卫星导航定位系统介绍课件

1、卫星导航定位系统介绍GPS WOULD HAVE SAVED HIM !2022年7月27日2纲要GPS介绍GPS系统产生GPS系统组成GPS系统定位原理GPS系统特点GPS系统应用美国政府的GPS政策其他卫星导航定位系统的概况2022年7月27日3一、GPS介绍2022年7月27日4GPS系统产生最古老、最简单的导航方法是星历导航，人类通过观察星座的位置变化来确定自己的方位；最早的导航仪是中国人发明的指南针，几个世纪以来它经过不断的改进而变得越来越精密，并一直为人类广泛应用着；最早的航海表是英国人John Harrison经过47年的艰苦工作于1761年发明的，在其随后的两个世纪，人类通过综

2、合地利用星历知识、指南针和航海表来进行导航和定位。2022年7月27日5现代导航技术 进入二十世纪以后，随着科学技术水平的不断提高人类逐渐发明/发现了许多新的定位方法：惯性导航技术（Inertial Navigation）地基电子导航系统（Ground-based Radionavigation System）（其中最著名的有Loran C/D、Omega、VOR/DME Tacan等）空基电子导航系统（Space-based Radionavigation System）2022年7月27日6空基电子导航系统空基电子导航系统统称为卫星电子导航系统第一代卫星电子导航系统的代表是海军导航卫星系统

3、（Navy Navigation Satellite System NNSS）。也称“子午仪（Transit）卫星系统”。第二代卫星导航定位系统-授时与测距导航系统/全球定位系统（Navigation System Timing and Ranging/Global Position System-NAVSTAR/GPS），简称全球定位系统（GPS）。2022年7月27日7GPS方案之一起初的GPS方案由24颗卫星组成，这些卫星分布在互成120的三个轨道平面上，每个轨道平面分布8颗卫星，这样的卫星布局可保证在地球上的任何位置都能同时观测到69颗卫星。为识别不同的卫星信号并提高系统的抗干扰能力和

4、保密能力，采用了直接序列扩频技术（DS-SS），整个系统相当于一个码分多址系统（CDMA）。2022年7月27日8GPS方案之二1978年，在第二方案中系统的卫星数由24颗减少到18颗，并调整了卫星的布局，18颗卫星分布在互成60的6个轨道平面上，每个轨道平面分布3颗卫星，这样的配置基本能够保证在地球上任何位置均能同时观测到至少4颗卫星。在1990年对第二方案进行了修改，最终方案是由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成整个系统，6个轨道平面的每个平面上分布4颗卫星，这样的配置使同时出现在地平线以上的卫星数目随时间和地点而异，最少为4颗，最多可达11颗。2022年7月27日9从1973年到1993年

5、，GPS系统的建立经历了近20年，耗资300亿美元，它是继阿波罗登月计划和航天飞机计划后的第三项庞大空间计划 。共发射39颗卫星（Block I 15颗，Block II 24颗）保证在世界任何地方至少同时看到4颗卫星。GPS系统能提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务。2022年7月27日10GPS系统组成GPS系统由三部分组成1、空间星座部分2、地面控制部分3、用户设备部分2022年7月27日11空间部分：提供星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息用户部分：接收并测定卫星信号记录原始数据得到导航定位信息地面控制部分：解算中心控制参数实现时间同步跟踪卫星并进行定轨2022年7月

6、27日12GPS的空间星座部分2022年7月27日13GPS卫星作用：接收、存储导航电文生成用于导航定位的信号（测距码、载波）发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）接受地面指令，进行相应操作其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。主要设备太阳能电池板原子钟（2台铯钟、2台铷钟）信号生成与发射装置2022年7月27日14GPS卫星Block IIABlock IIRBlock IIABlock IIRBlock IIRBlock IIF2022年7月27日15GPS的地面监控部分主控站：1个（美国科罗拉多州法尔孔空军基地）监测站：5个（夏威夷、主控站及三个注入站）注入站

7、：3个（阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）、卡瓦加兰（太平洋）通讯与辅助系统2022年7月27日16GPS的用户部分组成： 用户 接收设备接收设备： GPS信号接收机 其它仪器设备2022年7月27日17GPS系统定位原理GPS系统采用高轨测距体制，以观测站至GPS卫星之间的距离作为基本观测量。主要采用两种方法：一是测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，即伪距测量；一是测量具有载波多普勒频移的GPS卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，即载波相位测量。2022年7月27日18GPS系统特点主要特点是：全球地面连续覆盖。功能多、精度高。实时定位速度快。抗干

8、扰性能好、保密性强。2022年7月27日19GPS系统应用1、对舰船而言，它能在海上协同作战，海洋交通管制，海洋测量，石油勘探，海洋捕鱼，浮标建立，管道铺设，浅滩测量，暗礁定位，海港领航等方面作出贡献。 2、对飞机而言，它可以在飞机进场、着陆，中途导航，飞机会合和空中加油，武器准确投掷及空中交通管制等方面进行服务。2022年7月27日20GPS系统应用3、在陆地上，可用于各种车辆、坦克、陆军部队、炮兵、空降兵和步兵等的定位，还可用于大地测量、摄影测量、野外调查和勘探的定位，甚至可以深入到每个人的生活中去，如用于汽车、旅行、探险、狩猎等方面。4、在空间技术方面，可以用于弹道导弹的引航和定位，空间

9、飞行器的导航和定位等。2022年7月27日21二、美国政府的GPS政策2022年7月27日22美国政府的GPS政策SPS与PPSSPS 标准定位服务使用C/A码，民用2DRMS水平=100 m2DRMS垂直=150-170 m2DRMS时间=340 nsPPS 精密定位服务可使用P码，军用2DRMS水平=22 m2DRMS垂直=27.7 m2DRMS时间=200 ns2022年7月27日23美国政府的GPS政策SA技术（1990.3.252000.5.1）Selective Availability 选择可用性人为降低普通用户的测量精度。方法:技术：降低星历精度（加入随机变化）技术：卫星钟加高

10、频抖动（短周期，快变化）AS技术（1994.1.31至今）Anti-Spoofing 反电子欺骗P码加密，P+WY2022年7月27日24GPS现代化1999年1月25日，美国副总统戈尔宣布，将斥资40亿美元，进行GPS现代化。GPS现代化实质是要加强GPS对美军现代化战争中的支撑和保持全球民用导航领域中的领导地位。2022年7月27日25GPS现代化GPS现代化的内涵：保护。即GPS现代化是为了更好地保护美方和友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密性能，加强抗干扰能力；阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加SA，AS等；保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确更安全的使用。202

11、2年7月27日26GPS现代化GPS现代化第一阶段发射12颗改进型的BLOCK R型卫星。 GPS现代化第二阶段发射6颗GPS BLOCK F （“FLite”）。GPS现代化计划的第三阶段发射GPS BLOCK 型卫星，在2003年前完成代号为GPS 的 GPS完全现代化计划设计工作。2022年7月27日27三、其他卫星导航定位系统的概况2022年7月27日28其它卫星导航定位系统GLONASSGLONASS Global Navigation Satellite System（全球导航卫星系统）开发者俄罗斯（前苏联）系统构成卫星星座地面控制部分用户设备2022年7月27日29GLONASS

12、 constellationGLONASS satellite其它卫星导航定位系统GLONASS2022年7月27日30GLONASS与GPS的比较参 数GLONASSNAVSTAR GPS系统中的卫星数213213轨道平面数36轨道倾角64.8 55轨道高度19100km20180km轨道周期（恒星时）11h15min11h58min卫星信号的区分FDMACDMAL1频率16021615MHz频道间隔0.5625MHz1575MHzL2频率12461256MHz频道间隔0.4375MHz1228MHz2022年7月27日31其它卫星导航定位系统GLONASS卫星运行状况从1982年10月12

13、日发射第一颗GLONASS卫星起，至1995年12月14日共发射了73颗卫星。由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统不能维持正常工作。到目前为止（2006年3月20日）,GLONASS系统共有17颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工作状态，2颗备用，4颗已过期而停止使用。俄罗斯计划到2007年使GLONASS系统的工作卫星数量至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。2022年7月27日32其它卫星导航定位系统Galileo伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统2002年3月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统 Galileo系统。Galile

14、o卫星星座将由27颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这30颗卫星将均匀分布在3个轨道平面上，卫星高度为23616km，轨道倾角为56。Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，后两种服务则需经过批准后才能使用。2022年7月27日33the Galileo satellite constellation 其它卫星导航定位系统Galileo2022年7月27日34其它卫星导航定位系统Galileo2005年12月28日第一颗Galileo试验卫星（Galileo In-Orbit Validation Eleme

15、nts-GlOVE-A）成功进入高度为2.3万Km的预定轨道。2006年1月12日，GlOVE-A已开始向地面发送信号。这标志着总投资为34亿欧元（约合41亿美元）的计划已进入实施阶段。到2010年欧洲将发射30颗服役期约为20年的正式卫星，完成伽利略卫星星座的部署工作。伽利略系统建成后，美欧两大相互兼容的导航定位系统将大大有助于提供导航定位的精度和可靠性。2022年7月27日35GIOVE A GIOVE B the GIOVE Satellite其它卫星导航定位系统GalileoGIOVE的主要目标: 频率信号测试； 验证一些关键技术（比如铷原子钟、氢原子钟）； 轨道环境特征测试； 并行2

16、或3通道信号传输测试。2022年7月27日36其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统 我国自行研制的两颗北斗导航试验卫星分别于2000年10月31日和12月20日从西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步轨道（东经80和140的赤道上空），此外另一颗备用卫星也被送入预定轨道（东经110.5的赤道上空），标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航系统BD1。2022年7月27日37北斗1代卫星导航系统组成图其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统“北斗卫星导航系统”系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成。空间部分包括两颗地球同步轨道卫星（GEO）组成。卫星上带有信号转发装置，完成地面控制中心站和用户终端之间的双向无线电信号的中继任务。2022年7月27日38其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统用户终端分为:定位通信终端集团用户管理站终端差分终端校时终端等2022年7月27日39其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统与GPS系统不同，所有用户终端位置的计算都是在地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗终端用户机的位置及时间信息。同时，地面控制中心站还负责整个系统的监控管理。与GPS、GLONASS、Galileo等国外的卫星导航系统相比，BD1有自己的优点。如投资少，组建快；具有通信功能；捕