在洛杉矶空军航空处内设立了由美国陆军、海军、海军陆战队、国防制图局、交通部、北大西洋公约组织和澳大利亚的代表组成的办事机构，开始进行系统的研究和论证工作。1978年第一颗试验卫星发射成功，1994年顺利完成了24颗卫星的布设。

该系统全称为“卫星授时与测距导航系统”（Navigation by Satellite Timing and Ranging Global Positioning System, NAVSTAR GPS），简称全球定位系统（GPS）。拟议中的GPS系统不仅集成了以前所有的单用途卫星系统，并且致力于更广泛的用途。据前GPS联合项目组主任Pakison称，最初的设计有两个目标：（1）在

GPS定位的帮助下，五发炮弹可以穿过同一洞口，（2）建立廉价的导航设备（低于1万美元）。该系统具有比其它导航系统优越的特点：（1）全能性：能在空中、海洋、陆地等全球范围内进行导航、授时和定位及测速。（2）全球性：在全球的任何地点都可进行定位。（3）全天候：白天黑夜都可以定位。

GPS是美国继阿波罗登月计划和航天飞机之后的第三大空间工程。GPS计划实施共分三个阶段： 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，从硬件和软件上进行了试验。试验结果令人满意。

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。这一阶段称之为Block I。与此同时，研制了各种用途的接收机，主要是导航型接收机，同时测地型接收机也相继问世。试验表明，GPS的定位精度远远超过设计标准。利用粗码的定位精度几乎提高了一个数量级，达到14m。由此证明，GPS计划是成功的。

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，宣告了GPS系统进入工程建设阶段。这种工作卫星称为BlockⅡ和BlockⅡA卫星。这两组卫星的差别是：BlockⅡA卫星增强了军事应用功能，扩大了数据存储容量；BlockⅡ卫星只能存储供14天用的导航电文（每天更新三次）；而BlockⅡA