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全球卫星定位系统:测量员

【摘要】:主控站根据各监测站观测到的数据推算和编制卫星星历、钟差、导航电文和执行其他控制指令,通过监控站注入到相应卫星的存储系统。接收机的主要功能是接收卫星播发的信号并利用本身的伪随机噪声码取得观测量以及内含卫星位置和钟差改正信息的导航电文,然后计算出接收机所在的位置。

1)GPS:是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的缩写词NAVSTAR/GPS的简称。其含义是利用卫星的测时和测距进行导航,以构成全球定位系统,国际上简称为GPS。它可向全球用户提供连续、实时、全天候、高精度的三维位置、运动物体的三维速度和时间信息。GPS技术除用于精密导航和军事目的外,还广泛应用于大地测量、工程测量、地球资源调查等广泛领域。在施工测量中近年来用于高层建(构)筑物的台风振荡变形观测取得良好的效果。

2)GPS的基本组成:分三大部分,即空间部分、地面控制部分和用户部分,如图1-32所示。

①空间部分。由24颗位于地球上空平均20200km轨道上的卫星网组成,如图1-33所示。卫星轨道呈近圆形,运动周期11h58min。卫星分布在6个不同的轨道面上,轨道面与赤道平面的倾角为55°,轨道相互间隔120°,相邻轨道面邻星相位差为40°,每条轨道上有4颗卫星。卫星网的这种布置格局,保证了地球上任何地点、任何时间能同时观测到4颗卫星,最多能观测到11颗,这对测量的精度有重要作用。卫星上发射三种信号——精密的P码、非精密的捕获码C/A和导航电文。

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图1-32 GPS的三部分组成

②地面控制部分包括一个主控站,设在美国的科罗拉多,负责对地面监控站的全面监控。四个监控站分别设在夏威夷大西洋的阿松森群岛、印度洋的迭哥伽西亚和南太平洋的卡瓦加兰,如图1-34所示。监控站内装有用户接收机、原子钟、气象传感器数据处理计算机。主控站根据各监测站观测到的数据推算和编制卫星星历、钟差、导航电文和执行其他控制指令,通过监控站注入到相应卫星的存储系统。各站间用现代化的通信网络联系起来,各项工作实现了高度的自动化和标准化。

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图1-33 GPS卫星网

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图1-34 GPS地面控制站的分布

③用户部分是各种型号的接收机,一般由六部分组成:即天线、信号识别与处理装置、微机、操作指示器与数据存储、精密振荡器以及电源。接收机的主要功能是接收卫星播发的信号并利用本身的伪随机噪声码取得观测量以及内含卫星位置和钟差改正信息的导航电文,然后计算出接收机所在的位置。

3)GPS定位系统的功能特点:

①各测站间不要求通视,但测站点的上空要开阔,保证能收到卫星信号。

②定位精度高,在小于50km的基线上,其相对精度可达1×10-6~2×10-6

③观测时间短,一条基线精密相对定位要1~3h,短基线的快速定位只需几分钟。

4)提供三维坐标。

5)操作简捷。

6)可全天候自动化作业。