四大全球卫星定位系统比较.ppt

四大全球卫星定位系统介绍及比较 四大卫星导航系统 美国的GPS中国的北斗俄罗斯的GLONASS欧盟的Galileo四大系统参数应用比较 GPS 概述 GPS即全球定位系统 GlobalPositioningSystem 是美国从本世纪70年代开始研制 历时20年 耗资200亿美元 于1994年全面建成 具有在海 陆 空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统 全球定位系统 GlobalPositioningSystem 是美国第二代卫星导航系统 是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的 它采纳了子午仪系统的成功经验 和子午仪系统一样 全球定位系统由太空卫星部分 地面监控部分和用户接收机三大部分组成 GPS 综述 GPS由美国军方控制 星座由24颗卫星组成 分布在6个轨道面上 可以保证无论在世界什么地方 几乎随时都可以捕获到其中的4颗卫星 每颗GPS卫星都发送两个频率的载波信号 一种信号是民码 抗干扰能力比较差 供民用用户使用 用户可自由接收 另一种信号是军码 抗干扰能力比较强 供军用接收机修正电离层误差 采取加密手段 不能随意接收 GPS 发展历程 GPS实施计划共分三个阶段 第一阶段为方案论证和初步设计阶段 从1973年到1979年 共发射了4颗试验卫星 研制了地面接收机及建立地面跟踪网 第二阶段为全面研制和试验阶段 从1979年到1984年 又陆续发射了7颗试验卫星 研制了各种用途接收机 实验表明 GPS定位精度远远超过设计标准 第三阶段为实用组网阶段 1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功 表明GPS系统进入工程建设阶段 1993年底实用的GPS网即 21 3 GPS星座已经建成 之后根据计划更换失效的卫星 GPS定位系统由GPS卫星空间部分 地面控制部分和用户设备三部分组成 GPS 系统组成 GPS构成 24颗工作卫星组成距地表20200km上空全球任何地方 任何时间都可观测到4颗以上的卫星 监测站主控制站地面天线 测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率计算出用户所在经纬度 高度 速度 时间 空间部分 用户设备 地面控制 GPS 系统组成 GPS 系统特点 GPS全球定位系统 高精度 全天候 高效率 多功能 操作简便 应用广泛全球 全天候工作 能为用户提供连续 实时的三维位置 三维速度和精密时间 不受天气的影响 定位精度高 单机定位精度优于10米 采用差分定位 精度可达厘米级和毫米级 功能多 应用广 随着人们对GPS认识的加深 GPS不仅在测量 导航 测速 测时等方面得到更广泛的应用 车辆导航应急反应大气物理观测地球资源勘探工程测量变形监测地壳运动监测市政规划控制 飞机导航航空遥感姿态控制低轨卫星定轨导弹制导航空救援载人航天器防护探测 远洋船最佳航程航线测定船只实时调度与导航海洋救援海洋探宝水文地质测量海洋平台定海平面升降监测 陆地应用 海洋应用 航空航天 GPS 定位系统的应用 GPS 定位 单点定位GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟 并由监测站经常进行校准 卫星发送导航信息 同时也发送精确时间信息 单点定位精度 15 30米 差分定位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 在GPS定位过程中 存在三部分误差 第一部分是对每一个用户接收机所共有的 例如 卫星钟误差 星历误差 电离层误差 对流层误差等 第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差 第三部分为各用户接收机所固有的误差 例如内部噪声 通道延迟 多径效应等 利用差分技术第一部分误差可完全消除 第二部分误差大部分可以消除 第三部分误差则无法消除 只能靠提高GPS接收机本身的技术指标载波相位和差分定位技术的应用使测量定位精度可以达到毫米级精度 四大卫星导航系统 美国的GPS中国的北斗俄罗斯的GLONASS欧盟的Galileo 北斗卫星总体规划 北斗卫星导航系统按照三步走的总体规划分步实施 第一步 1994年启动北斗卫星导航试验系统建设 2000年形成区域有源服务能力 第二步 2004年启动北斗卫星导航系统建设 2012年形成区域无源服务能力 第三步 2020年北斗卫星导航系统形成全球无源服务能力 北斗卫星导航系统 发展路线图 北斗卫星导航系统 工程任务 主要任务 研制生产5颗GEO卫星和30颗Non GEO卫星 在西昌卫星发射中心用CZ 3A系列运载火箭发射共35颗卫星 西安卫星测控中心提供卫星发射组网与运行测控支持 2012年形成区域无源服务能力2020年形成全球无源服务能力 北斗卫星导航系统 系统组成 系统组成 空间段 由5颗GEO卫星和30颗Non GEO卫星组成 Non GEO卫星 GEO卫星 星座 系统组成 地面段 由主控站 上行注入站和监测站组成 北斗系统地面段 北斗卫星导航系统 系统组成 北斗卫星导航系统 系统组成 系统组成 用户段 由北斗用户终端以及与其它GNSS兼容的终端组成 时间系统 北斗时 BDT 溯源到协调世界时UTC NTSC 与UTC的时间偏差小于100纳秒 BDT的起算历元时间是2006年1月1日零时零分零秒 UTC BDT与GPS时和Galileo时的互操作在北斗设计时间系统时已经考虑 BDT与GPS时和Galileo时的时差将会被监测和发播 北斗卫星导航系统 时间系统 坐标系统 北斗系统采用中国2000大地坐标系 CGS2000 CGS2000与国际地球参考框架ITRF的一致性约为5个厘米 北斗卫星导航系统 坐标系统 北斗卫星导航系统 服务与性能 全球服务开放服务 定位精度 10m测速精度 0 2m s授时精度 20ns授权服务 区域服务广域差分服务定位精度 1m短报文通信服务 北斗卫星导航系统 系统介绍 北斗卫星导航系统 BeiDou COMPASS NavigationSatelliteSystem 是中国正在实施的自主研发 独立运行的全球卫星导航系统 与美国GPS 俄罗斯格洛纳斯 欧盟伽利略系统并称全球四大卫星导航系统 北斗卫星导航系统由空间端 地面端和用户端三部分组成 北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主 开放兼容 技术先进 稳定可靠覆盖全球的导航系统 该系统可在全球范围内全天候 全天时为各类用户提供高精度 高可靠的定位 导航 授时服务 并兼具短报文通信能力 2011年12月27日起 开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务 北斗卫星导航系统 建设目标 一代系统2000年以来 中国已成功发射了4颗 北斗导航试验卫星 建成北斗导航试验系统 第一代系统 这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位 授时 报文和GPS广域差分功能 并已在测绘 电信 水利 交通运输 渔业 勘探 森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥着重要作用 二代系统中国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成 提供两种服务方式 即开放服务和授权服务 属于第二代系统 开放服务是在服务区免费提供定位 测速和授时服务 定位精度为10米 授时精度为50纳秒 测速精度0 2米 秒 授权服务是向授权用户提供更安全的定位 测速 授时和通信服务以及系统完好性信息 北斗卫星导航系统 发展计划 第一步是试验阶段 即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务 为 北斗 卫星导航系统建设积累技术经验 培养人才 研制一些地面应用基础设施设备等 第二步是到2012年 计划发射10多颗卫星 建成覆盖亚太区域的 北斗 卫星导航定位系统 即 北斗二号 区域系统 第三步是到2020年 建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统 北斗卫星导航系统 建设原则 北斗卫星导航系统的建设与发展 以应用推广和产业发展为根本目标 不仅要建成系统 更要用好系统 强调质量 安全 应用 效益 遵循以下建设原则 开放性北斗卫星导航系统的建设 发展和应用将对全世界开放 为全球用户提供高质量的免费服务 积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作 促进各卫星导航系统间的兼容与互操作 推动卫星导航技术与产业的发展 自主性中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统 北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务 兼容性在全球卫星导航系统国际委员会 ICG 和国际电联 ITU 框架下 使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作 使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果 渐进性中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展 不断完善服务质量 并实现各阶段的无缝衔接 四大卫星导航系统 美国的GPS中国的北斗俄罗斯的GLONASS欧盟的Galileo四大系统参数应用比较 格洛纳斯卫星系统是 格洛纳斯GLONASS 是俄语中 全球卫星导航系统GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTE 的缩写 最早开发于苏联时期 后由俄罗斯继续该计划 俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统 按计划 该系统将于2007年年底之前开始运营 届时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务 到2009年年底前 其服务范围将拓展到全球 该系统主要服务内容包括确定陆地 海上及空中目标的坐标及运动速度信息等 格洛纳斯卫星系统GLONASS 系统概述 格洛纳斯卫星系统 概述 GLONASS包括24颗卫星 3颗备用 卫星高度19100公里 均匀分布在个轨道面上 轨道面倾角为64 8度 运行周期约为11小时15分 卫星信号采用了两种载波 其频率分别为l 6GHz和1 2GHz 目前的卫星状况已具备可用性 数量 24颗卫星组成轨道 三个轨道平面两两相隔120度 同平面内的卫星之间相隔45度 每颗卫星都在19100千米高 64 8度倾角的轨道上运行精度 10米左右用途 军民两用 格洛纳斯卫星系统GLONASS 概述 GLONASS提供两种导航信号 标准精密导航信号 SP 和高精密导航信号 HP SP定位与授时服务适用所有GLONASS的国内用户 其水平定位精度为57 70米 99 7 置信 垂直定位精度为70米 99 7 置信 速度矢量测量精度15cm s 99 7 置信 时间测量精度在1mks 99 7 置信 GLONASS定位系统 系统组成 GLONASS定位系统也由三个部分组成即 1 GLONASS卫星 空间部分 2 地面监控系统 地面监控部分 和 3 GLONASS接收机 用户部分 格洛纳斯 应用 航空 航海交通安全与管理 大地测量与制图 地面交通运输实时监控 移动目标的异地时间同步 生态监测 野外搜寻与救生 伽利略系统 1999年2月10日 欧盟执行机构欧洲委员会 EC 公布了欧洲导航卫星系统 伽利略 计划 该系统是与美国全球导航定位系统 GPS 和俄罗斯的GLONASS系统兼容的民用全球定位卫星系统 欧盟之所以进行 伽利略 计划 主要是为了摆脱对美国GPS系统的依赖 打破美国对全球卫星导航定位产业的垄断 在使欧洲获得工业和商业效益的同时 赢得建立欧洲共同安全防务体系的条件 四大卫星导航系统 美国的GPS中国的北斗俄罗斯的GLONASS欧盟的Galileo四大系统参数应用比较 GPSCenter WuhanUniversity Galileo 概述 2002年3月26日 欧盟首脑会议批准Galileo卫星导航定位系统的实施计划 这标志着在2008年欧洲将拥有自己的卫星导航定位系统 并结束美国的GPS独霸天下的局面 欧洲建设Galileo系统的目的主要有两个 军事安全尽管伽利略计划是民用卫星导航服务 但该项计划完成后 将使欧洲赢得建立欧洲共同安全防务体系的条件 经济利益欧盟一项研究预测表明 发展Galileo计划 仅在欧洲就可以创造出140000多个就业岗位 每年创造的经济收益将会高达90亿欧元 到2020年 Galileo系统的收益将达到740亿欧元 伽利略Galileo卫星导航系统 概述 数量 30颗中高度圆轨道卫星组成 27颗为工作卫星 3颗为候补 轨道 高度为24126公里 位于3个倾角为56度的轨道平面内 精度 最高精度小于1米 用途 主要为民用 GPSCenter WuhanUniversity Galileo系统的组成 太空部分由30颗Galileo卫星组成 分布在三个高度为23616千米 轨道倾角为56度的轨道上 每个轨道有9颗工作卫星外加1颗备用卫星 备用卫星停留在高于正常轨道300千米的轨道上 卫星使用的时钟是铷钟和无源氢钟 卫星上除基本的载荷外 还有搜索救援载荷和通信载荷 地面部分包括两个位于欧洲的Galileo控制中心和20个分布在全球的Galileo传感站 除此之外还有若干个实现卫星和控制中心进行数据交换的工作站 Galileo控制中心主要负责控制卫星的运转和导航任务的管理 20个传感站通过通信网络向控制中心发传送数据 用户部分即Galileo接收机 由导航定位模块和通信模块组成 GPSCenter WuhanUniversity Galileo系统的特性 相比GPS和GLONASS Galileo系统起点较高 吸收了很多GPS和GLONASS的经验 具有很多优点 从设计目标来看 Galileo系统的定位精度优于GPS 如果说GPS只能找到街道 Galileo系统则可找到车库门 Galileo系统为地面用户提供3种信号 免费使用的信号 加密且需交费使用的信号 加密且能满足更高要求的信号 其精度依次提高 最高精度比GPS高10倍 免费使用的信号精度预计为10米 Galileo系统的主要特点是多频率 多服务 多用户 它除了具有定位导航功能外 还具有全球搜寻救援功能 为此每颗Galileo卫星还装备一种援救收发器 接收来自遇险用户的求援信号 并将它转发给地面救援协调中心 后者组织对遇险用户的援救 与此同时 Galileo系统还向遇险用户发送援救安排通报 以便遇险用户等待救援 Galileo系统的另一个优势在于 它能够与GPS GLONASS实现多系统内的相互兼容 Galileo接收机可以采集各个系统的数据或者通过各个系统数据的组合来进行定位导航 GPSCenter WuhanUniversity Galileo系统 服务功能 Galileo系统提供两种类型的服务 即免费服务和有偿服务 具体分为六类 公开服务 OpenService