第3讲 “精细农作”的主要支持技术（一）.doc

第3讲“精细农作”的主要支持技术(一)全球卫星定位系统中国工程院院士汪懋华“精细农作”是“精细农业”技术体系的主要组成部分。他是在作物生产管理中,根据农田小区产量和生长环境因素的空间差异性,通过空间信息的聚类处理后,实施定位处方农作。因此,进行以农田空间定位为基础的作物小区平均产量和影响作物生长主要环境信息的采集与处理,是实施“精细农作”的基础。正是九十年代初全球卫星定位系统(GPS-GlobalPositioningSystem)的完善,为实践农田作物生产的定位精细管理提供了基本的条件。GPS的基本原理是易于理解的。该系统由包括24颗地球卫星组成的空间部分,由地面控制站和一组地面监测站组成的地面监控部分以及和用户接收机3个主要部分组成。目前已建成投入运行的全球卫星定位系统有美国国防部建设的GPS系统和俄罗斯建设的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)系统,两者原理相同,但利用了不同的时间标准和大地坐标系,均可提供全球卫星定位信息的免费服务。对于用户来说,只需要根据不同用途的要求,如同使用移动电话一样,购置用户接收机,享用不同方式的服务。用户具有必要的使用知识即可。GPS卫星是一组能发射精确的卫星轨道参数和时钟信号,在2万余km高空环绕地球运转的轨道卫星系统。这些信号穿越太空、电离层和大气层到达地面,被接收机接收,经过数字信号处理进行定位计算。空间卫星的布局,可以保证在地球表面任何地方、昼夜任何时间和任何气象条件下,接收机均可至少获得其中4颗以上卫星发出的定位定时信号。理论上只要用户能接收到4颗卫星信号,即可解算出用户所在的3维(x、y、z)位置信息。其定位概念可作如下理解:每一卫星在空间的轨道位置信息是由地面监控中心监控而精确知道的,它们作为用户用三角测量法测定自己在地面上的位置的基准参考点;用户接收机测量卫星发出的无线电编码信号到达接收机的传输时间,利用T(传输时间)?光速=距离的公式,进行测距计算;为精确测量传输时间,GPS卫星上装置有精确可靠的原子铯钟,接收机上的同步时钟虽精度远远不如卫星原子铯钟的要求,但可以通过信号处理进行校正;理论上,在地球表面附近的用户接收机,只要能测得与卫星系统中任意3个卫星的空间距离,即可通过数字信号处理和按三角法测距原理,确定自己的位置坐标(x、y、z),为了对用户接收机时钟误差进行校正计算,需要能同时接收4颗卫星的定位定时信息;当GPS卫星信号通过电离层和大气层传输时,会受到干扰和时间延迟,产生定位误差。美国提供的民用GPS接收机定位误差可达100米,实用的精确测量定位系统,还需要在地面设置校正定位误差的差分信号服务,使用差分定位系统(DGPS)。对卫星定位测距的原理也可通过图1a、b、c来理解:①当你测得与某一个卫星的距离,你在宇宙空间中的位置一定是在以卫星为参考点(圆心),以距离为半径的球面上(图1a)。②当你测得与某两个卫星的距离,你一定是在这两球面相切的圆形轨迹上(图1b)。③当你测得与某三个卫星的距离,你一定是在三个球面相切的两个交点位置上。其中一个一定是在近地表面,另一个在远离地面的太空中。这样,你可以判定自己的唯一位置坐标(图1c)。(略)同时需测得接收机与第四个卫星的距离,是为了进行接收机时钟误差的校正计算。卫星和接收机都会产