第一章
1 GPS系统山三部分组成：空间部分、地血控制部分、用户设备部分 2 GPS的空间部分：GPS卫星星座
(1) 设计星座：21+3,即：21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星 (2) 6个轨道面，平均轨道高度20200km,轨道倾角55。
(3) 运行周期：llh58min
(4) 任何时亥lj,在高度角15。以上，能够同时观测到4颗以上卫星
GPS卫星作用： ①接收、存储导航电文 ②生成用于导航定位的信号(测距码、载 波)。 ③发送用
于导航定位的信号(采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文)。 ④接受地面指令，进行相应操作。 ⑤其他特殊用途，如通讯、监测核暴等
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GPS的地面监控部分
组成：主控站：1个、监测站：5个、注入站：3个、通讯与辅助系统
GPS的用户部分
组成:用户、接收设备(GPS信号接收机、其它仪器设备)
第一早
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坐标系统是rti原点位直、3个坐标轴的指向和尺度所定义，根据坐标轴指向的不同， 可划分为两大类处标系：天球*标系和地球处标系。
(1) 天球坐标系：与地球自转无关，描述人造地球卫星的位置； (2) 地球坐标系：随地球白转，描述地面观测站的空间位置
2.(1)天球：指以地球为中心，无限的向天空伸展的一个球体。地轴延伸与天球有两个交点， 北交点称为
天北极，南交点称为天南极。
(2) 通过地心与黄道而(地球绕太阳公转的轨道平面)垂肓的轴线为黄轴，黄轴与天球的两 个交点分别是北黄极和南黄极。(春分点：即黄道与赤道的交点Z-o )
(3) 天球空间直角处标系的定义： 地球质心O为坐标原点，Z轴指向天球北极，X轴指向 春分点，Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手处标系。则在此处标系下，空间点 的位置由坐标(X, Y, Z)
來描述。
(4) 天球球而坐标系的定义：地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴所在平面为天球经度 (赤经)测量
基准——基准子午面，赤道为天球纬度测量基准，而建立的球而处标。空问点 的位置在天球坐标系下的表述为(r, a , $ )。
5 地球坐标系
(1) 地球直角坐标系的定义：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤 道而与格林
尼治子午圈的交点，Y轴在赤道平而里与XOZ构成右手处标系。
(2) 地球大地坐标系的定义：地球椭球的中心与地球质心璽合，椭球的短轴与地球自转轴重 合。空间点
位置在该坐标系中表述为(L, B, H)。
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卫星测量中常用处标系
瞬时极犬球坐标系与地球坐标系
A瞬时极天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转方向(真天极)，x轴指 向瞬时春分点(真
春分点)，y轴按构成右手坐标系取向。
B 瞬时极地球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球白转轴方向，x轴指向瞬时 赤道面和包含瞬
时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午血的交点，y轴构成右手处标 系取向
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日月岁差与章动
由于地球本身不均匀以及|_|、刀对地球的影响，使地轴在空间不断地抖动，这样导 致犬轴绕
着黄极在大球上缓慢的运动。该运动町分解为长周期和短周期运动。长周期运动是 2580()年绕黄极一周，使春分点产生每年约50.2秒的长期变化，称之为日月岁差；一系列短 周期变化中幅值最大为9秒，周期为1&6年，短周期变化称为章动。
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固定极天球坐标系——平天球坐标系
选择某一历元时刻，以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为 z轴和x轴
指向，y轴按构成右手坐标系取向，建立天球坐标系——平犬球坐标系，坐标系 原点与真天球处标系相同。瞬吋极天球朋标系与历元平天球处标系之间的朋标变换通过下而 两次变换来实现
9固定极地球坐标系——平地球坐标系
极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移。
国际协定原点CIO：采用国际上5个纬度服务站的资料，以1900.00至1905.05年地球口转 轴瞬时位置的平均位置作为地球的固定极称为国际协定原点CIOo
(1)平地球处标系： 10
取地球质心为处标原点，刁轴指向CIO, x轴指向协定赤道面与格林
尼治子午线的交点，y轴在协定赤道面里，与xoz构成右手坐标系，构成平地球坐标系。
WGS-84大地处标系
(1) WGS (World Geodetic System) -84的定义：原点在地球质心,Z轴指向BIH (国 际时间局)1984.0定义的协议地球极(CTP-Conventional Terrestrial Pole)方向,X轴指向 BIH1984.0的零度子午而和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手他标系。它是一个地 固坐标系。
(2) WGS-84椭球及其有关常数：WGS-84采用的椭球是国际人地测最与地球物理联合会 笫17届
大会大地测量常数推荐值，其四个基本参数：长半径、地球引力常数、正常化二 阶带谐系数、地球口转角速度。
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坐标系统之间的转换
布尔沙-沃尔夫模型：七参数转换(7-Pcirametcr Transformation)在该模型中共采用了 7个参 数，分別是
3个平移参数TX、TY、TZ,3个旋转参数3 X、3 丫、3 Z(也被称为 3个欧拉角)和1个尺度参数m。 13
时间基准
时间测量需要一个公共的标准尺度。一般来说，任何一个能观测到的周期性运动，貝要能满 足下列条件都可以作为时间基准：
(1) 能作连续的周期性运动，且运动周期十分稳定；
(2) 运动周期貝冇很好的复现性，即在不同的时期和地点这种周期性运动都町以通过观测 和实验来予
以实现
14 恒星吋 ST (Sidereal Time)
定义：以春分点为参考点，由它的周口视运动即春分点两次经过木地了午线的时间间隔所确 定的时间称为一个恒星口。
恒星时在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角。
15 平太阳时 MT (Mean Solar Time)
其周年视运动轨迹位于赤道平面而不是黄道平面；它在赤道上的运动角速度是恒定的，等于 真太阳的平均角速度。
平太阳时：以平太阳作为参考点，由它的周口视运动所确定的时间称为平太阳时。
16 世 界时 UT (Universal Time)
a) 以平子午後为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时UT (格林尼治起始子午 线处的平太阳
时)。它是世界统一的时间系统。
b) 地球口转角速度不均匀，不仅有长期减缓的总趋势，而且也有季节性的变化及短周 期变化，较
为复杂；
C)地极在地球上的位直不固定，而是在不断移动，即极移。 d)世界时不再严格满足作为一个时间系统的基木条件。 17
了时 ATI (International Atomic Time)
当原子中的电子从某一能级跃迁至另一能级吋所发出或吸收的电磁波。这种电磁波的频 率非常稳定，而R这种现彖容易复现，所以是一种很好的时间棊准。
原子时：以原子跃迁是的稳定频率作为时间基准的时间系统。
18 GPS吋间系统(GPST)
(1) 为了保证导航和定位的精度，全球定位系(GPS)建立了专门的时间系统，简称GPSTo
(2) GPST属于原子时系统，其秒长为国际制秒(SI),与原子时相同，但其原点与国际原 子时(IAT)的起点不同。GPST与IAT之间存在一个常数差，它们的关系为：
IAT-GPST=19(s)
(2) GPST与协调时(UTC)规定于198()年1月6日()时札I一致，其后随着时间成整倍数 积累，到1987年该差值为4s,到1995年相差10s。 GPST由主控站原了钟控制。 第三章 卫星运动基
础及GPS卫星星历
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无摄运动：仅考虑地球质心引力作用的卫星运动称为无摄运动。 ?受摄运动：考虑摄动力作用的卫星运动称为受摄运动。
GPS卫星星历
卫星星历：是描述卫星运动轨道的信息。也可以说卫星星历就是一组对应某一时刻的轨 道根数及其
变率。GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。
GPS卫星星历传送方式： (1)
星历，精度捉高到5m左右。
C/A码星历，其中星历精度为数十米。 (2) P码
GPS广播星历参数共有16个，其中包括1个参考时刻，6个对■应参考时刻的开普勒轨道 参数和9
个反映摄动丿J彩响的参数。
第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号
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GPS信号包含有三种信号分量，即载波信号、测距码信号和数据码信号(或称D码， 即导航电文)，
在这三种分量中载波和测距码用于测量卫星到地而接收机之间的距离；而数 据码则提供计算卫星坐标所盂的参数，由卫星坐标和卫星到地面间的距离求得地面点的坐 标。
2 GPS卫星的导航电文
GPS卫星的导航电文(简称卫星电文)：包含了有关卫星星历、卫星工作状态、时 间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、人气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息 的数据码(或D码)。这些信息是以二进制码的形式,按帧向外播送。它的慕木单位是长1500bit 的一个主帧，传输速率是50bit/s, 30秒钟传送完毕一个主帧。一个主帧包括5个子帧，笫1、 2、3子帧各有10个字码，每个字码有30bit。笫4、5子帧各有25个不同的页面，共有37500bito 第1、2、3子帧每30秒钟重复一次(第4、5子帧翻转一页),内容每小时更新一次。第4、 5 了帧的全部信息则需要75()秒钟才能够传送完，即第4、5 了帧是12.5分钟播完一次(一 组完整电文)，然后再重复Z，其内容仅在卫星注入新的导航数据后才得以更新。 3两种载波
在无线电通信技术中，为了有效地传播信息，都是将频率较低的信号加载在频率较 高的载波上，
此过程称为调制。然后载波携带着有用信号传送出去，至IJ达用户接收机。
GPS测量原理与应用_复习试题.doc
