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德国Polytec宝利泰激光多普勒测振仪单点式非接触式振动测
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基于激光多普勒原理的Polytec高性能单点式激光测振仪，设备核心为一台高精度激光干涉仪，输出激光照射到待测目标上，同时收集目标反射激光，经干涉产生正比于目标速度的多普勒频移信号，经内置于控制器内的运算处理，输出被测物的速度值和位移值。高性能单点式激光测振仪主要由两大部分构成：高性能控制器OFV-5000和非接触式高灵敏度光学头。Polytec光学头可分为：标准光学头、光纤光学头、紧凑式光学头。&技术优势&高性能控制器OFV-5000采用最新的宽带数字解码技术，可与Polytec一系列高灵敏度光学头配套使用，具有远程聚焦、自动聚焦和聚焦存取功能（光学头OFV-505）。系统可在距目标0.5米~100米距离上测试，具有极高的测量分辨率和极大的动态测量范围，可测量原子级微弱振动到数十万g冲击。高精度直接输出速度（分辨率优于0.02&m/s）和位移（条纹计数原理，精度达pm级）。&其改良的分辨率技术，从模拟到数字的动态显示，并可扩展、可直接升级成多功能全场扫描式测振系统，是Polytec公司最新的一款技术完美的非接触式测振系统，已为各高校、研究所等科研单位广泛使用。&&卓越的技术参数&&&&&&& 工作距离：0.5m~100m&& 最大速度：10m/s&& 频率范围：DC~24MHz&& 速度分辨率：优于0.02&m/s（1Hz带宽）&& 位移分辨率：优于0.15nm&& 自动聚焦、手动聚焦、远程聚焦、遥控聚焦功能&& 极大的动态范围,可测量从原子级微弱振动到百万g冲击&& 可嵌入小型实验室测试&&应用领域& &汽车零部件（如：刹车片、发动机、车门等）& &航空航天工业（如：航空发动机、涡轮叶片等）& &数据存储系统（如：硬盘）& &建筑物、桥梁或者其他大型户外构筑物& &设备的预先维护、在线质量检测& &对振动测试精度要求很高的科研单位&为满足不同的实际测量需要，高性能控制器OFV-5000内置四个插槽。其中三个为专用插槽：两个速度和一个位移；另外一个为辅助插槽，可根据进一步需求配备速度或位移。&常用的技术参数请参考下表。&常用速度解码卡描述带宽量程测量最大速度最佳速度分辨率VD-04中频解码卡0-250kHz310m/s0.2&m s-1/ HzVD-05辅助解码卡0-10MHz25m/s3&m s-1/ HzVD-06数字解码卡，带自适应DSP滤波0-350kHz40.5m/s0.02&m s-1/ HzVD-09宽带数字解码卡0-2.5MHz1410m/s0.02&m s-1/ Hz位移解码卡描述带宽量程最大输出位移最佳位移分辨率DD-300&20 MHz解码卡（适合超声波）（可配任意速度解码卡）50kHz-20MHz1& 75 nm0.1 pmDD-400嵌入式解码卡（适合VD-04速度解码卡）20Hz-250kHz3& 1 nm参考频率DD-500高端解码卡（适合VD-06速度解码卡）0-350kHz16& 50 mm15 pmDD-600辅助位移，与VibSoft-VDD一起使用，I /Q信号转换DD-900宽带数字解码卡（适合VD-09速度解码卡）0- 2.5MHz16& 50 mm15 pm&&&宝利泰测量技术（北京）有限公司Polytec China Ltd.北京市朝阳区光华路7号汉威大厦西区1026室（100004）电话：010-617091传真：010-E-mail：中文网址：
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测量学第八章 全球定位系统的定位技术
第8章 全球定位系统的定位技术全球导航卫星系统GNSS8.1概述1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星发射成功1958年底，美国开始建立为美国军用舰艇导航服务的“海 军导航卫星系统”(Navy Navigation Satellite System，简 称NNSS)。 NNSS于1964年建成并在美国军方使用。 NNSS共有6颗工作卫星，距离地球表面的平均高度约为 1070km,因运行轨道面均通过地球南北极构成的子午面， 又称为“子午卫星导航系统”. 使用的卫星接收机称多普勒接收机与传统导航、定位方法 比较，使用NNSS导航和定位具有不受气象条件的影响、 自动化程度较高和定位精度高的优点NNSS缺点：工作卫星少、高度较低，多普勒接收机的观 测时间较长，不能提供连续实时定位和导航服务； 大地测量静态定位，一个测站平均观测时间1~2天，不能 达到cm级的定位精度 为满足军事和民用部门对连续实时定位和导航的迫切 要求1973年12月，美国国防部开始组织陆海空三军联合研 制新一代军用卫星导航系统，英文全称为“Navigation by Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System (NAVSTAR/GPS)”中文意思是“用卫星定时和测距进行导 航/全球定位系统”，简称GPS从日第一颗工作卫星发射成功， 日共发射了24颗.目前的卫星数已经超过32颗它们均匀分 布在6个相对于赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，每 个轨道上有4颗卫星运行，它们距地球表面的平均高度约 为20200km，可保证在地球上任何地点、任何 时刻、在高度15°以上的天 空同时能观测到4颗以上卫星俄罗斯格洛纳斯系统，1976 年开始推进，目前在轨道上 只有6颗卫星可用，不能独 立组网，定位精度30米至 100米，测速精度0.15米/秒。 俄罗斯则计划在2010年全面 恢复LONASS系统俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)共有31颗卫 星在轨，其中24颗卫星正在运行，3颗卫星即将投入 运行，2颗卫星处于维护中，1颗卫星正在试验，1颗 卫星备用。至此，俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统研发 正式完成。 格洛纳斯卫星导航系统是俄罗斯于上世纪90年代 基于国防目的研制开发的，这套系统用24颗卫星即可 实现全球覆盖。俄军总参谋部2011年10月末承诺，到 2015年格洛纳斯卫星导航系统将赶上美国GPS系统的 定位精度。3、欧洲的伽利略卫星导航系统根据欧盟的设想，伽利略计划分4个阶段逐步实施。第一阶 段是系统可行性评估或定义阶段(2000年前结束)；第二阶段 为开发和检测阶段(2001年至2005年)；第三阶段是部署阶段 (2006年至2007年)；第四阶段为商业运行阶段(2008年以后)。打造“伽利略系统”将耗资约27亿美元，将30枚人造卫星送 上距离地球表面23000公里的太空轨道。欧盟的一些专家称， “伽利略系统”可与美国的GPS和俄罗斯的“全球导航卫星 系统”兼容，“伽利略系统”确定物体的误差范围将在1米之 内，此外，“伽利略系统”的运作将十分安全、稳定，非常 适合安全要求极高的使用者，如引导飞机安全起降或火车行 驶等。? “伽利略”计划的总投资预计为36亿欧元，由分布在3个轨 道上的30颗卫星组成。该系统与GPS类似，可以向全球任何 地点提供精确定位信号。由于“伽利略”系统主要针对民 用市场，因此在设计之初，设计人员就把为民用领域的客 户提供高精度的定位放在了首要位置。与美国的GPS相比， “伽利略”系统可以为民用客户提供更为精确的定位，其 定位精度可以达到1米，而GPS只能达到10米。 伽利略系统是欧洲设计建设的新一代民用全球卫星导 航系统，由30颗卫星组成，其中27颗为工作卫星，3颗为备 用卫星。号，欧洲阿丽亚娜公司用一枚俄罗 斯运载火箭为伽利略系统发射了首批两颗卫星。 ? 伽利略系统对欧盟具有关键意义，欧盟将从此拥有自己的 全球卫星导航系统，有助于打破美国GPS导航系统的垄断地 位，从而在全球高科技竞争浪潮中获取有利位置，并为将 来建设欧洲独立防务创造条件。
能在全球范围内，向任意多用 户提供高精度的、全天候的、 连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。 对于测绘界的用户而言， GPS已在测绘领域引起了革命性的 变化，目前，范围上数公里至几千公里的控制网或形变监测网，都 将GPS作为首选手段。??的组成GPS由工作卫星、地面监控系统和用户设备三部分组成。 ? 1、地面监控系统 ? 地面监控系统包括1个主控站、3个注入站和5个监测站 ? 主控站位于美国本土科罗拉多?斯平士的联合空间执行中心 ? 3个注入站分别位于大西洋的阿森松群岛、印度洋的狄哥伽 西亚和太平洋的卡瓦加兰3个美军基地 ? 5个监测站除了位于1个 ? 主控站和3个注入站以 ? 外，还在夏威夷设立了 ? 1个监测站? ? ? ? ????(1) 监测站 完成对 GPS 卫星信号的连续观测，搜集当地的气象 数据，观测数据经计算机处理后传送到主控站 (2) 主控站 协调和管理所有地面监控系统的工作和下列工作： 1) 根据本站和其它监测站的观测数据，推算编制各 卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数，并将 这些数据传送到注入站 2) 提供时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟均 应与主控站的原子钟同步，或测量出其间的钟差， 并将这些钟差信息编入导航电文，送到注入站 3) 调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行 4) 启用备用卫星以代替失效的工作卫星(3) 注入站 ? 在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星 历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相 应卫星的存储系统中，并监测注入信息的正确性?8.2.1、空间星座部分 1、GPS卫星星座 GPS系统的空间部分由21+3颗 卫星组成，均匀分布在6个轨道面 上，地面高度为20200余公里，轨 道倾角为55度，扁心率约为0，周 期约为12小时。 卫星向地面发射两个波段的载 波信号，载波信号频率分别为 兆 赫兹（L1波段）和 1227.6兆赫兹（L2波段）。2、GPS卫星及其功能卫星重774kg,每颗卫星配有4个原子钟，定时精度为 10-12~10-13秒 接收并储存由地面监控站发来的导航信息； 接收并执行主控站发出的控制命令；向用户连续发送导航信息。3、GPS信号的组成载波L1:f1=1575.42MHz 载波L2:f2=1227.60MHz 基准信号：F=10.23MHz C/A 码 τG=1.023MHz P码 τP=10.23MHz D码 τD=50Hz50 比特/秒卫星轨道信息? §8.2.2 用户设备 ? 用户设备包括GPS接收机和相应的数据处理软 件 ? GPS接收机包括接收天线、主机和电源 ? GPS接收机的任务是捕获卫星信号，跟踪并锁 定卫星信号，对接收到的信号进行处理，测量 出测距信号从卫星传播到接收机天线的时间间 隔，译出卫星广播的导航电文，实时计算接收 机天线的三维坐标、速度和时间。GPS系统组成空间部分：NAVSTAR (NAVigation Satellite Time and Ranging) 24 颗卫星 20200 Km轨道高度系统控制部分：用户设备部分：接收卫星信号1 个主控站 5 个监控站8.3 GPS卫星定位的基本原理GPS 原理：单点定位R3 R1 R2我们处在以 Ri 为半径的一个球面上,3 个球面相交于一个点,3 个 距离观测值可以解算出一个点的纬度、精度与高程.
8.3.1 伪距测量原理距离 = 信号传输时间 × 光的速度S=St ?cXllVl? 伪距 (码观测值) C 每一颗卫星大约以 1 毫秒为周期重复 播发它自己所特有的一组信号 C接收机将接收到的信号与它本身产生 的信号相比较 C根据信号到达的时间差 (DT)，我们就 可以确定距离的观测值接收到来自 卫星的码信号接收机产生 的码信号DTρ= DT ? c~ ρ==St ?c=(tj-tw) ?c ~ ρ ：接收机至卫星的距离观测值，由于包含有多种误差， 故称为伪距观测值。tj ：接收机收到信号的时间，tw：卫星信发出信号的时间。tj+Vj=Tjtw +Vw=Tw19950 KmVj ：接收机时钟误差， Vw ： 卫星时钟误差。 ~ ρ =[(Tj-Vj)-(Tw -Vw)] ? c =(Tj-Tw ) ? c+(Vw - Vj) ? c 卫星信号在传播过程中，会产 生两项误差：大气中电离层误 差δρl和对流层误差δ ρT 。 ~ ρ =(T -T ) ? c+(V - V ) ? c+δ +δj w w j ρl电离层 200 Km50 Km对流层ρT= ρ+ c? Vw - c? Vj+δρl+δ ρTρ = ρ- c? Vw + c? Vj+δρl+δ ρT伪距测量的基本方程式~ρ = √ [(Xsi-XG)2 +(Ysi-YG)2+(Zsi-ZG)2 ]ρ = ρ- c? Vw + c? Vj+δρl+δ ρT式中： XG 、 YG 、 ZG 、 Vj是未知数，故需要观 测4颗卫星建立4个方程才能结算出来。~理论上说，利用 C/A 码进行单点定位精度可 以达到 10 - 30m8.3.2 载波相位观测值及观测方程 C/A码的波长为：293m，P码的波长为29.3m,相应的测 距精度分别为：3m合0.3m。 载波L1波长为：19cm，载波L2波长为24cm,相应的测距 精度为：2mm。 C 接收机将接收到的相位与本身产生 的相位相比较 C 开机时到达接收机的波长的整周数 是不知道的 (称为载波相位初始整周 未知数) C 只要您能保持对卫星信号的跟踪， 距离的变化能够通过观测得到接收到的来自 卫星的相位接收机生成 的载波DTD = c DT + lN载波相位测量时测定GPS卫星载波信号传送至接收机天线 之间的相位延迟。GPS接收机将接收到的卫星信号与本机复制的信号进行相位 比对，即可得到相位差。设卫星发射的信号相位为Φ(S)，接 收机接收到的卫星信号的相位为Φ(R) ，则，伪距观测值ρ为： ρ =λ[Φ(R)-Φ(S)]/2π= λ[No+SΦ/ 2π] No为信号传播相位变化的整周数， SΦ相位变化的尾数。时刻 (0) 时刻 (1)整周未知数 整周未知数 时刻 (0) 的 初始相位观测值 时刻 (1) 的 相位观测值相位观测值方程： ~Φ = No+int(Φ)+SΦ/ 2π=（ρ +δρl+δ ρT ） f/c +f? Vw Cf? Vj + No~ λΦ = (ρ +δρl+δ ρT ） +c? Vw Cc? Vj + λ Noρ = ρ- c? Vw + c? Vj+δρl+δ ρT + λ No~8.3.3 载波相位测量的相对定位?流动接收机“B”的点位可以通过相对于给定的参考 站“A”来确定 C“A”的坐标是已知的 C它们之间进行了GPS 观测?差分定位 C消除了卫星与接收机的 时钟误差 C使残余的大气延迟误差 降低到最低限度 C精度提高到 3mm - 5mAB它实际上是在一个测站对两个目标的观测量、两个测站 对一个目标的观测量或一个测站对一个目标的两次观测量之 间进行求差。其目的在于消除公共项，包括公共误差 和公 共参数。从而得到高精度的坐标差观测值。1、单差法 两个测站对一个卫星目标的 观测量的两次观测量之间进 行求差。ρ1 = ρ1 - c? Vw+ c? V1+δρl+δ ρT~ ρ2 = ρ Vw+ c? V2+δρl+δ ρT 2 - c? ~ ~ Sρ21 = ρ （V2 - V1 ） 2 - ρ1 + c?~2、双差法两个测站对不同卫星的单差观测 值之差，可以进一步消除接收机 时钟误差的影响。 3、三差法 两个测站对不同卫星的不同观测 历元的双差观测值之差。8.3.4 GPS实时差分定位 RTK （Real - time kinematic）采用了载波相位动态实时差分 方法是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。 在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标 信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准 站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测 值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。 流动站可处于静止状态，也可处于运动状态； RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位 时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观 测值）及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般 都要求9600的波特率。1、位置差分 2、伪距实时差分(RTD) 3、载波相位实时差分（RTK) 4、广域差分 8.3.5 GPS技术的应用 1、军事 2、民用导航 3、农业 5、测绘工程 6、气象预报4、地球物理与地震监测
3、欧洲的伽利略卫星导航系统根据欧盟的设想，伽利略计划分4个阶段逐步实施。第一阶 段是系统可行性评估或定义阶段(2000年前结束)；第二阶段 为开发和检测阶段(2001年至2005年)；第三阶段是部署阶段 (2006年至2007年)；第四阶段为商业运行阶段(2008年以后)。打造“伽利略系统”将耗资约27亿美元，将30枚人造卫星送 上距离地球表面23000公里的太空轨道。欧盟的一些专家称， “伽利略系统”可与美国的GPS和俄罗斯的“全球导航卫星 系统”兼容，“伽利略系统”确定物体的误差范围将在1米之 内，此外，“伽利略系统”的运作将十分安全、稳定，非常 适合安全要求极高的使用者，如引导飞机安全起降或火车行 驶等。? D伽利略”计划的总投资预计为36亿欧元，由分布在3个 轨道上的30颗卫星组成。该系统与GPS类似，可以向全 球任何地点提供精确定位信号。由于“伽利略”系统主 要针对民用市场，因此在设计之初，设计人员就把为民 用领域的客户提供高精度的定位放在了首要位置。与美 国的GPS相比，“伽利略”系统可以为民用客户提供更 为精确的定位，其定位精度可以达到1米，而GPS只能 达到10米。 按照计划，第一颗用于测试的卫星将于今年年底在白 俄罗斯的拜科努尔基地发射升空，2006年“伽利略”系 统即可进行正式部署，2008年整个系统完工，正式为客 户提供商业服务。中欧合作互利双赢 “伽利略”系统主要用于民用领域，中国庞大的潜在用户群对 于确保“伽利略”系统的成功具有重要意义。2000年，“伽利略”计划提出不久，欧盟委员会副主席德帕拉 西奥在与当时的中国国务院总理朱F基会晤时就表示希望中国参 与“伽利略”计划，得到了中国的积极回应。随后，中国同欧盟 签署协议，在北京成立了中欧卫星导航技术培训合作中心，加强 国内技术人员的培训和双边交流。而为了落实中方的责任与义务， 中国成立了由多家公司参股的“伽利略”卫星导航有限公司。该 公司作为国内的总承包商负责协调国内的相关单位和公司，完成 中国在“伽利略”计划中所承担的任务。中国加入“伽利略”计划，对双方都是好事。从欧洲方 面看，欧洲希望成为未来世界独立的一极，在世界事务中 发挥积极的作用。通过与中国在空间技术上的合作，可以 对美国的“单边主义”形成一定的牵制，所以在“伽利略” 计划的合作中欧洲表现得更主动。 而中国通过合作可以获得可观的经济收益，中国将向 “伽利略”计划投资2亿欧元，根据比例获取相应收益。 同时中国在整个系统的开发运作过程中可以提升本国的技 术，学习市场开发的经验，为本国开发独立的卫星导航系 统打下良好的基础。3月中旬，来自中国和欧洲航天部门的官员们行色匆匆，赶赴德国慕尼黑，就争执了半年的导航卫 星放射频率“重叠”问题展开第二轮谈判。双方唇枪舌剑，激烈交锋。欧方官员以频率是从美国人 手里花“血本”获得，而且欧洲人的“伽利略”系统早已按此频率进行技术设计现已无法修改为由， 力压中国“北斗”二号系统“搬迁”到其他频道上；中方则依据国际上通行的卫星发射频率原则― ―D谁先用谁先得”的“所有权取得”，对自己的权益寸步不让，对欧方的要求据理力争。会谈最 终毫无进展，等待下一轮谈判。 在全球卫星导航系统的建设一事上，中国和欧洲从最初的合作，逐步走向竞争，反映了中欧之间深 层次的结构性矛盾和战略利益冲突，而冲突背后，则揭示了欧洲一直以来对华所抱持的傲慢和排斥 心态。关于这场并不为国内人所熟知的争执，其实由来已久，要厘清来龙去脉，还得从最开始的中 欧合作签约谈起。 蜜月期（2003年-2004年）中欧优势互补 反对单极世界 2003年的欧洲，处处弥漫着反美反战情绪。美国执意执行单边主义外交政策，不顾国际社会反对， 悍然发动伊拉克战争，欧洲人感受到了“单极世界”引起的潜在危险。时任法国总统希拉克，主张 建立“多极化世界”，他的呼声得到时任德国总理施罗德的坚决支持。在这样的背景下，欧盟决定 把中国纳入欧盟2002年就已启动的“伽利略”计划中，中国成为第一个非欧盟的参与国。消息传开， 震惊美国。 一直以来，美国的全球卫星定位系统GPS在民用导航领域独步天下，即便同时代有俄罗斯的“格洛 纳斯”系统与之竞争，但“格洛纳斯”年久失修，导航卫星残缺不全，早已淡出国际市场，根本不 具备与GPS一比高下的能力。欧盟发起的“伽利略”全球卫星导航计划，被认为是结束美国“独霸” 局面的最有力挑战。按设计，“伽利略”将一共由30颗“中轨道”和“静轨道”导航卫星覆盖全球， 其定位精度超过了GPS，在兼容性和精确度等设计方面也优于GPS。为了打破GPS的垄断地位， “伽利略”的“公共管理服务”系统拟使用的频率故意选择了与美国GPS相近的频率，这样的安排 有可能冲淡GPS的频道效果，令美国人坐立不安。早在几年前，中国在区域卫星导航和定位系统上已有长足发展， 2000年相继发射了两颗静地轨道的导航实验卫星，2003年4月又 发射了第三颗“静轨道”卫星，基本形成了覆盖全中国的区域 导航和定位系统，这一系统被称为“北斗”一号。 当时的“北斗”系统尚属实验开发阶段，其技术参数落后于 GPS，也落后于2002年欧盟决定启动的“伽利略”系统，而且 更重要的一点是，“北斗”一号只属于区域性，其商用价值并 不高。在这样背景下，欧洲人主动“邀请”中方加入全球卫星 导航系统，中方欣然受之，双方一拍即合。 欧洲把中国纳入，不仅使欧洲一些国家的领导人赚足了政治资 本，也使“伽利略”计划捉襟见肘的财政状况得到极大缓解， 更给“伽利略”进入中国诱人的市场打下了基础。2003年底， 在中方实际完成了区域导航系统“北斗”一号之后，中欧草签 合作协议。2004年中欧正式签署技术合作协议，中方承诺投入 2.3亿欧元的巨额资金，第一笔7000万欧元的款项很快就打到欧 方账户上。 中国与欧盟合作，既有战略利益也有实际的好处。有人评论，2005年，“伽利略”首颗“中轨道”实验卫星“GLOVE-A‖搭乘俄罗斯“联盟”号运载火箭顺利升空。 虽然这只是一颗实验性卫星，并非是要最终布置的30颗导航卫星之一，但“GLOVE-A‖的发射，标志 着欧盟“伽利略”计划从设计向运转方向转变。 然而，进入2005年，欧洲政治开始转向，之前“亲华”的德国总理施罗德黯然退隐，由来自右翼政党 的亲美政治家默克尔担任德国新总理，而法国也进入了领导人交替的时代，希拉克的影响力逐渐下降， 亲美政治人物尼古拉? 萨科齐于2007年开始担任法国总统。 亲美政治人物纷纷上台，给欧盟致力于建立“多极世界”的愿望变得暗淡，欧洲迅速向美国靠拢。在 这样的背景下，欧洲航天局与美国“修好”，同意修正之前拟定的与美国GPS相近的发射频率，以便 投入使用后产生信号冲突的可能性降至最低限度。但这样的技术重新修正，却花掉了预算之外的一大 笔钱。作为回报，美国同意在技术上支持“伽利略”的开发。 恰恰在这个时候开始，欧盟为“伽利略”计划的财政和利益分配吵成一团。也是从这个时候开始，欧 盟开始排挤中国。 眼看着投入巨额资金，却得不到与之相称的对待，甚至待遇还低于没有投入一分一厘的其他非欧盟国 家，如印度等国，令中国大为不满。中国不但进不到“伽利略”计划的决策机构，甚至在技术合作开 发上也被欧洲航天局故意设置的障碍所阻挡，中方除了挂得一个参与人的“好名声”之外，其他一无 所得，反而要担负巨额资金投入，这样的“结局”令中方十分不满。 在此背景下，中国开始把注意力转移到沉寂数年的“北斗”系统上。2007年发射的第四颗“北斗”一 号导航卫星，替换了退役的卫星，“北斗”系统开始激活。到2007年底，中国成功发射了第一颗“中 轨道”导航系统，标志着“北斗”系统在技术和规划上的重大突破。 本来中国诚心与欧盟合作，一开始就定位“北斗”为区域导航系统，给“伽利略”计划留下了毫无保 留的施展空间。但是，事与愿违，欧方“骨子里”并没有放弃轻视中国、压制中国的心态，合作不到 几年，短暂的“蜜月期”一过，中欧双方就合作开发问题常生冲突，中国抽身离去，留下为经费吵成 一团的欧盟各国。竞争期（2008年-2009年）“北斗”横空出世 技压“欧系”卫星 由于实质参与欧洲“伽利略”卫星导航系统受挫，中国决定“单干”。2006年11月，中国对外宣布， 将在今后几年内发射导航卫星，开发自己的全球卫星导航和定位系统，到2007年底，有关覆盖全球 的“北斗”二号系统计划已经浮出水面。 此时，欧盟还在内耗中没有脱开身。直到日，“伽利略”系统的第二颗实验卫星才升 空，此时距上次发射已经有差不多四年时间，这样的进度，比最初的计划推迟了整整五年。 “北斗”二号横空出世，不仅使欧洲“伽利略”系统准备与美国GPS一争高下的愿望大打折扣，也 冲淡了“伽利略”未来的市场前景。“北斗”二号在技术上比“伽利略”更先进，定位精度甚至达 到0.5米级，令欧洲人深受震撼。另一方面，之前“伽利略”计划的推出，刺激了美国和俄罗斯加快 技术更新，新一代GPS和新一代“格洛纳斯”的定位精度等技术指标均很快反超“伽利略”，“伽 利略”逐渐丧失了技术相对领先的优势。为转变被动局面，欧洲人别无他法，只有增加财政投入， 而此时欧洲航天局为了排挤中国，已经以法律形式规定所有开发资金均来源于欧盟公共资金，这就 意味着，要想增大投入，还得在内部无休止地“吵”下去。 欧洲人开始酸溜溜地说，中国“北斗”二号的技术“偷窃”自欧盟“伽利略”计划，这样的无聊之 辞已经成为欧洲人自大自负又一例证。出于战略的需要，中国并没有完全放弃与欧盟“伽利略”计 划的合作，但这已经不能阻挡中国推出自主全球导航系统的步伐。 按照国际电信联盟通用的程序，中国已经向该组织通报了准备使用的卫星发射频率，这一频率正好 是欧洲“伽利略”系统准备用于“公共管理服务”的频率。 频道是稀有资源。占得先机的美国和俄罗斯分别拥有最好的使用频率，中国所看中的频率被认为是 美国和俄罗斯之后的“次优”频率。 按照“谁先使用谁先得”的国际法原则，中国和欧盟成了此频率的竞争者。然而，中国将在2009年 发射三颗“北斗”二代卫星，正式启用该频率，而欧盟连预定的三颗实验卫星都没有射齐，注定要 在这场“出乎意料”的竞赛中败下阵来，从而失去对频率的所有权。 中欧围绕“伽利略”开发的曲折过程生动地证明，中欧只有真诚合作，平等相待，才能给双方都带 来长远利益。欧洲如不放弃自负自大的心态，继续歧视和压制中国，那么，最后受损失的还是欧洲 自己。2009年前后将有12颗卫星发射升空。观察人士分析，此举意味着中国正在进行“北斗二号” 的布网工作。届时，由数十颗卫星组成的与GPS系统相类似的卫星数组，可以轻松实现不 需要通过地面中心站联系和传输信号的无源定位。 定位精确在“厘米”之内 据悉，较之目前仍在运行的“北斗一号”，“北斗二号”在诸多方面具有优势，包括可以 有效避免遭受电磁干扰和攻击，实现无源定位。另外，在精确度方面，“北斗二号”也可 以精确到“厘米”之内。中国此项技术优势将广泛应用在气象、交通、环境监测等方面。 据中国卫星导航定位应用管理中心官员介绍，北斗卫星导航定位第二代系统的研制建设工 作目前已进入攻坚阶段。2009年将有多颗卫星发射升空，3年内完成系统组网，并具备基 本的运行能力。在此基础上将逐步发展到为全球服务。未来卫星导航不仅在军事，而且在 交通运输、气象测报、国土测绘以及公共安全等领域都将发挥重要作用。 作为国家重要的信息基础和战略设施，卫星导航定位系统是国家综合国力的重要标志。 2003年12月，中国自行研发设计的“北斗一号”卫星导航定位系统建成并正式开通运行， “北斗一号”精确度在10米之内。8.4 GPS接收机构造及其工作原理8.4.1 GPS接收机的分类 1、按接收机的用途分类 a) 导航型接收机 此类型接收机主要用于运动载体的 导航，它可以实时给出载体的位置 和速度。这类接收机 一般采用C/A 码伪距测量，单点实时定位精度较 低，一般为±25mm。 此类接收机 还可以进一步分为： 车载型――用 于车辆导航定位； 航海型――用于 船舶导航定位； 航空型――用于飞 机导航定位。信标型GPS接收机b) 测地型接收机 测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。定位 精度高。仪器结构复杂，价格较贵。 授时型接收机 这类接收 机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时。 c) 受时型2、按接收机的载波频率分类 单频接收机 单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定 位。由于不能有效消除 电离层延迟影响，单频接收机只适用于 短基线（&15km）的精密定位。 双频接收机 双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层 延迟的不一样，可以消除电离层 对电磁波信号的延迟的影响， 因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。 3、按接收机通道数分类 GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收 到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量 测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所 具有的通道种类可分为： 多通道接收机 序贯通道接收机 多 路多用通道接收机4、按接收机工作原理分类 码相关型接收机 码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。 平方型接收机 平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢 复完整的载波信号 通过相位计测定接收机内产生的载波信号 与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。 混合型接收机 这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位 伪距，也可以得到载波相位观测值。 干涉型接收机 这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干 涉测量方法，测定两个测站间距离。8.4.2 GPS接收机的构造和工作原理GPS系统由天线、主机、电池组成WGS-84 坐标系 （World Geodetic System)北斗手持型用户机――个人〔单兵〕掌控的北斗用户产品●功能介绍 ◇全天候的定位、授时和双向报文通信功能，支持基于文 本/航迹图/指南针等多 ◇提供移动条件下的优化信号捕 获和处理策略，充分利用建筑物遮挡间隙进行导航和定位 信息处理； ◇预留标准RS232串行数据接口，支持多种数据协议，兼 通多种独立外设，如各类外设PDA、掌上电脑、商务通、 手提电脑、加固电脑设备等； ◇超大容量的信息处理和存储能力，可存储和管理定位信 息100条、通信电文100条 可全部锁定 航线10条、路标数 据100个、地址薄信息100条、常规短语30条； ◇支持全屏手写识别功能；自主研制的数字按键输入法， 输入信息更快捷、更方便，使用环境更广泛； ◇配备基于标准串口的职能数据维护和程序升级软件，确 保维护设备和备份数据更轻松、更安全； ◇配备独创的基于地图的智能导航信息管理软件，实现可 视化的导航信息编辑、维护和同步下载；北斗车载型用户机 ●主要功能 定位功能： 定位精度：20米1σ （非标校区100米1σ ）； 定位频度：受用户申请的智能卡控制； 导航功能： 可设定、预置、存储航路点、航线； 可自动计算偏航距离，偏航后还可以自动报警； 通信功能： 可进行短报文信息通信，并显示报文内容并将接 收到的信息存储，以便查询； 可编辑发送电文及编辑发送固定电文；北斗指挥型用户机 北斗指挥型用户机是用于对集团用户群进行管理指挥的特殊用户 机，是北斗系统通信和位置报告功能的体现。指挥型用户机一般 作为指挥调度网络的中心使用。 ●主要功能 -& 具备普通用户机的点对点通信、定位导航和定时功能； -& 可以接收所有出站波束的信号，获取数据信息（4~6个波束）； -& 可以监测所辖用户机的所有定位、通信和定时信息； -& 可以对所辖用户机进行单个、部分或全部的指挥调度； -& 具有友好的图形人机界面、数字地图及强大的信息处理和存贮 能力。北斗玉衡船位监控管理系统 D北斗玉衡船位监控指挥管理系统”是北斗星通公司承接 国家863计划课题――D北斗卫星海洋渔业综合信息应用 服务”项目的重要成果之一，它以我国北斗卫星导航定 位系统为基础平台，实现对所辖渔船船位的动态监控与 管理，是能够全面为渔民提供紧急救助服务以及相关信 息服务的海洋渔业安全生产管理系统。南沙渔船船位监控指挥管理系统是利用我国北斗卫星导航定位 系统为导航通信基础平台，实现对所辖渔船船位的动态监控与 管理，为渔民提供紧急救助服务以及相关信息服务的海洋渔业 安全生产管理系统。也是我国北斗卫星导航定位系统在民用领 域具有典型示范意义的大规模应用项目。经过近五年的论证、 测试和海上试验，目前已进入全面实施阶段。预计将于2007年 下半年交付使用。北斗海上安全与管理系统主要是运用北斗一号用户机实现对 海上船舶导航定位、作业报告、遇险求助，有效保障海上航 行作业安全，提高作业效率；应用天玑集团用户中心设备在 岸基进行海上船舶的位置监控、指挥调度、越界告警，进行 有效的监管作业船舶；同时系统综合应用了MIS、WebGIS技术、 网络通信技术，可提供适合用户的业务信息管理，实现陆地 与海上、船与船之间的信息互通，可发布气象、海浪及作业 等增值服务信息，大幅度提高海上安全保障与作业监管效率。GPS测量实施8.5.1 控制网的设计1、精度指标? §8.4 GPS测量的实施? 方案设计、外业观测和内业数据处理。 ? 《全球定位系统城市测量技术规程》? (1) 精度指标? ? ? ? ? ? 使用载波相位静态相对定位法， 用两台或两台以上GPS接收机 同时对一组卫星进行同步观测。 控制网精度指标是以网中基线观测误差定义。 mD=a+b×10-6D a――固定误差， b――比例误差， D――基线长。
? (2) 观测要求? 同步观测时， ? 测站从开始接收卫星信号到停止数据记录 ――观测时段 ， ? 卫星与接收机天线连线与水平面的夹角 ―― 卫星高度角 ， ? 点位图形强度因子PDOP―― ? 一组卫星与测站构成的几何图形形状与定位精度关系数 ? PDOP与观测卫星高度角及观测卫星空间分布有关。 ? 观测卫星高度角越小，分布范围越大，PDOP值越小。 ? 当卫星高度角设置为≥15°时，点位PDOP值不宜大于6。 ? GPS接收机锁定一组卫星后， ? 将自动计算出PDOP值并显示在屏幕上。
? (3) 网形要求? ? ? ? ? GPS接收机观测，不要求各站点间相互通视。 网形设计，根据控制网用途、现有GPS接收机台数 分两台接收机同步观测、多台接收机同步观测、 多台接收机异步观测三种方案。 介绍两台接收机同步观测方案。? 1) 静态定位? ? ? ? ? 两台接收机轮流安置在每条基线端点 同步观测4颗卫星1h左右， 或同步观测5颗卫星20min左右。 用于精度要求较高的控制网， 如桥梁控制网或隧道控制网。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2) 快速静态定位 测区中部选一测点为基准站 安置一台接收机， 连续跟踪观测5颗以上卫星； 另一台接收机 依次到其余各点流动设站观测， 不必保持对所测卫星连续跟踪， 每点观测1~2min。 用于控制网加密和一般工程测量 控制点选在――天空视野开阔、 交通便利、远离高压线、 变电所及微波辐射干扰源的地点? ? ? ? ?WGS-84坐标系 与测区坐标系的坐标转换 至少有2个及以上的GPS控制网点 与测区坐标系的已知控制网点重合。 坐标转换计算由GPS附带数据软件自动完成。
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