任务1四大卫星导航定位系统简介

1、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

2、、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WAASf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1-1o 表卫星导航系统开发表 系统 开发国家或部门 研发时

3、间 覆需区域 GPS 美国国防部 1973年开始 方案论证（19741978年）系统论 证（1979-1987 年） 生产试验（19881993年） 全球 GLONASS 刖苏联研发，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 北斗一号：区域 北斗二号：全球 13 试验阶段 2012年覆盖亚太地区 2020年建成全球卫星导航系统 QZSS 日本 概念研究阶段（2003年） 系统定义和设计阶段（2004 2005 年）

4、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 1-2o 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

5、空间卫星部分 21+3颗卫星分布在6个轨道面 上，运行周期门小时58分，卫 星高度为20200km （见图11） 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 收机所在二维位置及时间 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 （ 21 + 3）颗卫星组成，分布在 3个轨道面，卫星

6、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 精密的锂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 ( 27+3)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13) 通过载波发射导航电文与测距码

7、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个配有电子咼程图的地面中心、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 MEO 3 颗 GEO 位于 84oE, 140oE 和 160oE;3 颗 IGS

8、O,位于 118oE,倾 斜 角55o （见图14、和16） 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17、18、19和图110。 图11 GPS卫星星座图1 -2 GLONASS卫星星座 图1-3 Galileo卫星星座 图北斗卫星星座 WL120*140* so120*T8CT30*6090f12OW150*80 图1 -5 2011年6月北斗卫星运行轨道图图16 2 0 1 1年9月北斗卫星运行轨道图 图1-7 GPS卫星图18 GLONASS卫 图1-9 伽利略卩星 图1舁0 北斗卫星 GNSS卫星发

9、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 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 G NSS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) GPS L1 1575.42 19.03 C/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 L2 1227.60 24.42

10、L5 1176.42 25.48 GLONASS G1 1602.000 18.7 C/A码 P码 同GPS G2 1246.000 24.1 G3 1204.704 24.9 Galileo E1 1575.420 19.0 测距码 导航电文 E6 1278.750 23.4 E5 1191.795 25.2 E5a 1176.450 25.5 E5b 1207.140 24.8 COMPASS B1 1561.098 B1频点1支路测距 码码速率为 2.046 Mcps,码长 为 2046 Chios GNSS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

11、体情况参见表1-4和表1-50 表1-4gNSs坐标系统表 卫星导航系统 GPS GLONASS Galileo COMPASS 坐标系统名 WGS-84 P乙90 ITRS CGCS2000 长半轴(m 6378137 6378136 6378136.55 6378137.0 短半轴 6356752.3142 地球引力常数 (m /s2) 8 3986005 X 10 3986004.4 X 108 14 3.5 X0 8 3986004.418 X 10 地球自转角速度 (rad/s ) 11 7292115 X 10 11 7292115X10 -11 7292115 X 10 扁率 1

12、/298.3 1/289.3 1/298.25769 1/298.1 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1-5gNSs时间系统表 卫星导航系统 时间系统 名称 说明 GPS GPS时 GPS时的起始历元为1980年1月6日Oh ( UTC ),此时TAI -JTC=19so 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 TAI - GPS Time 19s,它与 UTC 的差为 GPS Time - JTC DTAI -9 So GLONASS GLONASS 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。GLONAS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