北斗导航系统知识讲座PPT课件.ppt

知识讲座 一 1 四大导航系统之一 当前全球有四大卫星定位系统 分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS 俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统 欧洲在建的 伽利略 系统 和中国的北斗卫星导航系统 2 伽利略 系统 格罗纳斯系统 GPS系统 3 美国GPS 欧盟伽利略 俄罗斯GLONASS 中国北斗 竞相发展的全球卫星导航系统 4 美国GPS 是世界上第一个成熟 可供全民使用的全球卫星定位导航系统 应用范围极其广泛 该系统由28颗地球同步卫星组成 其中4颗为备用星 均匀的分布在距离地面20000千米的6个轨道面上 这些卫星与地面支持系统组成网络 每隔1 3秒向全球用户播报信息 使地球上任何地方的用户在任何时候均可以利用接收机同时接收到至少4颗卫星的信号 接收机接到信号之后 可以通过差分定位原理确定自己的位置 5 GPS功用 由于GPS技术所具有的全天候 高精度和自动测量的特点 作为先进的测量手段和新的生产力 已经融入了国民经济建设 国防建设和社会发展的各个应用领域 6 GPS功用 GPS的主要用途 1 陆地应用 主要包括车辆导航 应急反应 大气物理观测 地球物理资源勘探 工程测量 变形监测 地壳运动监测 市政规划控制等 2 海洋应用 包括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 水文地质测量以及海洋平台定位 海平面升降监测等 3 航空航天应用 包括飞机导航 航空遥感姿态控制 低轨卫星定轨 导弹制导 航空救援和载人航天器防护探测等 7 军事应用 卫星导航系统是现代军事的 太空眼 没有它 巡航导弹 激光制导炸弹和战略核导弹都将成为 瞎子 8 美国的GPS系统相比 伽利略系统更先进 也更可靠 美国GPS向别国提供的卫星信号 只能发现地面大约10米长的物体 而伽利略的卫星则能发现1米长的目标 一位军事专家形象地比喻说 GPS系统只能找到街道 而伽利略则可找到家门 9 美国GPS长期垄断美国国防部从1973年开始实施的GPS系统 这是世界上第一个全球卫星导航系统 在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场 GPS全球定位系统计划自1973年至今 先后共发射了41颗卫星 总共耗资190亿美元 GPS原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统 在1991年的海湾战争中首次得到实战应用 随后 在科索沃战争 阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手 美国GPS系统 10 长期以来 美国对本国军方提供的是精确定位信号 对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号 也就是说 地球上任何一个目标的准确位置 只有美国人掌握 其他国家只知道个 大概 在海湾战争时 美国还曾置欧盟各国利益不顾 一度关闭对欧洲GPS服务 11 北斗初上 提起卫星导航系统 很多人认为就是GPS 其实 GPS是美国 全球定位系统 GlobalPositioningSystem 的简称 据统计 GPS在我国导航市场上所占份额在95 以上 在电力传输 通信 金融等领域 严重依赖GPS提供的精准时间 12 北斗初上 限于国家的财力 技术能力和实际需求 北斗建设分 三步走 先建立试验系统 再实施区域服务 最后建立全球网络 2000年10月 试验系统第一个卫星被送入轨道 2003年5月 第三颗北斗卫星成功发射 这是一颗备份卫星 这三颗卫星组成完整的试验系统 至此中国成为继美国 俄罗斯之后 世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家 13 北斗卫星导航系统简介 北斗卫星导航系统 世界第三套全球卫星导航系统工程总投资 100亿元工程期限 1994年 2020年北京时间2012年10月25日 中国在西昌卫星发射中心用 长征三号丙 运载火箭 成功将第16颗北斗导航卫星送入太空 北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统 CNSS 是继美国的全球定位系统 GPS 俄罗斯的格洛纳斯 GLONASS 定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统 14 15 该系统分为 北斗一代 和 北斗二代 分别由4颗 两颗工作卫星 两颗备用卫星 和35颗北斗定位卫星 地面控制中心为主的地面部份 北斗用户终端三部分组成 北斗定位系统可向用户提供全天候 二十四小时的即时定位服务 定位精度可达数十纳秒 ns 的同步精度 其精度与GPS相当 中国在2000年至2007年先后发射了四颗 北斗一号 卫星 这种区域性 中国境内 的卫星导航定位系统 正在为中国陆地交通 航海 森林防火等领域提供着良好服务 16 发展路线图 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 17 发展路线图 18 19 建成试验系统 实现从无到有 2000年10月31日东经140度 2000年12月21日东经80度 2003年5月25日东经110 5度 20 星箭组批生产 启动组网发射 2007年4月14日MEO卫星 2009年4月15日GEO卫星 2010年1月17日GEO卫星 21 工程建设 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 22 空间 北斗第二代导航卫星网 北斗第二代导航卫星网提供两种服务方式 开放服务和授权服务 30颗非静止轨道卫星由27颗中轨卫星和3颗倾斜同步 27颗中轨卫星分布在倾角为55度的三个轨道平面上 每个面上有9颗卫星 轨道高度为21500公里 23 系统组成 地面段 由主控站 上行注入站和监测站组成 工程建设 北斗系统地面段 北斗卫星新闻发布会视频 24 用户段由北斗用户终端以及与其他GNSS兼容的终端组成 北斗系统的用户终端 用户段 系统组成 25 25 导航原理 双星定位 用户提出申请服务项目并发送入站信号 经两颗卫星转发到地面中心 地面中心接到此信号后 解调出用户发送的信息 测量出用户至两颗卫星的距离 对定位申请计算用户的地理坐标 由于H颗卫星的位置是已知的 分别为两球的球心 另一球面是基本参数已确定的地球参考椭球面3球交会点为测量的用户位置 26 27 一代 北斗 与GPS系统不同 对所有用户位置的计算不是在卫星上进行 而是在地面中心站完成的 因此 地面中心站可以保留全部北斗用户的位置及时间信息 并负责整个系统的监控管理 由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号 由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置 所以被称为 有源定位 28 工作原理北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是 双星定位 以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心 各以测定的卫星至用户终端的距离为半径 形成2个球面 用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上 地面中心站配有电子高程地图 提供一个以地心为球心 以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面 用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置 29 第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是 第二代用户机可免发上行信号 不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信表息 而是直接接收卫星单程测距信号自己定位 系统的用户容量不受限制 并可提高用户位置隐蔽性 30 2020 2 6 31 其代价是 测距精度要由星载高稳定度的原子钟来保证 所有用户机使用稳定度较低的石英钟 其时钟误差作为未知数和用户的三维未知位置参数一起由4个以上的卫星测距方程来求解 这就要求用户在每一时刻至少可见4颗以上几何位置合适的卫星进行测距 从而使得星座所需卫星数量大大增多 系统投资将显著增加 32 四大系统 各有特色 俄罗斯格洛纳斯 特点 抗干扰 由24颗卫星组成 是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统 定位精度比GPS 伽利略低 但抗干扰能力很强 该系统由前苏联在1976年启动 欧洲伽利略 特点 精准 是欧盟正在建造的卫星定位系统 有 欧洲版GPS 之称 总共发射30颗卫星 其中27颗为工作卫星 3颗为候补卫星 该系统有两个地面控制中心 中国北斗 特点 开放兼容 是中国正在实施的自主发展 独立运行的全球卫星导航系统 系统建设目标是 建成独立自主 开放兼容 技术先进 稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统 美国GPS 特点 成熟 是目前世界上应用最广泛 技术最成熟的导航定位系统 GPS空间部分目前共有30颗导航卫星 1994年 由24颗卫星组成的导航 星座 部署完毕 标志着GPS正式建成 33 四大系统区别 GPS 胜在成熟伽利略胜在精准 格洛纳斯胜在抗干扰能力强 中国的北斗卫星导航系统 优势则在于互动性 34 惊喜 北京北斗星通导航技术股份有限公司成功推出国内首颗 纳米北斗芯片以及地灾监测与驾考系统为代表的北斗新应用项目 中国北斗导航系统在产业应用领域正不断通过自主创新迎来快速发展的新机遇 35 北斗系统四大功能短报文通信 北斗系统用户终端具有双向报文通信功能 用户可以一次传送120个汉字的短报文信息 精密授时 北斗系统具有精密授时功能 可向用户提供20ns 100ns时间同步精度 定位精度 水平精度100米 1 设立标校站之后为20米 类似差分状态 工作频率 2491 75MHz 系统容纳的最大用户数 每小时540000户 36 汶川地震中投入使用的北斗一号卫星导航定位系统手持机 发挥了重要作用 37 军用新型北斗卫星导航手持机 38 陆地应用 海洋应用 航空应用 航天应用 大众消费 应用 卫星导航应用增长情况 39 2013年 莫斯科市所有公交车将装备格洛纳斯导航系统 40 41 发挥系统特色 应用初见成效 42 43 当你进入不熟悉的地方时 你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线 你可以向当地服务提供商发送文字信息告知你的要求 如查询最近的停车位 餐厅 旅馆或其他你想去的任何地方 服务商会立即根据你所在的位置 帮你找到需要的信息 然后 将一张地图发送到你的手机上 甚至还会为你提供酒店房间 餐厅或停车位预定等增值服务 44 全球卫星导航定位系统已在气象领域得到广泛应用 在其基础上组建的地球大气观测系统是一种重要的观测技术 可完成对大气 海洋和空间环境的观测 以及对环境中重要的风 云 电进行观测 北斗导航卫星气象应用的开展 可以促进我国天气分析和数值天气预报 气候变化监测和预测 也可以提高空间天气预警业务水平 提升我国气象防灾减灾的能力 除此之外 北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响 45 卫星导航将有利于减缓交通阻塞 提升道路交通管理水平 通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机 车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站 这些位置信息可用于道路交通管理 例如 指示车辆走畅通的道路 限制进入拥挤的道路 或通告司机前方拥堵的情况 建议走车辆较少的路线 如果车辆超速行驶而发生交通事故 则撞车时的速度 位置和时间信息均会被记录在上 作为判断是否违章的依据 如果车辆被盗或被抢 卫星导航会很快发现并跟踪其位置 使盗贼无处藏身 46 海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一 也是卫星导航最早应用的领域之一 目前在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备 使海上和水路运输更为高效和安全 北斗卫星导航系统将在任何天气条件下 为水上航行船舶提供导航定位和安全保障 同时 北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发 47 卫星导航已广泛用于沙漠 山区 海洋等人烟稀少地区的搜索救援 在发生地震 洪灾等重大灾害时 救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点 北斗卫星导航系统除导航定位外 还具备短报文通信功能 通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况 有效缩短救援搜寻时间 提高抢险救灾时效 大大减少人民生命财产损失 48 精确的时间同步对于涉及国家经济社会安全的诸多关键基础设施至关重要 通信系统 电力系统 金融系统的有效运行都依赖于高精度时间同步 在移动通信中需要精密授时以确保基站的同步运行 电力网为有效传输和分配电力 对时间和频率提出了严格的要求 北斗卫星导航系统的授时服务可有效应用于通信 电力和金融系统 确保系统安全稳定运行 49 随着卫星导航技术的发展 使得农业生产方式由传统粗放式耕作转为精细管理成为可能 通过将卫星导航和地理信息相结合并应用于农业生产 可有效提高农业产量 降低成本 保护环境 北斗卫星导航系统的定位服务 可有效支持现代精细农业生产方式 充分利用农业资源 保护生态环境 产生显著的经济效益和环境效益 50 北斗卫星导航系统广泛运用为公车监管提供新途径 北斗系统在校车安全服务中应用 51 北斗应用五大优势1 同时具备定位与通信功能 无需其他通信系统支持 2 覆盖中国及周边国家和地区 24小时全天候服务 无通信盲区 3 特别适合集团用户大范围监控与管理 以及无依托地区数据采集用户数据传输应用 4 独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计 可同时解决 我在哪 和 你在哪 5 自主系统 高强度加密设计 安全 可靠 稳定 适合关键部门应用 52 国产北斗海上搜索定位系统 53 全球四大卫星定位系统 目前 世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统 当前全球有四大卫星定位系统 分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS 俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统 欧洲在建的 伽利略 系统 和中国的北斗卫星导航系统 54 美国GPS长期垄断美国国防部从1973年开始实施的GPS系统 这是世界上第一个全球卫星导航系统 在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场 GPS全球定位系统计划自1973年至今 先后共发射了41颗卫星 总共耗资190亿美元 GPS原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统 在1991年的海湾战争中首次得到实战应用 随后 在科索沃战争 阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手 美国GPS系统 55 长期以来 美国对本国军方提供的是精确定位信号 对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号 也就是说 地球上任何一个目标的准确位置 只有美国人掌握 其他国家只知道个 大概 在海湾战争时 美国还曾置欧盟各国利益不顾 一度关闭对欧洲GPS服务 56 从克林顿时代起 该系统开始应用在了民用方面 现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成 美国利用GPS获得了巨大的经济利益 多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润 以1986年为例 当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元 高精度的则达到10万美元 现在价格虽然有所下降 但也可推算出20年来GPS 收获颇丰