定位技術(shù)
2020年03月22日
20世紀(jì)70年代初,為了滿足軍事和民用對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航的迫切需求,美國(guó)開始研制基于衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System),開啟了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)的新時(shí)代。由于GNSS在國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展中具有重要作用,因此,繼美國(guó)GPS之后,俄羅斯、中國(guó)、歐盟等都在競(jìng)相發(fā)展各自獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS、BDS和Galileo)。經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展,GNSS經(jīng)歷了從不成熟到成熟、從單個(gè)系統(tǒng)到多個(gè)系統(tǒng)、從單用途到多用途、從軍用到民用的巨大變化。GNSS不僅具有全球、全天候、高精度連續(xù)導(dǎo)航和定位功能,還可用來(lái)進(jìn)行授時(shí)、地球物理與大氣物理參數(shù)測(cè)定等。因此,在航空、航天、軍事、交通、運(yùn)輸、資源勘探、通信、氣象等很多領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。
然而,由于GNSS自身提供的定位精度最高到米級(jí),甚至GPS最初的民用定位精度低于100 m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足精確導(dǎo)航和定位的要求。因此,為了將GNSS定位和導(dǎo)航精度提高到分米、厘米,甚至毫米級(jí),20世紀(jì)90年代初,很多國(guó)家開始建立永久性GNSS跟蹤站,用于定軌、精密定位和地球動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)等目的,而后逐步形成基準(zhǔn)站網(wǎng),如國(guó)際GNSS服務(wù)組織(International GNSS Service,IGS)建設(shè)的跟蹤站網(wǎng)。1994年,美國(guó)國(guó)家大地測(cè)量局(National Geodetic Service,NGS)學(xué)者William E Strange提出了連續(xù)運(yùn)行參考站的概念。1995年,他和同事明確給出了連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(continuously operating reference system,CORS)的定義及其初步方案。與此同時(shí),美國(guó)其他機(jī)構(gòu)也陸續(xù)開始構(gòu)建連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站網(wǎng)。如到1995年,NGS已經(jīng)擁有50個(gè)左右高質(zhì)量的連續(xù)運(yùn)行的GPS測(cè)站。IGS和NGS很大程度地推動(dòng)了GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)的發(fā)展。
連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)及其系統(tǒng)集成了GNSS、通信、氣象數(shù)據(jù)采集等技術(shù),它是GNSS實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航與位置服務(wù)的支撐平臺(tái),也是建立坐標(biāo)框架、監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)等科學(xué)和工程應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施,幾乎可以用于與位置和時(shí)間有關(guān)的所有領(lǐng)域。因此,為了滿足不同用戶需求,許多國(guó)家、地區(qū)、行業(yè)和組織紛紛建立了不同尺度的GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng),包括大尺度的IGS全球基準(zhǔn)站網(wǎng),中尺度的國(guó)家、區(qū)域或省級(jí)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)(如中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò))、小尺度的大橋及大壩等工程基準(zhǔn)網(wǎng)。隨著GPS和GLONASS的現(xiàn)代化,以及北斗和Galileo的快速發(fā)展,再加上不同規(guī)模、不同用途基準(zhǔn)站網(wǎng)的建成,給基準(zhǔn)站網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用帶來(lái)了眾多的機(jī)遇和挑戰(zhàn),如大規(guī)模基準(zhǔn)站網(wǎng)整體快速解算、高精度地球坐標(biāo)參考框架的建立、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警,GNSS大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)及高精度導(dǎo)航和位置服務(wù)等技術(shù)及其應(yīng)用。
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