第一章 绪论
1.GPS组成的三大部分以及各部分的作用
GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为给类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。
①GPS卫星星座（空间部分） ②地面监控系统（地面控制部分：一个主控站、三个注入站、五个监测站） ③GPS信号接收机（用户设备部分） ⑴GPS卫星的作用
①用L波段的两个无线载波（19cm和24cm波长）向广大用户连续不断地发送导航定位信号。
②在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过GPS信号电路，适时地发送给广大用户。
③接收地面主控站处理得到的通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。 ⑵地面监控系统作用：
①提供GPS卫星所播发的星历；
②监测和控制GPS卫星上各种设备的正常工作，以及卫星沿预定轨道运行；
③保持各颗GPS卫星处于同一时间标准——GPS时间系统。 ⑶接收机作用
捕获、接收、跟踪卫星信号，并对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 2.GPS、伽利略、GlONASS、北斗各有什么特点？
①GPS系统的特点: （信号模式：码分多址）24颗6轨倾角55 （1）定位精度高 （2）观测时间短 （3）测站间无需通视
（4）可提供三维坐标 （5）操作简便 （6）全天候作业 （7）功能多，应用广
②GLONASS：（信号模式：频分多址）24颗3轨倾角64.8
与GPS类似，GLONASS系统由空间卫星星座，地面控制系统和用户设备三大部分组成。
优点：可供国防和民间使用，且不带任何限制，也不计划对用户收费。
缺点：由于经济不景气，经费紧张，目前在轨卫星数目较少，不足以精密定位。 ③伽利略系统：由空间星座部分（27+3颗卫星3轨）、地面监控与服务部分、用户部分组成。
特点：⑴星座设计更加合理，可视卫星更多，对导航定位精度的影响更小。 ⑵更多的载波频率和测距信号； ⑶向用户提供完好性信息 ⑷提供SAR搜救服务 ;
⑸提供与外部增值服务的接口
⑹Galileo系统独立于GPS，但将与GPS/GLONASS系统兼容和相互操作等。 ④北斗导航定位系统
采用双星进行有源定位，可以全天候提供区域导航、定位、授时和通信等功能的卫星定位系统
空间部分：由3颗地球静止轨道卫星（其中一颗在轨备用）组成； 地面中心站：地面应用系统和测控系统；
用户部分：即车辆、船舶、飞机以及各军兵种低动态及静态导航定位的用户接收机。
3.北斗和GPS系统的区别：
北斗卫星定位系统的原理与GPS相同，但是又从导航体制、测距方法、卫星星座、信号结构及接收机等方面进行全面改进。卫星星座计划由GEO卫星，IGSO卫星和MEO卫星组成。
? 5颗相隔60o的地球静止轨道卫星 ? 3颗倾斜地球同步轨道卫星 ( IGSO星 )
? 24颗分布在3个轨道面内倾角为 55°的中高度圆轨道卫星(MEO卫星) 。 GPS设计星座：21颗工作卫星+3颗在轨备用卫星，分别在6个轨道平面，当前星座：28颗 系统比较
? 北斗双星导航定位系统为主动式测距（接收卫星信号，且发射应答信号）隐蔽性差；且用户不能自己处理观测数据获得接收机的导航定位解，需要依靠地面中心站来计算，用户的三维位置由地面中心站计算出后，经卫星广播信号发给用户。
? GPS、GLONASS等定位系统为被动式测距（只接收卫星信号，而不发射任何信号），隐蔽性好；用户可自行处理观测数据，进行导航或定位。 4.应用双定位系统（GPS+GLONASS）的优越性：
（1）增加接收卫星数。一般可接收到得卫星数可达14-20颗
（2）提高效率。由于卫星数的增加，求解整周模糊度的时间缩短，减少了野外观测时间。
（3）提高定位的可靠性和精度。 5.简述GPS的应用：
（1）GPS在道路工程中的应用：
GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。 （2）GPS在个人定位中的应用
国内首款语音彩信GPS定位器-- 昱读全资科技语音彩信GPS定位器为列，它内置全国的地图数据，无需后 台支持，结合了GPS全球定位系统、GSM通信技术、嵌入式语音播报技术、GIS技术、GIS搜索引擎、图像处理技术和图像传输技术，直接回复终端中文地址、彩信、或语音播报地理位置 （3）GPS在汽车导航和交通管理中的应用
三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用
GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新
GPS应用
型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。
(4)GPS在长途客运车辆管理中的应用（举例）
以国内首套专业的GPS长途客运车辆管理系统——它就是结合了卫星定位技术、GPRS/CDMA通讯业务、GIS技术、图像采集技术、计算机网络和数据库等技术，在客运公司建立一个总控（C/S结构和B/S结构相结合），其它设为分控，公安部门和运管部门等各部门建立专控的中心系统，系统由控制中心系统、无线通信平台（GPRS/CDMA）、全球卫星定位系统（GPS）、车载设备四部分组成一个全天候、全范围的驾驶员管理和车辆跟踪的综合平台；系统可对注册车辆实施动态跟踪、监控、拍照、行车记录、管理、数据分析等功能，监控车辆可以在电子地图上显示出来，并保存车辆运行轨迹数据；操作终端可任意选择服务器内部局域网或国际互联网对中心进行访问并可通过IE浏览器提供网上综合客车管理数据分析控制系统（B/S结构）； (5)GPS在汽车跟踪器中的应用
GPS利用全球导航系统，可以通过接收卫星信号来适时确定地面位置。现代科技通过GSM无线网络，将GPS确定的地面位置传递到一些专业的定位平台，并在平台上标注出当前位置。用户可以用此方法很方便的得到目标的位置。
GPS在汽车跟踪器中的应用，已经应用到了生活的方方面面，在警用调查中，GPS汽车跟踪器是决对不可缺少的一部分，警察将GPS定位器放到犯罪分子的行动工具上后，可以在警用监控中心很方便的看到犯罪分子所有的区域和行动路线，达到及时发现犯罪窝点，解决治安隐患。
GPS在汽车跟踪中，平台是必不可少的，目前在国内有很多这样的平台，里面内置有各种最新的电子地图和GOOGLE卫星图片。时时的标注GPS汽车跟踪器上传的位置信息，让用户一目了然的了解目标的位置。 第二章 坐标系统与时间系统 １．坐标系统概述
天球坐标系－空固系，与地球自转无关，用于描述卫星的运行位置和状态。 地球坐标系－地固系，随同地球自转，点位坐标不会随地球自转而变化。
用于表达地面观测站的位置和处理GPS观测数据。
轨道坐标系－用于研究卫星在其运行轨道上的运动。 2. 岁差: 地轴相对于空间的变化
章动: 地轴方向相对于空间的变化
极移: 地轴相对于地球本身相对位置变化,只影响地球坐标系.
春分点：当太阳在黄道上，从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点。
3.坐标系统实际确定 (1). 瞬时坐标系统
瞬时坐标系是以历元t的瞬时基准定义的。特点是变化大，不唯一。 (2).平坐标系统
平坐标系通常是指经过对瞬时坐标系进行一定改正后的某历元t的瞬时基准定义的。
特点是有变化规律，不唯一。 (3).协议坐标系统
约定的某瞬间坐标系统。特点是唯一。 4. 常用天球坐标系 (1). 时角赤道坐标系 (2). 赤经赤道坐标系 (3). 天球地平坐标系
(4). 空间直角坐标系: x轴指向春分点，z轴指向北天极 9. 常用地球坐标系 1. 54北京坐标系 2. 80西安坐标系 3. 2000国家坐标系 4. WGS-84坐标系 5. PZ-90坐标系
5. 瞬时天球坐标系：以瞬时北天极和瞬时春分点为基准点建立的天球坐标系。
平天球坐标系：选择某一历元时刻t，将此瞬间的地球自转轴和春分点方向，经该瞬时的岁差和章动改正后，分别作为z轴和x轴的指向，y轴按构成右手坐标系取向，坐标系原点仍取地球质心。
协议天球坐标系：从1984年1月1日起采用以J2000.0 (2000年1月15日)的平赤道和平春分点为依据的协议天球坐标系。
平极天球坐标系和瞬时天球坐标系坐标转换：通过岁差和章动旋转变换来实现。
瞬时极天球坐标系和协议天球坐标系坐标转换：只需将瞬时极天球坐标系和平天球坐标系坐标转换中的观测历元t改为协议坐标系历元（2000年1月15日0时0分0秒）。
6.瞬时极地球坐标系和协议地球坐标系是如何建立的？ 1、瞬时极地球坐标系 原点位于地球质心；
z轴指向瞬时地球自转轴方向；
x轴指向瞬时赤道面和瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点；
y轴构成右手坐标系取向。
2、协议地球坐标系－－平地球坐标系 原点位于地球质心；
z轴指向CIO：1900.00～1905.00年地球自转轴瞬时位置的平均位置作为地球的固定极；
x轴指向协议地球赤道面和包含CIO与平均天文台赤道参考点的子午面之交点；
y轴构成右手坐标系取向。 7.常用的地球坐标系的几种形式： 1、地心空间直角坐标系
– 坐标原点位于地球质心M；
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