任务1 四大卫星导航定位系统简介.docx

项目34 GNSS的基本知识任务1 四大卫星导航定位系统简介一、GNSS是什么很久以来，人们一直因为“我在哪里”这个问题而感到困惑，也想了许多解决的办法，但是没有一个直接、快速和有效的解决方法为全球提供精确定位服务，直到GPS系统出现。GNSS是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)的缩写。它是所有在轨工作的卫星导航定位系统的总称。GNSS能为我们提供什么？它可为用户提供高精度、全天时、全天候的定位、导航和授时服务。GNSS包括的定位系统有哪些？目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的Compass(北斗)，全部建成后其可用的卫星数目达到100颗以上，截止目前欧盟的Galileo系统、中国的Compass(北斗)还未进入有规模的民用阶段。除此之外还有WAAS广域增强系统、EGNOS欧洲静地卫星导航重叠系统、DORIS星载多普勒无线电定轨定位系统、PRARE精确距离及其变率测量系统、QZSS准天顶卫星系统、GAGAN GPS静地卫星增强系统和IRNSS印度区域导航卫星系统。GNSS是由谁开发的？目前现行的卫星导航系统有全球卫星导航系统和区域卫星导航系统。开发者也有国家或是部门。具体情况参见表1-1。表1-1 卫星导航系统开发表系统开发国家或部门研发时间覆盖区域GPS美国国防部1973年开始方案论证（19741978年）系统论证（19791987年）生产试验（19881993年）全球GLONASS前苏联研发，1996年由俄罗斯接替1982年开始全球Galileo欧盟1978年方案认证和初步设计阶段定义阶段开发阶段部署阶段商业运行阶段全球COMPASS中国1985年提出，1994年1月立项研制建设试验阶段2012年覆盖亚太地区2020年建成全球卫星导航系统北斗一号：区域北斗二号：全球QZSS日本概念研究阶段（2003年）系统定义和设计阶段（20042005年）开发阶段（2006年以后）区域：东亚和大洋洲地区IRSS印度2006年开始区域：印度境内和周边EGNOS欧盟委员会、欧洲航天局、以及欧洲航空安全组织面向欧盟27国免费提供服务MSAS日本气象局和日本交通部1996年开始实施系统覆盖范围为日本所有飞行服务区，也可为亚太地区的机动用户播发气象数据信息GNSS系统组成？GNSS系统一般由三部分组成，也即地面部分、空间部分和用户部分。各卫星定位系统的组成参见表1-2。表1-2 GNSS系统组成系统部分组件作用GPS地面监控部分2个主控站、5个监测站和4个注入站测定卫星轨道、计算卫星钟改正值空间卫星部分213颗卫星分布在6个轨道面上，运行周期11小时58分，卫星高度为20200km（见图1-1）提供卫星星历、高精度原子钟、L1，L2载波、伪随机码用户部分GPS接收机接收卫星发射的导航信号，测定接收机所在三维位置及时间GLONASS地面支持系统系统控制中心、中央同步器、遥测遥控站（含激光跟踪站）和外场导航控制设备跟踪卫星，以便确定和预报卫星轨道和卫星钟差；卫星时间同步及控制GLONASS时间与UTC之间的时间偏差。控制段还要进行很多非控制操作活动，如组织和发射活动空间卫星部分24（213）颗卫星组成，分布在3个轨道面，卫星轨道倾角为64.8，卫星高度为19100km，卫星运行周期11h15m（见图1-2）通过载波向外发射导航信号和测距码用户部分GLONASS接收机接收卫星发射的导航信号，并测量其伪距和伪距变化率，同时从卫星信号中提取并处理导航电文Galileo地面控制部分1个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机跟踪卫星空间部分30（273）颗中低轨卫星，分布在3个轨道面上，轨道面倾角56度，卫星高度为23000km，卫星的公转周期14h4m45s（见图1-3）通过载波发射导航电文与测距码用户部分Galileo接收机或与GPS、GLONASS兼容的接收机接收卫星信号空间部分两颗经差为60度的地球静止卫星、一颗备用卫星，卫星高度为36000km用于地面中心站与用户之间的信号中继。用户终端带有定向天线的收发器即能为用户提供卫星无线电导航服务，又具有位置报告以及短报文通信功能。北斗二号COMPASS地面中心控制系统1个配有电子高程图的地面中心、网管中心，测轨站、测高站和数十个分布在全国的地面参考站监测、调控空间部分5颗GEO+5颗IGSO+4颗MEO3颗GEO位于84E，140E和160E；3颗IGSO,位于118E, 倾斜角55（见图1-4、1-5和1-6）播发测距码和导航电文用户终端接收机3D定位；对GPS和BD系统自身的增强；短消息通讯。各卫星定位系统的卫星图参见图1-7、1-8、1-9和图1-10。 图1-1 GPS卫星星座 图1-2 GLONASS卫星星座图1-3 Galileo卫星星座 图1-4 北斗卫星星座 图1-5 2011年6月北斗卫星运行轨道图 图1-6 2011年9月北斗卫星运行轨道图 图1-7 GPS卫星 图1-8 GLONASS卫星 图1-9 伽利略卫星图1-10 北斗卫星GNSS卫星发射的是什么信号？不同的导航定位系统发射的信号不尽相同，但基本上有三种，一种是供用户计算卫星位置的导航电文，一个是用来测距的测距码，还有一个是加载信号和测距的载波。具体见表1-3所示。GNSS卫星上配有频率相当稳定的原子钟，由此产生一个频率为10.23MHz的基准钟频信号。表1-3 GNSS信号表卫星导航定位系统载波信号测距码导航电文载波频率(MHz)波长(cm)GPSL11575.4219.03C/A码P码卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正、由C/A码捕获P码的信息L21227.6024.42L51176.4225.48GLONASSG11602.00018.7C/A码P码同GPSG21246.00024.1G31204.70424.9GalileoE11575.42019.0测距码导航电文E61278.75023.4E51191.79525.2E5a1176.45025.5E5b1207.14024.8COMPASSB11561.098B1 频点I支路测距码码速率为2.046 Mcps，码长为2046 chipsGNSS坐标系统与时间系统是什么？不同的卫星导航定位系统坐标系统与时间系统不尽相同。具体情况参见表1-4和表1-5。表1-4 GNSS坐标系统表卫星导航系统GPSGLONASSGalileoCOMPASS坐标系统名WGS-84PZ-90ITRSCGCS2000长半轴（m）637813763781366378136.556378137.0短半轴6356752.3142地球引力常数（m3 /s2）39860051083986004.41083.98600441510143986004.418108地球自转角速度（rad/s）729211510 11729211510 11729211510-11扁率1/298.2572235631/289.2578393031/298.257691/298.257222101相关内容的具体信息可参照中华人民共和国国家标准卫星导航定位坐标系统。表1-5 GNSS时间系统表卫星导航系统时间系统名称说明GPSGPS时GPS时的起始历元为1980年1月6日0h（UTC），此时TAIUTC=19s。GPS时不作闰秒调整，在任何时候都在整数秒上与TAI相差19 s，即TAIGPS Time 19 s，它与UTC的差为GPS Time UTC DTAI19 s。GLONASSGLONASS时GLONASS系统通过一组氢原子钟构成的GLONASS中央同步器来维持时间系统。GLONASS时间系统与UTC时间联系紧密，但有一个3小时的常数偏移，即莫斯科时间和格林尼治时差。Galileo伽利略系统时间伽利略系统时间（