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《测绘学概论》报告学号：20151000757班级：测绘三班班级序号：115153姓名：俞恺丰指导老师：胡友健/陈性义成绩：________中国地质大学信息工程学院2015．11.101.什么是全球卫星导航定位系统在了解全球卫星导航定位系统前，首先要了解导航与定位的概念。从测绘的意义上说，定位就是测量和表达某一地表特征，事件或目标发生在什么空间位置的理论和技术。当今，人类的活动已经从地球表面拓展到近地空间和太空，进入了电子信息时代和太空探索时代。定位的目标小到原子，分子中为地球上各种自然和人工物体，事件乃至地球本身，大至星球、星系。因此从广义和现代意义上来说定位就是测量和表达信息事件或目标发生在什么时间，什么相关的空间位置的理论方法与技术。至于导航，是指对运动目标通常是指运载工具如飞船、飞机、船舶、汽车、运载武器等的实时动态定位，即三维位置、速度和包括航向偏转、纵向摇摆，横向摇摆3个角度的姿态的确定。基于人们对定位导航的需求，定位的需求从静态发展到动态、从局步扩展到全球、从地球走向太空。由此，全球卫星导航定位技术应运而生。1957年10月，前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星，人们在跟踪无线电信号的过程中发现了卫星无线电信号的多普勒频移现象。这预示着一种全新的太空测量位置方式可以探索，由此提出了卫星定位和动态目标导航的初步概念。从此人类进入了卫星定位和导航时代。为此，人们把具有全球导航定位能力的卫星导航定位系统称为全球卫星导航定位系统。英文全称为GlobalNavigationSatelliteSystem,简称GNSS。2.全球卫星导航定位系统的主要科学技术与仪器。众所周知，目前已知的定位与导航技术主要有:1.天文定位与导航技术。2.常规大地测量定位技术。3.惯性导航定位技术。4.无线电导航定位技术。5.卫星导航定位技术。在这五大定位技术中，除了卫星导航定位技术，其他技术都存在着不同程度的缺陷。比如天文导航技术很复杂，且仅适合夜晚和天气良好的情况下使用，测量精度也有限，地面无线电导航与定位技术基于较少的无线电信标台站，不但精度和覆盖范围有限，而且易受无线电干扰。由此可见，卫星导航定位技术是当今社会发展不可或缺的科学技术。那么，全球卫星导航定位系统的主要科学技术究竟是什么呢？或者说，卫星导航定位技术究竟是什么？卫星导航定位技术的本质是无线电定位技术（利用无线电波来确定动态目标至位置坐标已知的导航定位中心台站之间距离或时间差的定位与导航技术）的一种，它只不过是将信号发射台站从地面移到太空中的卫星上，用卫星作为发射信号源。而其主要的仪器，自然就是卫星了。全球卫星导航定位系统都是利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统，它一般有三个部分，即空间运行的卫星星座、地面控制部分、用户部分。第一部分由多个卫星组成的星座系统向地面发送某种时间信号、测距信号和卫星瞬时的坐标位置信号。第二部分通过接收上述信号来精确测定卫星的轨道坐标时钟差异，监测器运转是否正常，并向卫星注入新的卫星轨道坐标，进行必要的卫星轨道纠正和调整控制等。第三部分通过用户的卫星信号接收机接收卫星广播发送的多种信号并进行处理计算，确定用户的最终位置。目前，正在运行的全球卫星导航定位系统由美国的全球卫星定位系统（GPS），和俄罗斯的全球卫星导航定位系统（GLONASS）.正在发展研究的有欧盟的GALILEO系统和中国第二代卫星导航定位系统——北斗系统。其中最让人熟悉的便是美国的GPS系统。在中国可以说是家喻户晓。然而，又有多少人了解这个系统呢？美国的全球定位系统计划自1973年起步，1978年首次发射卫星，1994年完成24颗中等高度圆轨道卫星组网，历时16年，耗资120亿美元，至今已先后发展了三代卫星，整个系统由空间部分、控制三部分和用户部分组成。GPS卫星定位系统固然是目前最好的全球卫星导航定位系统，但我们也不能忽视其他的全球卫星导航定位系统在卫星导航定位领域的作用。下面介绍另外三种全球卫星导航定位系统。1.GLONASS是前苏联从20世纪80年代初开始建设的与美国GPS系统类似的卫星导航定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成，现在由俄罗斯空间局管理。GLONASS的整体结构类似于GPS系统，其主要不同之处在于星座设计，信号载波频率和卫星识别方法的设计不同。2.GALILEO系统是欧洲自主的、独立的全球多模式卫星导航定位系统，可提供高精度高可靠性的定位服务，同时实现完全非军方控制和管理。它由30颗卫星组成，其中27颗工作，3颗备份星。2014年8月，伽利略全球卫星导航系统第二批一颗卫星成功发射升空，太空中已有的6颗正式的伽利略系统卫星，可以组成网络，初步发挥地面精确定位的功能。欧盟的一些专家称，该系统可与美国的GPS和俄罗斯的GLONASS兼容，但比后两者更安全、更准确，有助于欧洲太空业的发展。3.中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。它由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射16颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。以上对四大全球卫星定位系统做了简单的介绍，下面以GPS系统为例，对全球卫星导航定位技术的最新进展作个介绍。毕竟，GPS技术的最新进展代表了全球卫星导航定位系统的主要发展方向。1.GPS现代化计划。现代化计划这一概念是1998年初由当时的美国副总统戈尔提出来的。从有关文献来看，GPS现代化的实质基本上可以归纳为：保护（采用一系列措施保护GPS系统不受敌方和黑客的干扰，增加GPS军用信号的抗干扰能力，其中包括增加GPS的军用无线电信号的强度）、阻止（阻止敌方利用GPS的军用信号，设计新的GPS卫星信号和新的GPS信号结构，增加频道，将民用频道与军用频道分开）、改善（改善GPS定位与导航的精度）。2.精密单点定位技术。精密单点定位是早在20世纪70年代美国子午卫星时代针对Doppler精密单点定位提出的概念。它是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术，从而也是GPS定位方面的前沿研究方向。3.网络RTK定位技术。RTK就是实时动态定位的意思。利用GPS载波相位观测值实现厘米级的实时动态定位就是所谓的GPSRTK技术.因为这种RTK技术的作用距离有限，人们为了拓展RTK技术的应用，网络RTK技术便应运而生了。与常规RTK技术相比，该方法的主要优点为覆盖面广，定位精度高，可靠性高，可实时提供厘米级定位。我国北京、上海、武汉、深圳等十几个城市和广东江苏等几个省已建立的连续运行卫星定位服务系统就是采用网络RTK技术实现的。4.广域差分GPS系统广域差分GPS技术的基本思想是，对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源产生的误差分别加以模型化，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值，通过数据通信链传输给用户，进而对用户GPS接收机的观测值误差分别加以改正，以达到削弱这些误差源误差的影响，从而改善用户GPS定位精度和可靠性的目的。3.全球卫星导航定位系统的应用与前景全球卫星导航定位技术作为一门先进的科学技术，其发展前景不可估量，究其原因，在于其应用范围的广泛。因此，在介绍它的前景之前，我们必须先了解它的应用。全球卫星导航定位系统能够以不同的定位定时精度提供服务，从亚毫米、毫米到厘米、分米、亚米及米和十几米的定位精度都有可供选择的定位方法。在定时方面，可从亚纳秒、纳秒到微秒级的精度实现时间测量和不同目标间时间同步，在定位的时间响应方面，，可以从零点零五秒、一秒到十几秒、几分钟、几个小时或几天来实现不同的实时性要求和精确性要求。从相对定位距离方面看，可从几米一直到几千千米之间实现连续的静态和动态定位要求。从工作环境上看，除了怕被森林、高楼遮挡信号造成可见卫星少于4颗和强电离层爆发造成，GNSS测距信号完全失真外，可以说是全球、全连续和全天候的。这些优良的特性，使得它有广泛的应用领域，由于当前较实用的全球卫星导航定位系统只有GPS系统，因此，以下的应用案例中，主要以GPS系统加以说明。GPS定位技术在科学研究中的应用包括:1.GPS精密定时和时间同步的作用。2.GPS精密定位在全球板块运动研究中的应用。3.GPS精密定位在大气层气象参数确定和灾害天气预报中的应用等。GPS定位技术在工程技术中的应用包括:1.全球和国家大地控制网的建设。2.在工程施工测量，精密监测中的应用。3.在通信工程，电力工程中的应用。4.在交通、监控、智能交通中的应用。5.在测绘中的应用。6.海陆空运动载体导航等。GPS定位技术在军事中的应用包括:1.低空遥感卫星定轨。2.飞机火箭的实时位置，轨迹确定。3.战场的精密武器时间同步协调指挥等。GPS定位技术在其他领域的应用包括:1.在娱乐消遣，体育运动中的应用。2.动物跟踪。3.GPS用于精细农业等。全球卫星导航定位技术的应用领域，上至航空航天、下至捕鱼、导游和农业生产，已经无所不在了，正如人们所说的：“GPS的应用仅受人类想象力的制约。”其实，以上所说的全球卫星导航定位技术的应用，已经在很大程度上包含了其发展前景。作为一个中国人，对自己家的北斗系统的兴趣自然比GPS系统要浓厚。接下来，就以北斗系统作为全球卫星定位系统发展前景的案例。一.民用方面的设想1“北斗”二代卫星导航系统与手机网络结合。随着中国“3G”手机潮流逐渐兴起，手机上网也越来越方便，用手机代替传统的卫星导航系统接收器，将更能普及“北斗”二代卫星导航的使用，也使人们的生活更方便。2、将“北斗”二代卫星导航系统的民用系统的精确度有限度的替身。当前无论是GPS、“伽利略”还是“格洛纳斯”等卫星导航系统，它们的民用部分的精确度都超过了20米，并且分辨率也比较低。如果“北斗”二代研制成功并投入民用市场后能适当提高精确度到5米——15米之间并提高分辨率，那么“北斗”二代卫星导航系统无论是在国内市场还是国际市场，都将有极强的竞争力。当然，与此同时也要注意对重要地点如军事基地的保密措施。3、针对美国的GPS系统存在的优势和不足，“北斗”二代应引以为借鉴和教训，做到“择其善者而从之，其不善者而改之”。“北斗”二代研制成功后，GPS必将成为“北斗”二代最大的竞争对手，“北斗”二代只有不断完善与改进，才能保证不会成为GPS发展的“牺牲品”才能在世界上有立足之地。二.具有中国自主知识产权的大飞机和“北斗”二代卫星导航系统的联合具有中国自主知识产权的大飞机可以和同样是我国自主研发的“北斗”二代卫星导航系统进行强强联合，现在中国正在制造的大飞机和“北斗”二代卫星导航系统的联合将进一步推进我国两大新兴科技项目的优势互补，打破民航依赖GPS的历史，促进中国空中交通管理系统的发展。由于中国自主制造大飞机的战略意义堪比“两弹一星”，且出于主权安全性、保密性考虑，中国民航不能完全依靠现有的GPS系统，现在的“北斗”二代卫星导航系统已能覆盖我国及周边地区，完全可以实现国内的航空导航。三．促进我国数字地球的建立数字地球技术主要包括地理信息系统（GIS）、遥感(RS)和全球定位系统等技术.。在当前我国的地理信息系统技术和遥感技术以相对成熟的情形下，“北斗”二代卫星导航系统的研发将成为我国建立数字地球的关键所在。数字化城市管理将是城市的建设更加合理，拿城市的地下管道建设来说，如果能够利用数字地球建立城市地下管道的三维立体图像，城市建设的规划者和施工者心