无人机系统理论基础 课件 第二十课时 卫星导航技术原理

第二十课时卫星导航技术原理BU

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AVIATION目录/CONTENTS§2GPS系统定位原理§1概述§1概述概述卫星导航定位系统基本作用：向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息卫星：围绕行星运转的物体基础：人造卫星运动时，电磁波在传播过程中出现了多普勒效应概述发展历程1958年美国海军武器实验室开始研制1964年建成多普勒卫星定位系统（NNSS）NNSS的缺陷：无法满足连续实时定位与精密大地定位的要求在NNSS的基础上，研制全球卫星导航定位系统（GNSS）概述卫星导航定位系统的构成空间段：由一个包含有多颗卫星的星座构成，广播测距码和导航电文控制段：由监视和控制网络组成，管理卫星星座和更新卫星导航电文监测站：接收卫星数据，采集气信息，所收集到的数据传送给主控站概述卫星导航定位系统的构成主控站：管理、协调地面监控系统各部分的工作收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站监控卫星状态，向卫星发送控制指令卫星维护与异常情况的处理。注入站：将导航电文注入导航卫星，接收、解码和处理GPS卫星的测距码和导航电文概述卫星导航定位系统的构成著名卫星定位系统：美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟体Galo、中国BDS卫星导航概述卫星导航定位系统的分类按照控制方式：自主式、中心式按照定位原理：TOA（到达时间）、TDOA（到达时间差）按照卫星轨道：地球低轨道、静止轨道、混合轨道§2GPS系统定位原理GPS系统定位原理GPS简介作用：在全球范围内实现全天候、连续、实时卫星导航定位与测速，进行高精度的时间传递与精密定位24颗分布在距地球20000km高空的6个轨道面上的地球同步卫星组成定义：以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统GPS系统定位原理GPS的组成空间部分：24颗工作卫星地面控制系统：监测站、主控制站、地面天线用户设备部分：GPS信号接收机GPS卫星系统的组成GPS系统定位原理GPS的组成空间部分GN3卫星星座：24工作卫星组成，21颗为导航的卫星，3颗为备用卫星卫星的运行周期：12恒星时GPS卫星星座GPS系统定位原理GPS的组成跟踪站的分类：主控站、监控站、注入站主控站：根据各监控站对GPS的观测数据，计算卫星星历与改正参数控制卫星，调度备用卫星具有监控站的功能GPS系统定位原理GPS的组成控制部分监控站的作用：接收卫星信号、监测卫星的工作状态注入站的作用：将主控站计算出的卫星星历和改正数等注入卫星GPS地面监控系统GPS系统定位原理GPS的组成用户设备组成：GPS接收机、数据处理软件、相应的用户设备作用：接收GPS卫星所发出的信号，进行导航定位等工作GPS接收机GPS系统定位原理GPS信号GPS卫星发射5种频率的载波信号C/A码：调制在L1载波，是1MHz的伪随机噪声码，码长为1023位，周期为1ms利用卫星的PRN号来区分卫星测定测站到卫星间的距离GPS系统定位原理GPS信号P码被调制在L和L2载波上，10MHz的伪随机噪声码，周期为7天实施AS时，P码与W码进行模二相加生成保密的Y码GPS系统定位原理GPS信号导航信息调制L1载波，信号频率50Hz，包含GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数利用导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置GPS系统定位原理GPS的服务类型服务类型：标准定位服务、精密定位服务标准定位服务：由标准定位子系统提供，主要面向全世界的民用用户精密定位服务：由精密定位子系统提供，主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户GPS系统定位原理GPS定位的误差源与GPS卫星有关的因素降低广播星历精度、在基准信号中加入高频抖动卫星星历误差、卫星钟差卫星信号发射天线相位中心偏差卫星时钟误差GPS系统定位原理GPS定位的误差源与传播途径有关的因素电离层延迟:地球周围的电离层对电磁波的折射效应对流层延迟：地球周围的对流层对电磁波的折射效应电离层和对流层对GPS信号的延迟GPS系统定位原理GPS定位的误差源与传播途径有关的因素③多路径效应：受接收机周围环境的影响多径效应GPS系统定位原理GPS定位的误差源与接收机有关的因素接收机钟差接收机天线相位中心偏差接收机软件和硬件造成的误差接收终端所处位置的影响GPS系统定位原理GPS定位的误差源其他GPS控制部分人为或计算机造成的影响数据处理软件的影响GPS系统定位原理GPS定位方法GPS的基本原理：不断使用1和0二进制码元组成的伪随机码发射导航电文用户提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比得到伪距R利用导航电文中卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置GPS系统定位原理GPS定位方法④利用4颗卫星的伪距得到4个方程⑤联立求解得到4个未知数x、y、z和卫星与接收机之间的时间差△t伪距定位原理GPS系统定位原理GPS定位方法的分类①伪距定位优点：数据处理简单、定位条件要求低、不存在整周模糊度的问题缺点：观测值精度低、AS问题GPS系统定位原理GPS定位方法②载波相位定位优点：观测值精度高缺点：数据处理过程复杂，存在整周模糊度的问题载波相位定位GPS系统定位原理GPS定位方法的分类①绝对定位原理：采用一台接收机，确定接收机天线的绝对坐标特点：作业方式简单，可以单机作业，精度不高、GPS系统定位原理GPS定位方法的分类②相对定位原理：采用两台以上的接收机同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系GPS系统定位原理GPS定位方法的分类获取定位结果的时间①实时定位原理：根据接收机观测到的数据，实时地解算出接收机天线所在的位置②非实时定位原理：通过对接收机接收到的数据进行后处理以进行定位GPS系统定位原理GPS定位方法的分类①动态定位原理：数据处理时，将接收机天线的位置作为随时间的改变而改变的量②静态定位原理：数据处理时，将接收机天线的位置作为不随时间改变而改变的量北斗定位系统用户终端步云