衛(wèi)星定位技術(shù)簡介

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)簡介美國衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展第一代衛(wèi)星導(dǎo)航——子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 優(yōu)點：經(jīng)濟快速、精度均勻、不受天氣和時間限制缺點：觀測時間長、不能進行連續(xù)實時定位、精度低第二代衛(wèi)星導(dǎo)航——GPS(全球定位系統(tǒng)）

GlobalPositioningSystem

分三個階段：

1、方案論證（1974－1978）

2、系統(tǒng)論證（1979－1987）

3、生產(chǎn)實驗（1988－1993）

GPS系統(tǒng)概況定位系統(tǒng)組成

一、空間衛(wèi)星部分 二、地面監(jiān)控部分 主控站1個、監(jiān)測站5個、注入站3個 三、用戶接收機部分GPS系統(tǒng)概況GPS衛(wèi)星星座

GPS的空間部分由21顆工作衛(wèi)星及3顆備用衛(wèi)星組成，它們均勻分布在6個相對于赤道的傾角為55o的近似圓形軌道上，每個軌道上有4顆衛(wèi)星運行，它們距地面的平均高度為20200KM，運行周期為11小時58分。

GPS衛(wèi)星星座均勻覆蓋全球表面，保證全球任何時間、任何地點的用戶能夠至少同時觀測到4顆星。

GPS系統(tǒng)概況

各組成部分作用衛(wèi)星部分：向用戶連續(xù)播發(fā)導(dǎo)航電文。地面監(jiān)控部分

監(jiān)測站：對每顆衛(wèi)星進行觀測，并向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。

主控站：采集數(shù)據(jù)、編輯導(dǎo)航電文、診斷功能、調(diào)整衛(wèi) 星。 注入站：向衛(wèi)星注入導(dǎo)航電文。

用戶接收機部分：接收、跟蹤、變換、測量GPS衛(wèi)星信號。GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)參心坐標(biāo)系 是指以參考橢球的幾何中心為原點的坐標(biāo)系統(tǒng)。地心坐標(biāo)系 是指以地球質(zhì)心為原點的坐標(biāo)系統(tǒng)。GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84大地坐標(biāo)系

幾何定義：坐標(biāo)系的原點是地球質(zhì)心。Z軸指向協(xié)議地球極方向。X軸指向零度子午面和赤道的交點。Y軸和ZX軸構(gòu)成右手 坐標(biāo)系GPS衛(wèi)星星歷

概念：是描述衛(wèi)星運行軌道和狀態(tài)的各種參數(shù)值 分類：按來源分

1、廣播星歷：通過衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文獲得的星歷。 可實時獲得，但精度低 包括17個軌道參數(shù)：2個時間參數(shù)、6個開普勒軌道參 數(shù)、9個軌道攝動參數(shù)

2、實測星歷：通過自己的地面衛(wèi)星跟蹤站觀測得到的衛(wèi)星 星歷。 事后計算獲得，但精度高GPS衛(wèi)星信號的內(nèi)容載波信號

L1載波（1575.42MHz）：C/A碼、P碼、數(shù)據(jù)碼

L2載波（1227.60MHz)：P碼、數(shù)據(jù)碼測距碼

C/A碼：又稱粗碼或捕獲碼，易于捕獲但測距精度低。

P碼：又稱精密測距碼或精碼，測距精度高。數(shù)據(jù)碼 即導(dǎo)航電文，它包含著衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正、由C/A碼捕獲P碼的信息等。美國的GPS政策精密定位服務(wù)（PPS）：美國軍事部門和其他特許用戶。標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）：廣大民間用戶。SA（SelectiveAvailability)技術(shù)

1、人為降低衛(wèi)星星歷精度

2、在鐘頻信號中加入高頻抖動AS(Anti-Spoofing)技術(shù)

在P碼上加上W碼成為Y碼，Y碼嚴(yán)格保密。GPS信號接收機的基本構(gòu)成

天線：（帶前置放大器）接收放大GPS信號。 信號處理器：用于信號接收、識別和處理。 微處理器：用于接收機的控制、數(shù)據(jù)采集和導(dǎo)航計算。 用戶信息傳輸：包括操作板、顯示板和數(shù)據(jù)存儲器。 精密振蕩器：用以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率。 電源:一般使用可充電電源。GPS衛(wèi)星定位原理就是把衛(wèi)星視為“動態(tài)已知點”，在已知其瞬時坐標(biāo)的條件下，以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離為觀測量，進行空間距離交會，從而確定用戶接收機天線所處的位置。三球交會GPS衛(wèi)星定位原理P=[(X-x)2+(Y-y)2+(Z-z)2]?① p`=p+△

p②

△

p=c*△

t③p`=[(X-x)2+(Y-y)2+(Z-z)2]? +c*△

t④觀測方程GPS衛(wèi)星定位誤差主要誤差源：1、與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差 衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、相對論效應(yīng)2、與信號傳播有關(guān)的誤差 電離層折射、對流層折射、多路徑誤差3、與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 接收機鐘誤差、相位中心誤差與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星星歷誤差

1、產(chǎn)生原因：地面監(jiān)控部分無法準(zhǔn)確測定衛(wèi)星星歷。

2、消除途徑： 相對定位方法 建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨立定軌 軌道松弛法衛(wèi)星信號傳播誤差電離層折射誤差（1）產(chǎn)生的原因：（2）減弱誤差的途徑：相對定位方法、雙頻觀測電離層改正模型對流層折射誤差 相對定位方法、對流層改正模型 水汽輻射計電離層對流層地面40KM50KM1000KM衛(wèi)星衛(wèi)星信號傳播誤差多路徑誤差（1）產(chǎn)生的原因（2）減弱誤差的途徑：恰當(dāng)選擇站址，避開信號反射物；在天線中設(shè)置抑徑板。小結(jié)衛(wèi)星星歷誤差、電離層折射誤差、對流層折射誤差是影響GPS定位精度的主要因素。GPS的測量精度與衛(wèi)星的空中幾何分布有關(guān)。

1、接收機與衛(wèi)星所形成的多面體體積越大，測量精度越高。

2、衛(wèi)星分布越均勻，測量精度越高。GPS的定位方式1、按接收機天線所處的狀態(tài)：（1）靜態(tài)定位：（2）動態(tài)定位：用戶的廣泛性、定位的實時性、速度的多異性低動態(tài)：秒速至幾十米、中等動態(tài)：秒速至幾百米、高動態(tài)：秒速至幾公里GPS的定位方式2、按接收機的數(shù)量： （1）單點定位 （2）相對定位

至少有一臺接收機要架設(shè)在已知點上 多臺接收機同時觀測相同的GPS衛(wèi)星信號，此觀測量稱為同步觀測值。

兩種定位優(yōu)缺點：單點定位精度低，相對定位精度高。

X=X`+(ΔX2-ΔX1) Y=Y`+(ΔY2-ΔY1) Z=Z`+(ΔZ2-ΔZ1)公共誤差：衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、電離層折射誤差、對流層折射誤差差分GPS概念 差分動態(tài)定位 差分靜態(tài)定位 按照差分改正數(shù)的不同

位置差分偽距差分載波相位差分

RTK修正法、差分法GLONASS全球軌道

導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)與GPS在系統(tǒng)組成及定位原理上極為相似通信方式不同：GLONASS：頻分多址FDMAGPS：碼分多址CDMA由于俄羅斯經(jīng)濟形勢持續(xù)惡化，國防和航天經(jīng)費嚴(yán)重不足，Glonass系統(tǒng)實際處于近于崩潰的邊緣。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)系統(tǒng)組成 空間衛(wèi)星部分、地面控制中心、用戶機定位流程定位精度

衛(wèi)星地面控制中心用戶機北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位原理： 基于三球交會原理，即以2顆衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心，各以測定的本星至用戶機距離為半徑，形成2個球面，用戶機必然位于這2個球面交線的圓弧上。中心站電子高程地圖庫提供的是一個以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。求解圓弧線與地球表面交點，即可獲得用戶的二維位置。 其高程可以從電子高程地圖庫查詢，也可以從氣壓測高計讀取。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能

快速定位：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實時定位服務(wù)。簡短通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向數(shù)字報文通信能力，可以一次傳送不超過120個漢字的信息。精密授時：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有單向和雙向兩種授時功能。北斗系統(tǒng)與GPS相比有何區(qū)別？1、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)同時具備定位與雙向通信能力；GPS系統(tǒng)本身不具備通信能力。2、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS系統(tǒng)是全球性導(dǎo)航系統(tǒng)。3、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由我國自主控制，GPS系統(tǒng)則是由美國軍方控制。4、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)用戶數(shù)量受到限制，GPS的用戶數(shù)量不受限制。5、北斗導(dǎo)航用戶機無導(dǎo)航處理器，GPS接收機有。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展展望改變現(xiàn)有定位方式，提高定位保密度。發(fā)展為能與GPS抗衡的全球性導(dǎo)航系統(tǒng)。幾年后，在我國用北斗導(dǎo)航全面代替GPS?！百だ?/p>