第一章GPS基本原理绪论课件.ppt

1、GPS原理与应用第一章GPS基本原理绪论教材及主要参考资料l教材教材uGPSGPS测量原理及应用测量原理及应用 徐绍铨徐绍铨 编著编著 武汉大学大学出武汉大学大学出版社（第三版）版社（第三版）20072007年年l主要参考资料主要参考资料uGPSGPS卫星导航定位原理与方法卫星导航定位原理与方法 刘基余刘基余 编著编著 科学出科学出版社版社 20032003年年uGPSGPS测量与数据处理测量与数据处理 李征航李征航等等 武汉大学出版社武汉大学出版社 20052005年年第一章GPS基本原理绪论考核办法一、考核方式：l考核方法为卷面考试加实验、查看实验报告相结合的方式进行。二、成绩评定l课程闭

2、卷考试成绩、实验成果、平时成绩有机结合评定该课程成绩l闭卷考试成绩占总成绩70l平时成绩总成绩30第一章GPS基本原理绪论课程内容l第一章 绪论l第二章 坐标系统和时间系统 l第三章 GPS卫星运动基础及卫星星历l第四章 GPS卫星的导航电文和卫星信号 l第五章 GPS定位基本原理 l第六章 GPS应用第一章GPS基本原理绪论第一章 绪论 定位技术的概况定位技术的概况 GPSGPS系统组成系统组成 其他卫星导航系统其他卫星导航系统 GPSGPS应用应用本章内容安排第一章GPS基本原理绪论1.1 1.1 定位技术概况定位技术概况一、定位方法1、原始的定位方法l 利用天体进行定向：日、月、特别的星

3、体l 利用自然现象：植物的生长态势（如苔藓）l 采用人造的器械：司南，指南针l 利用人工建筑：烽火台第一章GPS基本原理绪论2、常规定位方法v 采用的仪器设备尺：钢尺光学仪器：经纬仪，水准仪激光和红外仪器：测距仪综合多种技术的仪器：全站仪无线电、微波仪器：雷达v 观测方法角度或方向观测角度或方向观测距离观测距离观测距离差观测距离差观测第一章GPS基本原理绪论3、常规（地面）定位方法的局限性v 观测点之间需要保证通视 需要架设高大的天线 边长受到限制 观测难度大 效率低：无用的中间过渡点v 需要事先布设大量的地面控制点/地面站v 无法同时精确确定点的三维坐标v 观测受气候、环境条件限制v 受系统

4、误差影响大，如地球旁折光v 难以确定地心坐标第一章GPS基本原理绪论u19571957年年1010月月4 4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星球卫星“斯普特尼克斯普特尼克1 1号号”，正式开启了人类的，正式开启了人类的“太空时太空时代代”。u人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。重视。卫星导航卫星导航二、第一代卫星导航-（子午卫星导航系统）第一章GPS基本原理绪论10u19581958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星

5、系统，即为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫海军导航卫星系统星系统”（Navy Navigation Satellite SystemNavy Navigation Satellite SystemNNSSNNSS）。由于该系统卫星都通过地极，也称）。由于该系统卫星都通过地极，也称“子子午午(Transit)(Transit)卫星系统卫星系统”。u19641964年该系统建成，并在美国军方启用。年该系统建成，并在美国军方启用。u19671967年美国政府批准该系统解密，提供民用。年美国政府批准该系统解密，提供民用。u该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有该系统不受气象条件的限制，

6、自动化程度高，具有良好的定位精度。良好的定位精度。二、第一代卫星导航-（子午卫星导航系统）第一章GPS基本原理绪论建立国家建立国家:美国美国 美国海军导航卫星系统（美国海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System,Navy Navigation Satellite System,NNSS)NNSS)。又称子午仪系统，于。又称子午仪系统，于19641964年年1 1月建成，月建成，19671967年年7 7月月2929日美国政府批准将该系统解密，并提供民用。日美国政府批准将该系统解密，并提供民用。系统构成系统构成 卫星卫星 跟踪站跟踪站 注入站注入站 海军气

7、象台海军气象台 计算中心计算中心 船载设备船载设备 特点特点 全球全球 全天候全天候二、第一代卫星导航-（子午卫星导航系统）第一章GPS基本原理绪论1、第一代卫星导航系统-概况l子午仪导航卫星子午仪导航卫星(右图右图)卫星数量：发射的正式导航卫星共有六颗卫星数量：发射的正式导航卫星共有六颗运行轨道：圆形极轨道，平均高度运行轨道：圆形极轨道，平均高度1071km1071km，轨道倾角约，轨道倾角约9090，各导航卫星的轨道，各导航卫星的轨道相交于地球的两极相交于地球的两极 运行周期：运行周期：107min107min左右左右发射信号：连续发射无线电信号，传递三发射信号：连续发射无线电信号，传递三

8、种导航信息种导航信息(卫星星历表、偶数分钟的卫星星历表、偶数分钟的时间信号和供多普勒频移测量用的时间信号和供多普勒频移测量用的399.968MHz399.968MHz和和149.988MHz149.988MHz的载波频率的载波频率)定位精度：定位精度：19681968年测定的精度为年测定的精度为 70m70m，19761976年提高到年提高到 30m30m子午仪导航星座第一章GPS基本原理绪论2、卫星多普勒定位技术l多普勒效应：当波源与观测者作相对运动时，波源发射频率与观测者接收频率之间发生变化。l当子午卫星以fs的频率发射信号时，由于多普勒效应，接收机所接受的信号的频率将变为fr，两个频率存

9、在下列关系srfdtdDcf)11(D：为信号源与接收机间的距离C：为真空中的光速；第一章GPS基本原理绪论3、子午卫星导航系统的缺点uNNSSNNSS在导航技术的发展中具有划时代的意义，但由于该在导航技术的发展中具有划时代的意义，但由于该系统卫星数目少（系统卫星数目少（5-65-6颗），运行轨道低（颗），运行轨道低（1000km 1000km）,观观测时间长（测时间长（1.51.5小时），无法提供连续实时三维导航。小时），无法提供连续实时三维导航。u获得一次导航解的时间长，难以满足军事要求，尤其是获得一次导航解的时间长，难以满足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航要求。高动态目标（

10、飞机、导弹等）导航要求。u从大地测量看，定位速度慢，一个测站一般平均观测从大地测量看，定位速度慢，一个测站一般平均观测1-1-2 2天；精度低，单点定位精度天；精度低，单点定位精度3-5m3-5m，相对定位精度，相对定位精度1m1m，使，使得在大地测量和地球动力学研究方面的应用，也受到很得在大地测量和地球动力学研究方面的应用，也受到很大限制。大限制。第一章GPS基本原理绪论3、子午卫星导航系统的缺点u为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，要求，19731973年美国国防部开始组织陆海空三军，共年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代

11、卫星导航系统的计划，这就是目同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的前所称的“导航卫星授时测距导航卫星授时测距/全球定位系统全球定位系统”（Navigation Satellite Timing and ranging/Navigation Satellite Timing and ranging/Global Positioning SystemGlobal Positioning System）简称全球定位系统）简称全球定位系统（GPSGPS）。）。uGPSGPS具有高精度连续实时三维导航和定位能力，具有高精度连续实时三维导航和定位能力，以及良好的抗干扰性能。以及良好的抗干扰性

12、能。第一章GPS基本原理绪论1.2 1.2 GPS系统一、GPS定义二、GPS系统的发展三、GPS系统组成第一章GPS基本原理绪论1.2 1.2 GPS系统一、一、GPSGPS定义定义uGPSGPS的英文全称是的英文全称是Navigation Satellite Timing And Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position SystemRanging Global Position System（卫星测时与测距全（卫星测时与测距全球定位系统），简称球定位系统），简称GPS,GPS,也称作也称作NAVSTAR GPSNAVS

13、TAR GPS。u该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天侯、连续性和实时性的导航、定位能性、全球性、全天侯、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。度和时间。第一章GPS基本原理绪论二、GPS系统的发展第一阶段为方案论证阶段（第一阶段为方案论证阶段（1973-1979）第二阶段为系统论证阶段（第二阶段为系统论证阶段（1979-1985）第三阶段为生产实施阶段（第三阶段为生产实施阶段（1986-1994）GPS计划的实施共分三个阶

14、段：计划的实施共分三个阶段：第一章GPS基本原理绪论二、GPS系统的发展 方案论证和初步设计。方案论证和初步设计。4 4颗实验卫星、部分地面接收设备。颗实验卫星、部分地面接收设备。19731973年年 国防部批准国防部批准GPSGPS系统的系统的NavstarNavstar卫星制造计划卫星制造计划;19741974年年 为检验铷钟和时间传播技术为检验铷钟和时间传播技术,Timation,Timation项目的第一颗项目的第一颗GPSGPS实实 验卫星发射升空验卫星发射升空;19771977年年 第一批携带铯钟的实验卫星发射升空第一批携带铯钟的实验卫星发射升空,具有后来具有后来GPSGPS卫星卫

15、星 的基本特征的基本特征;19781978年年 第一颗第一颗GPSGPS原型导航卫星原型导航卫星Block IBlock I卫星发射升空。卫星发射升空。第一章GPS基本原理绪论二、GPS系统的发展第二阶段（第二阶段（1979-19851979-1985）全面研制和试验阶段。这一时期共发射七颗试验卫星，全面研制和试验阶段。这一时期共发射七颗试验卫星，GPSGPS试验卫星试验卫星Block IBlock I卫星达到卫星达到1111颗，其它辅助系统建立。颗，其它辅助系统建立。证实了证实了GPSGPS系统卓越的导航定位能力（实际伪距单点定位系统卓越的导航定位能力（实际伪距单点定位精度：精度：2020米

16、米,设计标准：设计标准：100100米）。米）。GPS Block I第一章GPS基本原理绪论二、GPS系统的发展第三阶段（第三阶段（1986-19941986-1994）实际组网阶段，实际组网阶段，2424颗工作卫星，颗工作卫星，19951995年达预定工作能年达预定工作能力。力。19951995年年4 4月月2727日日,美国防部宣布：美国防部宣布：“GPSGPS系统已具备完全系统已具备完全运行能力运行能力(Full Operational Capability,FOC)”(Full Operational Capability,FOC)”从从19891989年年2 2月月1414日至日至

17、19941994年，共年，共2424颗颗(21+3)GPS(21+3)GPS工作卫星：工作卫星：BlockBlock（9 9颗）、颗）、BlockABlockA（1515颗）发射成功。颗）发射成功。GPS BlockGPS BlockA第一章GPS基本原理绪论第二代卫星导航系统-GPSGPSGPS星座现状星座现状 截止到截止到20072007年，美国的年，美国的GPSGPS系统共发射卫星系统共发射卫星5555颗，发射失败颗，发射失败2 2次次.卫星型号发射总数(颗)在轨正常工作(颗)Block I110Block II90Block IIA1915Block IIR1312Block IIRM

18、33-5530第一章GPS基本原理绪论三、GPS系统组成地面监控系统地面监控系统卫星卫星用户用户第一章GPS基本原理绪论GPS系统组成GPSGPS卫星轨道和星座卫星轨道和星座 GPSGPS系统卫星星座基本参数：系统卫星星座基本参数：卫星数（颗）卫星数（颗）21+321+3轨道数（个）轨道数（个）6 6倾角倾角5555轨道平面间距轨道平面间距6060运行周期运行周期 11h58min11h58min卫星轨道高度（卫星轨道高度（kmkm）2020020200 GPS卫星星座卫星星座第一章GPS基本原理绪论GPS系统组成lGPSGPS卫星作用卫星作用l1 1、接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接

19、收并执行监、接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令。控站的控制指令。l2 2、利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行处理。、利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行处理。l3 3、通过星载的原子钟提供精密的时间标准。、通过星载的原子钟提供精密的时间标准。l4 4、向用户发送定位信息。、向用户发送定位信息。l5 5、在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态和启用、在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态和启用备用时钟。备用时钟。l主要设备主要设备太阳能电池板太阳能电池板原子钟（原子钟（2 2台铯钟、台铯钟、2 2台铷钟）台铷钟）信号生成与发射装置信号生成与

20、发射装置 第一章GPS基本原理绪论GPS系统组成GPSGPS地面监控系统地面监控系统空间段注入站监测站主控站主控站：主控站：1 1个个;监测站：监测站：5 5个个;注入站：注入站：3 3个个;通讯与辅助系统。通讯与辅助系统。第一章GPS基本原理绪论地面监控系统各部分作用n主控站：主控站：管理、协调地面监控系统各部分的工作，收集管理、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，送往注入站将卫星星历各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星，监控卫星状态，向卫星发送控制指注入卫星，监控卫星状态，向卫星发送控制指 令；卫星维令；卫星维护与异常情况的处理。护与异常情

21、况的处理。地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。n监测站：监测站：接收卫星数据，采集气象信息，实时监测卫接收卫星数据，采集气象信息，实时监测卫 星星并将收集到的数据传送给主控站。并将收集到的数据传送给主控站。地点：夏威夷、科罗拉多州法尔孔空军基地、阿森松群岛（大西洋）地点：夏威夷、科罗拉多州法尔孔空军基地、阿森松群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）、卡瓦加兰（太平洋）。、迪戈加西亚（印度洋）、卡瓦加兰（太平洋）。n注入站：将导航电文注入注入站：将导航电文注入GPSGPS卫星。卫星。地点：阿森松群岛（大西洋）、迪戈加西亚岛（印度洋）卡瓦加兰岛地点：阿森松群岛（大西

22、洋）、迪戈加西亚岛（印度洋）卡瓦加兰岛（太平洋）。（太平洋）。第一章GPS基本原理绪论GPS系统组成及各部分作用Kwajalein AtollUS Space CommandHawaiiAscension Is.Diego Garcia注入站注入站主控站主控站监测站监测站第一章GPS基本原理绪论GPS系统组成地面监控系统框图第一章GPS基本原理绪论GNSS =?1.3 1.3 其他卫星定位系统G P SGLONASSGALILEOBD第一章GPS基本原理绪论一、GLONASS1、GLONASS系统构成2、GLONASS系统的现状与发展3、GLONASS存在的问题第一章GPS基本原理绪论一、GL

23、ONASS19821982年年 前苏联发射第一颗前苏联发射第一颗GLONASS(Global Navigation Satellite GLONASS(Global Navigation Satellite System)System)卫星卫星19951995年年1212月月 俄罗斯发射了一箭三星，完成俄罗斯发射了一箭三星，完成2424颗工作卫星颗工作卫星+1+1颗备用颗备用 卫星的布局卫星的布局 第一章GPS基本原理绪论1、GLONASS构成卫星数量卫星数量:24:24轨道根数轨道根数:3:3运行高度运行高度:19100KM:19100KM轨道倾角轨道倾角:64.8:64.8 运行周期运行周

24、期:11h15min:11h15min信号频率信号频率:1.61.610103 3 MHz MHz 1.21.210103 3 MHz MHz 定位精度定位精度:10:10米左右米左右用用 途途:军民两用军民两用 GLONASS导航星座 第一章GPS基本原理绪论2、GLONASS系统的现状与发展GLONASS系统的发展262421201818141211108711121316222616121214121090369121518212427301987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

25、2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012在轨工作卫星 GLONASS导航系统至少需要18颗卫星才能覆盖俄罗斯全国范围，24颗才能覆盖全世界范围。GLONASS-KGLONASS-K卫星卫星测试（寿命测试（寿命1010年）年）GLONASS-MGLONASS-M卫星卫星测试（寿命测试（寿命7 7年）年）GLONASSGLONASS具有初具有初步运行能力。步运行能力。1212颗颗卫星（寿命卫星（寿命3 3年）年）第一章GPS基本原理绪论3、GLONASS存在的问题l1 1目前目前GLONASSGLONASS工作不稳定，卫星工作寿命

26、短，在轨卫工作不稳定，卫星工作寿命短，在轨卫星只星只1717颗，实际满负荷运行只有颗，实际满负荷运行只有8 8颗；颗；l2 2GLONASSGLONASS用户设备发展缓慢，生产厂家少，设备体积用户设备发展缓慢，生产厂家少，设备体积大而笨重；大而笨重；l3 3由于由于GLONASSGLONASS采用的是采用的是FDMAFDMA，所以用户接收机中频率，所以用户接收机中频率综合器复杂；综合器复杂；l4 4对对GPS/GLONASSGPS/GLONASS兼容接收机，需解决两系统的时间和兼容接收机，需解决两系统的时间和坐标系统问题。坐标系统问题。计划推迟，建设计划改为计划推迟，建设计划改为2008201

27、3年，年，2013年后年后再进入运营阶段。再进入运营阶段。第一章GPS基本原理绪论4、GLONASSGLONASS系统和系统和GPSGPS系统的比较系统的比较 l一是卫星发射频率不同：一是卫星发射频率不同：GPSGPS的卫星信号采用码分多址体制，而的卫星信号采用码分多址体制，而GLONASSGLONASS采用频分多址体制。采用频分多址体制。GLONASSGLONASS可以防止整个卫星导航系统可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力。同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力。l二是坐标系不同：二是坐标系不同：GPSGPS使用世界大地坐标系（使用世界大地坐标系（WGS-

28、84WGS-84），而），而GLONASSGLONASS使用前苏联地心坐标系（使用前苏联地心坐标系（PE-90PE-90）。）。l三是时间标准不同：三是时间标准不同：GPSGPS系统时与世界协调时相关联，而系统时与世界协调时相关联，而GLONASSGLONASS则与莫斯科标准时相关联。则与莫斯科标准时相关联。第一章GPS基本原理绪论第一章GPS基本原理绪论二、伽利略系统-GALILEO1、欧洲为什么要建立Galileo导航系统 缺乏完好性监测机制缺乏完好性监测机制l 信号容易受到干扰信号容易受到干扰 2020世纪七十年代建立世纪七十年代建立 受美国控制受美国控制军事应用背景军事应用背景 性能和

29、服务受限性能和服务受限 服务没有保障服务没有保障GPSGPS系统的不足系统的不足第一章GPS基本原理绪论2、GALILEO的特点 由欧洲空间局由欧洲空间局(ESA)(ESA)和欧盟和欧盟(EU)(EU)发起并提供主要资金支持。实现发起并提供主要资金支持。实现完全非军方控制与管理，旨在确定建立一个由国际组织控制的高完全非军方控制与管理，旨在确定建立一个由国际组织控制的高效经济的民用导航及定位服务系统。效经济的民用导航及定位服务系统。n与其它GNSS系统兼容n多样化的服务保证n安全性可靠性/完全欧洲控制n与其它GNSS系统独立n民 用n精度略高于GPS第一章GPS基本原理绪论3、GALILEO发展

30、首颗实验卫星首颗实验卫星 “GIOVEGIOVEA”(Galileo In-Orbit Validation Element)A”(Galileo In-Orbit Validation Element)由俄罗斯由俄罗斯“联联盟盟FG”FG”运载火箭从哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天中心顺利进入太空。运载火箭从哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天中心顺利进入太空。欧洲空间局提出建议，希望通过国际合作建立一套民用的全球卫星导航系统欧洲空间局提出建议，希望通过国际合作建立一套民用的全球卫星导航系统19821982年年19981998年年欧盟正式提出建立欧洲自己的伽利略全球卫星导航系统欧盟正式提出建立欧洲自己的

31、伽利略全球卫星导航系统20012001年年4 4月月5 5日日欧盟交通部长理事会上该计划正式获得批准，确定总投资约为欧盟交通部长理事会上该计划正式获得批准，确定总投资约为3636亿欧元，大亿欧元，大部分经费由欧盟、欧空局提供，其他费用由欧洲工业界和私人企业及投资商部分经费由欧盟、欧空局提供，其他费用由欧洲工业界和私人企业及投资商投入，系统的运营费和维护费由运营公司承担。投入，系统的运营费和维护费由运营公司承担。20022002年年3 3月月2626日日欧盟欧盟1515个成员国的交通部长在布鲁塞尔研究决定正式实施伽利略计划。个成员国的交通部长在布鲁塞尔研究决定正式实施伽利略计划。20052005

32、年年1212月月2828日日发展第一章GPS基本原理绪论4、GALILEO构成Worldwide Users5C波段上行上行任务站(ULS)控制中心（GCC）30监测站(GSS)S波段上行5遥测、跟踪、遥控站(TTC).卫星星座2地面段基本构成第一章GPS基本原理绪论GALILEO空间部分卫星数量30(27+3)轨道高度23616千米半长轴29994千米轨道平面数3(圆形轨道)轨道倾角56度运行周期14小时4分钟卫星重量700千克功率1.6千瓦卫星寿命15-20年第一章GPS基本原理绪论第二代卫星导航系统-GALILEO伽利略控制中心伽利略控制中心 遥测、跟踪、遥控站遥测、跟踪、遥控站C C波

33、段任务上行站波段任务上行站 伽利略监测站伽利略监测站 全球局域网络全球局域网络地面段第一章GPS基本原理绪论自由航空；大众市场；简单的定位授时加密；有保障服务开放服务+信号完好性加密；完好性；连续可用性接近实时；高精度；方便的信息反馈链路开放服务开放服务Galileo Open Service OS 商业服务商业服务Commercial Service，CS 生命安全服务生命安全服务Safety of Life，SoL公共特许服务公共特许服务Public Regulated Service，PRS导航导航搜索救援服务搜索救援服务Search and Rescue Service,SAR搜救搜救

34、5、GALILEO服务范围服务第一章GPS基本原理绪论第二代卫星导航系统-GALILEO在全球范围全天时提供各种导航服务和搜索救援服务在全球范围全天时提供各种导航服务和搜索救援服务与与GPSGPS系统全面兼容又相互独立系统全面兼容又相互独立 性能至少相当于性能至少相当于GPS(Block IIF)GPS(Block IIF)卫星以及正在研究的卫星以及正在研究的GPSIIIGPSIII系统系统避免与其它卫星导航系统的相互干扰，特别是与现代化以后避免与其它卫星导航系统的相互干扰，特别是与现代化以后 GPS GPS军用军用MM码码设计要求设计要求第一章GPS基本原理绪论第二代卫星导航系统-GALIL

35、EO20012001年，欧洲高层领导开始与中国接触，讨论两国在伽利略卫星导航领域的合年，欧洲高层领导开始与中国接触，讨论两国在伽利略卫星导航领域的合作作;20032003年年1010月月 中国与欧盟签署了有关伽利略计划合作协定中国与欧盟签署了有关伽利略计划合作协定;20042004年年1010月月 中国科学技术部和欧盟委员会在北京正式签署伽利略计划技术合中国科学技术部和欧盟委员会在北京正式签署伽利略计划技术合作协议，中国成为参加伽利略计划的第一个非欧盟成员国，并成为伽利略联合作协议，中国成为参加伽利略计划的第一个非欧盟成员国，并成为伽利略联合执行体中与欧盟成员国享有同等权利和义务的一员执行体中

36、与欧盟成员国享有同等权利和义务的一员.中国承诺向伽利略计划投入中国承诺向伽利略计划投入2 2亿欧元，其中亿欧元，其中70007000万欧元用于支持中国参与这一计划开发阶段的工作；万欧元用于支持中国参与这一计划开发阶段的工作；中方企业将参与未来伽利略计划特许经营，并投入其余的中方企业将参与未来伽利略计划特许经营，并投入其余的1.31.3亿欧元，用于开展亿欧元，用于开展该计划部署阶段的工作该计划部署阶段的工作;20052005年年4 4月月 中方派出中方派出3 3名专家前往伽利略联合执行体工作名专家前往伽利略联合执行体工作;20052005年年1212月月 中国助推的第一颗伽利略试验卫星的升空，中

37、国助推的第一颗伽利略试验卫星的升空，“中欧伽利略计划中欧伽利略计划”进进入全面合作阶段。入全面合作阶段。GALILEO与中国第一章GPS基本原理绪论第一章GPS基本原理绪论导航定位的方式l被动式导航定位的方法u用户不发射信号，仅接收卫星发射的信号，由用户完成对信号的处理及定位，是一种无源定位导航系统。u特点用户自身的保密性好，用户数量不受限制；用户间，用户与地面系统之间无法进行通讯。l有源导航系统u用户将接收的卫星信号发送给地面中心站，由中心站解算出用户的位置，再以通讯方式告知用户。u除了了导航定位的功能还有通信通信的功能。弥补无源定位方式的不足。第一章GPS基本原理绪论三、双星定位导航系统-

38、北斗l1 1北斗一代卫星导航系统发展过程；北斗一代卫星导航系统发展过程；l2 2北斗一代卫星系统构成；北斗一代卫星系统构成；l3 3北斗一代工作原理；北斗一代工作原理；l4 4北斗一代功能、特点以及缺陷；北斗一代功能、特点以及缺陷；l5.5.北斗二代卫星导航系统介绍；北斗二代卫星导航系统介绍；l6.6.北斗系统与北斗系统与GPSGPS的区别。的区别。第一章GPS基本原理绪论三、双星定位导航系统-北斗19831983年，卫星导航先驱陈芳允院士提出利年，卫星导航先驱陈芳允院士提出利用两颗同步定点卫星进行导航定位的设想用两颗同步定点卫星进行导航定位的设想19941994年年 国家批准建设国家批准建设

39、“北斗一号北斗一号”卫星导航卫星导航 定位系统定位系统20002000年年1010月月3131日日 发射第一颗北斗导航卫星发射第一颗北斗导航卫星20032003年年5 5月月2525日日 发射第三颗北斗导航卫星发射第三颗北斗导航卫星(备用卫星备用卫星)我国成为世界上继美国、俄罗斯之后，第三个拥有自主卫星导航系统的国家。20002000年年1212月月2121日日 发射第二颗北斗导航卫星发射第二颗北斗导航卫星北斗一代卫星导航系统第一章GPS基本原理绪论l用户段用户段l北斗用户机北斗用户机(指挥型指挥型/通信型通信型)。l空间段空间段 北斗卫星定位系统由两颗地球静止卫星、一颗在轨备份北斗卫星定位系

40、统由两颗地球静止卫星、一颗在轨备份卫星卫星(赤道面东经赤道面东经8080度、度、140140度和度和110.5110.5度，前两颗卫星位置度，前两颗卫星位置的经度相距的经度相距6060度度)，轨道高度为，轨道高度为3600036000公里。信息传递时上公里。信息传递时上行为行为L L频段，下行为频段，下行为S S频段。频段。l地面段地面段 地面控制中心地面控制中心(配备高程电子地图配备高程电子地图)、参考标校系统。、参考标校系统。北斗一代卫星系统构成第一章GPS基本原理绪论 它的定位基于它的定位基于三球交会原理，三球交会原理，即以即以2 2颗卫星的已知坐标颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星

41、至用户机距离为半径，形成为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成2 2个球个球面，用户机必然位于这面，用户机必然位于这2 2个球面交线的圆弧上。中心站电子个球面交线的圆弧上。中心站电子高程地图库提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高程地图库提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，并高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，并已知目标在赤道平面北侧，即可获得用户的二维位置。已知目标在赤道平面北侧，即可获得用户的二维位置。第一章GPS基本原理绪论用户机北斗卫星北斗卫星1北斗一号中心站北斗卫星北斗卫星2北斗一代工作原理l双星定位

42、系统采用主动定位方式，先由定位用户终端接收卫星发来的包含有测距信号、地址电文、时间码等的询问信号，并注入用户站的必要信号作为应答信号再返回发给卫星，由卫星转发到地面中心，地面中心根据用户信号测量并计算出用户到两颗卫星的距离，并根据中心存储的数字高程地图或由用户携带的气压测高仪提供高程，计算用户的点位坐标，然后置入出站信号中发送给用户，使用户获得自己所在位置。第一章GPS基本原理绪论第一章GPS基本原理绪论 快速定位快速定位 北斗系统可为服务区域内用户提北斗系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定供全天候、高精度、快速实时定位服务，定位精度位服务，定位精度20-100m20-100m

43、；短报文通信短报文通信 北斗系统用户终端具有双向报文北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送通信功能，用户可以一次传送40-40-6060个汉字的短报文信息；个汉字的短报文信息；精密授时精密授时 北斗系统具有精密授时功能，可向北斗系统具有精密授时功能，可向 用户提供用户提供20ns-100ns20ns-100ns时间同步精度。时间同步精度。北斗一代功能第一章GPS基本原理绪论自主系统，安全、可靠、稳定自主系统，安全、可靠、稳定工作方式工作方式:有源定位有源定位覆盖范围覆盖范围:北纬北纬5 50_0_55550 0，东经，东经70700_0_1401400 0之间之间定位精度定位精

44、度:水平精度水平精度100m(1)100m(1)，设立标校站之，设立标校站之后为后为20m(20m(类似差分状态类似差分状态)最大用户数最大用户数:每小时每小时540000540000户户北斗一代特点第一章GPS基本原理绪论双星有源导航定位体制，只能提供低动态和静态导航定双星有源导航定位体制，只能提供低动态和静态导航定位服务位服务需要中心站提供数字高程图数据和用户机发上行信号，需要中心站提供数字高程图数据和用户机发上行信号，定位精度低定位精度低,隐蔽性差隐蔽性差系统用户容量、导航定位维数有限无冗余测距信息，在系统用户容量、导航定位维数有限无冗余测距信息，在体制上不能与国际上的、体制上不能与国际

45、上的、“GLONASS”GLONASS”及将来及将来的的“伽利略伽利略”系统兼容系统兼容北斗一代的缺陷第一章GPS基本原理绪论第二代卫星导航系统-北斗空间段空间段 五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成。道卫星组成。服务服务 提供开放服务和授权服务两种服务方提供开放服务和授权服务两种服务方式：开放服务是在服务区免费提供式：开放服务是在服务区免费提供定位、测速定位、测速 和授时服务，定位精度和授时服务，定位精度1010米，授时精度米，授时精度5050纳秒，测速精度纳秒，测速精度0.20.2米每秒；授权服务是向授权用户米每秒；授权服务是向授权用户提供更安全的定位

46、、测速、授时和提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。通信服务以及系统完好性信息。北斗二代卫星导航系统第一章GPS基本原理绪论第二代卫星导航系统-北斗 20072007年年4 4月，中国在西昌卫星发射中心用月，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲长征三号甲”运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。北斗二代的发展第一章GPS基本原理绪论北斗系统与北斗系统与GPSGPS的区别的区别l1 1、北斗导航系统同时具备定位与双向通信能力；北斗导航系统同时具备定位与双向通信能力；GPSGPS系统本身不具备系统本身不具备通信能力。通信能

47、力。l2 2、北斗导航系统是区域性导航系统，、北斗导航系统是区域性导航系统，GPSGPS系统是全球性导航系统。系统是全球性导航系统。l3 3、北斗导航系统由我国自主控制，北斗导航系统由我国自主控制，GPSGPS系统则是由美国军方控制。系统则是由美国军方控制。l4 4、北斗导航系统用户数量受到限制，、北斗导航系统用户数量受到限制，GPSGPS的用户数量不受限制。的用户数量不受限制。l5 5、北斗导航用户机无导航处理器，、北斗导航用户机无导航处理器，GPSGPS接收机有。接收机有。第一章GPS基本原理绪论北斗导航系统发展展望北斗导航系统发展展望l改变现有定位方式，提高定位保密度。改变现有定位方式，

48、提高定位保密度。l发展为能与发展为能与GPSGPS抗衡的全球性导航系统。抗衡的全球性导航系统。l几年后，在我国用北斗导航全面代替几年后，在我国用北斗导航全面代替GPSGPS。第一章GPS基本原理绪论1.4 1.4 GPS的应用l从GPS的提出到1995年建成，经历了20多年，实践证实，GPS对人类活动影响极大，应用价值极高，所以得到美国政府和军队的高度重视，不惜投资300亿美元来建立这一工程，成为继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。l它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题，可以满足各种不同用户的需要。第一章GPS基本原理绪论GPS的应用特点v观测站之间不需要通视观测站

49、之间不需要通视v定位精度高定位精度高v观测时间短观测时间短v提供三维坐标提供三维坐标v操作简便操作简便v全天候全天候2424小时作业小时作业v功能多，应用广功能多，应用广第一章GPS基本原理绪论GPS的应用WirelessComm.UnitIn-vehicleDisplay UnitWirelessComm.UnitITS&GPSPositioning SystemITS Data Basic Comm.Server ServerAVLProcessing UnitsITS DGPSRectificationWireless Comm.Network Control SystemModem C

50、onnection.Comm.Tower#1 Comm.Tower#10Dispatching#1Dispatching#7Control Centre.Base StationTo Processing UnitsCAD 圖形系統AVLS區域網絡-乙太網絡智能交通系统（智能交通系统（ITSITS）终端用户通信网指挥调度中心第一章GPS基本原理绪论第一章GPS基本原理绪论RS数字图像方式提供了城市范围内道路与相关因子动态变化信息，在GIS中作为电子数字地图使用，也可用遥感图像更新道路数据库。GPS提供车辆目前所处的精确位置，在GIS支持下，可在显示器上以“点”状符号的形式直观的为司机指明当前车