导航学4-1-2012

1、北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统概述 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发展路线图 信号特征 工作频段 B1: 1559.0521591.788MHz B2: 1166.221217.37MHz B3: 1250.6181286.423MHz时间星座 信号（实际发射）2012年5GEO+5IGSO+4MEO区域服务2020年5G

2、EO+3IGSO+27MEO全球服务北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统概述信号特征 服务信号：区域服务信号信号中心频点(MHz)码速率(cps)带宽(MHz)调制方式服务类型B1(I)1561.0982.0464.092QPSK开放B1(Q)2.046授权B2(I)1207.142.04624QPSK开放B2(Q)10.23授权B31268.5210.2324QPSK授权北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统概述时间系统：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Gal

3、ileo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。北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统概述坐标系统： 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 。北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统概述服务和性能： 全球服务 开放服务： 定位精度: 10 m 测速精度: 0.2 m/s 授时精度: 20 ns 授权服务 区域服务 广域差分服务 定位精度: 1 m 短报文通信服务COMPASS精密动态定位系统参数系统参数/系统系统GPS（M

4、EO）COMPASSMEOGEOIGSO卫星数目21+32753轨道面数6353轨道倾角555500.956升交点赤经(/)0,60,120,180,240,300,150,30,-9050, 80, 110, 140, 170115, 235, 355运行周期11h58min11h15min24h24h卫星钟类型铷钟、铯钟铯钟铯钟铯钟北斗二代卫星导航系统的特点北斗二代卫星导航系统的特点COMPASS/GPS星座参数COMPASS精密动态定位北斗二代卫星导航系统的特点北斗二代卫星导航系统的特点图图2012年年9月月10日北斗卫星全球可见情况日北斗卫星全球可见情况(截止高度角截止高度角5)COM

5、PASS精密动态定位北斗二代卫星导航系统的特点北斗二代卫星导航系统的特点图图北斗卫星星下点轨迹图北斗卫星星下点轨迹图 其中，其中，GEO卫星用青色的点标出，卫星用青色的点标出，IGSO的轨迹为黄色，的轨迹为黄色，MEO的轨迹用红色表示。的轨迹用红色表示。截止截止2012年年9月月10日，有日，有4颗颗GEO卫星，分别为北斗卫星，分别为北斗1、3、4、5号卫星；号卫星；5颗颗IGSO卫星，卫星，分别为北斗分别为北斗6、7、8、9、10号卫星；号卫星；2颗颗MEO卫星，分别为北斗卫星，分别为北斗11、12号卫星。号卫星。北斗卫星信噪比分析北斗卫星信噪比分析 （a）北斗1号卫星（GEO） （b）北斗

6、3号卫星（GEO）（c）北斗4号卫星（GEO）（d）北斗5号卫星（GEO） （f）北斗6号卫星（IGSO） （g）北斗7号卫星（IGSO）（h）北斗8号卫星（IGSO） （i）北斗9号卫星（IGSO） （j）北斗10号卫星（IGSO） （k）北斗11号卫星（MEO） （m）北斗12号卫星（MEO）与与卫星有关的误差卫星有关的误差 卫星星历误差 卫星钟差 相对论效应与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差 对流层误差 电离层误差 多路径效应与与接收机有关的误差接收机有关的误差 接收机钟差（不同GNSS系统间偏差） 天线相位中心偏差（绝对改正与相对改正模型）COMPASS精密动态定位精密动态定位C

7、OMPASS动态动态定位的基本模型定位的基本模型卫星导航卫星导航中的主要中的主要误差源及误差源及其处理其处理COMPASS模糊度动态模糊度动态解算解算函数模型函数模型 非差 线性组合单差、双差、三差等随机模型随机模型 等方差、高度角定权等LAMBDA方法方法整数变换和整数最整数变换和整数最小二乘估计小二乘估计Ratio值检验值检验COMPASS精密动态定位图图 实验车及车载设备实验车及车载设备厂家型号厂家型号性能指标性能指标数量数量用途用途GNSS接收机和芯星通公司，UB240R型双频双系统（BD/GPS）31台做基准站，2台安置在车前和车后，采样率1hzSPAN-SE组合测量系统NovAte

8、l公司，INS型号SPAN FSAS见下面INS性能指标表1套惯导数据采集，采样率200hz里程计德国SICK公司分辨率2mm1INS性能指标性能指标参数参数陀螺漂移0.75deg/hr陀螺随机游走0.1deg/sqrt（hr）加速度计偏置1mgal实验设备实验设备数据处理软件和结果评价方式数据处理软件和结果评价方式标准差标准差STD计算计算均方根均方根RMS计算计算21niiixRMSnx 某一历元参数估计误差值某一历元参数估计误差值某一历元两个结果的较差某一历元两个结果的较差211niiixSTDnx自研制软件自研制软件MkinIE软件实验一：开阔环境实验一：开阔环境时间：2011年12月

9、30日GPS秒459935.0 463747.0共3812s地点：武汉市江夏区新开发的小区外围。流动站与基站之间的最远距离：3.4km。观测到的卫星类型：GEO/IGSO，无MEO卫星1000150020002500300035004000-15-10-5051015vn (m/s)GPS time - 460000 (sec) NorthEastHeight实验一测试轨迹实验一速度曲线COMPASS精密动态定位开阔环境下COMPASS结果分析单独单独COMPASS与单独与单独GPS精密动态相对定位结果相互比较精密动态相对定位结果相互比较实验一观测时段流动站的实验一观测时段流动站的COMPAS

10、S和和GPS观测卫星数和观测卫星数和GDOP分布分布实验一实验一COMPASS单独定位与单独定位与GPS单独定位结果互单独定位结果互差差 Position Diff. STD(米米)相对定位相对定位模糊度固定模糊度固定成功率成功率NorthEastHeightCOMPASS vs GPS100%0.0040.0020.009开阔环境开阔环境下下COMPASSCOMPASS动态动态定位精度与定位精度与GPSGPS相当。相当。实验二、三：复杂城区环境实验二、三：复杂城区环境地点：武汉市八一路延长线至东湖风景区外围时间：分别为2012年9月5日（GPS秒293408297251）和2012年9月10

11、日（GPS秒114527116828）。两者区别是实验三车上安装了里程计。观测到的卫星类型：GEO/IGSO/MEO COMPASS精密动态定位单独单独COMPASS与单独与单独GPS精密动态相对定位结果相互比较精密动态相对定位结果相互比较(STD)40004500500055006000650070000510152025STD of BD (m)Time - 290000 (sec) NorthEastHeight400045005000550060006500700001234567STD of GPS (m)Time - 290000 (sec) NorthEastHeight（左）（

12、左）COMPASS （右）（右）GPS实验二实验二 单独单独COMPASS和单独和单独GPS定位位置估计精度（定位位置估计精度（STD）2. 城区复杂环境下的COMPASS结果分析序序号号起始时间起始时间终止时间终止时间对应对应GPS时间时间（GPS秒）秒）模糊度固定模糊度固定成功率成功率分段依据分段依据RMSENU109:46:3109:48:3629439129451692%卫星数略有减少，开始出现浮点解0.0310.0010.032209:49:2509:50:0829456529460818%卫星遮挡较严重，多为浮点解0.3370.3382.591309:52:2209:55:1029474229491015%同20.4850.6171.289410:07:0010:17:542956202962740基本无卫星信号，有断续伪距解1.8102.6791.909510:20:0910:20:1929640929641912%同20.6540.4903.339610:23:0810:27:162965882968360同48.95014.3072.1727100%观测良好，固定解观测良好，固定解0.0060.0040.008 （左）（左）13数据段数据段 （右）（右）46数据