北斗衛(wèi)星導航發(fā)展及其應用

1、北斗衛(wèi)星導航發(fā)展及其應用一、導航o什么是導航o導航的故事o導航的發(fā)展o什么是導航 -測量靜態(tài)點或運動載體在空間坐標系的三維位置。-導航（Navigation）技術是實時地測量運動載體在途行進時的運動狀態(tài)的技術，以便為運動載體運動規(guī)劃（導彈制導、衛(wèi)星控制、飛機引導）提供依據(jù)。運動載體某時刻的狀態(tài)包括載體在空間坐標系的三維位置和三維姿態(tài)，因此導航包括定位與定姿。(x,y,z)( , , )( , )( , , )( , )x y zx y z o導航的故事明朝初期，鄭和七下西洋在航行中采用“往返牽星為記”來導航，完成了“鄭和航海圖”。公元前200多年，亞歷山大圖書館館長、“地理學之父”埃拉托斯特尼

2、提出地圓學說與經(jīng)緯網(wǎng)的概念。1999年，美國對南聯(lián)盟空中軍事打擊，使用了大量精確制導武器。2003年，伊拉克戰(zhàn)爭中充分利用衛(wèi)星導航優(yōu)勢。o導航的發(fā)展二、衛(wèi)星導航o衛(wèi)星導航的由來o衛(wèi)星導航定位的原理o目前的衛(wèi)星導航系統(tǒng)o衛(wèi)星導航由來1957年10月4日 第一顆人造衛(wèi)星多普勒效應 無線電波的頻率隨空間衛(wèi)星的移動產(chǎn) 生變化。1957年10月4日 第一顆人造衛(wèi)星（人造衛(wèi)星定位）1958年12月，美國海軍武器實驗室委托霍普金斯大學應用物理研究室研制美國海軍導彈潛艇用的衛(wèi)星系統(tǒng)海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)（Navy Navigation Salellite System） NNSS 6個低軌衛(wèi)星 400MHz 150

3、MHz 平均地面高度 1100km 運行一周 107 分鐘 90傾角 定位精度 0.20.5n mile軌道經(jīng)過地球南北極與地球子午線相一致，因此又稱子午儀（Transit）系統(tǒng)。o衛(wèi)星導航定位的原理 四個衛(wèi)星四個衛(wèi)星 定一個目標定一個目標 衛(wèi)星導航,是接收導航衛(wèi)星發(fā)送的導航定位信號,并以導航衛(wèi)星作為動態(tài)已知點,實時地測定運動載體的在航位置和速度,進而完成導航。其基本作用是向各類用戶和運動平臺實時提供準確、連續(xù)的位置、速度和時間信息。衛(wèi)星導航系統(tǒng)是以人造地球衛(wèi)星為導航臺站的天基無線電導航系統(tǒng),可發(fā)送高精度、全天時、全天候的導航、定位和授時信息,是當今國民經(jīng)濟和國防建設不可或缺的重要空間基礎設施

4、。o衛(wèi)星導航定位的原理 參照三球交匯定位的原理，根據(jù)3顆衛(wèi)星到用戶終端的距離信息，根據(jù)三維的距離公式，就依靠列出3個方程得到用戶終端的位置信息，即理論上使用3顆衛(wèi)星就可達成無源定位，但由于衛(wèi)星時鐘和用戶終端使用的時鐘間一般會有誤差，而電磁波以光速傳播，微小的時間誤差將會使得距離信息出現(xiàn)巨大失真，實際上應當認為時鐘差距不是0而是一個未知數(shù)t，如此方程中就有4個未知數(shù)，即客戶端的三位坐標（X，Y，Z），以及時鐘差距t，故需要4顆衛(wèi)星來列出4個關于距離的方程式，最后才能求得答案，即用戶端所在的三維位置，根據(jù)此三維位置可以進一步換算為經(jīng)緯高和海拔高度。222()()()iiiixxyyzzc o目前的

5、衛(wèi)星導航系統(tǒng)美國GPS (24+) 1994年GPS正式建成，是目前應用最廣泛、技術最成熟的導航定位系統(tǒng)。俄羅斯GLONASS (30) 該系統(tǒng)由前蘇聯(lián)在1976年啟動，截止到1996年1月18日 共有24顆運行，由于多種原因該系統(tǒng)陷入年久失修階段。歐盟Galileo (27+3)由歐洲航天局（ESA）發(fā)起，是歐盟正在建設的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，有“歐洲版GPS”之稱。中國北斗/Compass (27+3IGSO+5GEO)是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。三、北斗衛(wèi)星導航o為什么要建北斗o中國的北斗計劃o北斗的特點o為什么要建北斗 一談到衛(wèi)星導航，作為普通人的你我，往往會發(fā)出這樣的疑

6、問：GPS導航不是挺好用的嗎，為何還建北斗導航系統(tǒng)？ “不，一定要有自主的衛(wèi)星導航系統(tǒng)?？縿e人永遠不如靠自己！”這是血與火的啟示，也是各大國不約而同的共識。 維護國家信息安全的需要維護國家信息安全的需要 應對重大自然災害的保障應對重大自然災害的保障 經(jīng)濟效益顯著經(jīng)濟效益顯著o中國的北斗計劃 按照三步走的總體規(guī)劃分步實施：第一步，1994年啟動北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)建設，2000年形成區(qū)域有源服務能力；第二步，2004年啟動北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設，2012年形成區(qū)域無源服務能力；第三步，2020年北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)形成全球無源服務能力。o中國的北斗計劃 發(fā)展路線圖o北斗的特點n 最大的特點就是把導航和

7、通信緊密結合起來，具有短報文功能，使用戶之間能夠相互交流。n 分步開通，與其他導航系統(tǒng)具有很好的兼容互操作性。n 首次集納多種軌道設計于一身，這樣的混合軌道能夠提供更多可見衛(wèi)星，支持更長的連續(xù)觀測時間和更高精度。 n 使用三頻信號來更好的消除高階電離層影響，提高定位 精度，增強可靠性和抗干擾能力。四、北斗發(fā)展及其應用o北斗的發(fā)展歷程o北斗的應用o北斗的發(fā)展歷程 20世紀70年代末，我國開始積極探索適合我國國情的衛(wèi)星導航系統(tǒng)的技術途徑和方案。1983年，航天專家陳芳允院士首次提出在中國利用兩顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星實現(xiàn)區(qū)域快速導航定位的設想。o北斗的發(fā)展歷程 1994年，我國啟動北斗衛(wèi)星導航試驗系

8、統(tǒng)建設。2000年10月和12月，在西昌發(fā)射兩顆衛(wèi)星，2003年發(fā)射第三顆衛(wèi)星，建成區(qū)域有源衛(wèi)星導航系統(tǒng)，標志著我國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。o北斗的發(fā)展歷程 其實在北斗試驗系統(tǒng)建設的同時，我國已開始新一代北斗導航系統(tǒng)的研制。2004年，北斗衛(wèi)星導航區(qū)域系統(tǒng)工程正式立項。2007年，我國北斗衛(wèi)星區(qū)域導航系統(tǒng)第一顆中圓軌道衛(wèi)星發(fā)射成功，拉開了北斗區(qū)域導航系統(tǒng)建設的序幕。 2003年09月，中國打算加入歐盟的伽利略定位系統(tǒng)計劃，并在接下來的幾年中投入了2.3億歐元的資金。中國與歐盟在2004年10月09日正式簽署伽利略計劃技術合作協(xié)議。因為某些原因，雙方終止合作。中國推出北斗二代

9、與伽利略定位系統(tǒng)在亞洲市場競爭。o北斗的發(fā)展歷程 從2004年到2012年，短短8年時間，我國完成了16星密集發(fā)射、快速組網(wǎng)提供服務的壯舉。中國以讓人難以置信的速度，全面完成區(qū)域導航系統(tǒng)建設，形成覆蓋亞太大部分地區(qū)的服務能力。 截止到2016年3月30號，中國成功發(fā)射第22顆北斗導航衛(wèi)星。o北斗的應用當你進入不熟悉的地方時，你可以使用裝有北斗衛(wèi)星導航接收芯片的手機或車載衛(wèi)星導航裝置找到你要走的路線。 個人個人位置服務位置服務o北斗的應用北斗導航衛(wèi)星氣象應用的開展，可以促進我國天氣分析和數(shù)值天氣預報、氣候變化監(jiān)測和預測，也可以提高空間天氣預警業(yè)務水平，提升我國氣象防災減災的能力。除此之外，北斗導

10、航衛(wèi)星系統(tǒng)的氣象應用對推動北斗導航衛(wèi)星創(chuàng)新應用和產(chǎn)業(yè)拓展也具有重要的影響。 氣象應用氣象應用o北斗的應用衛(wèi)星導航將促進傳統(tǒng)運輸方式實現(xiàn)升級與轉型。例如，在鐵路運輸領域，通過安裝衛(wèi)星導航終端設備，可極大縮短列車行駛間隔時間，降低運輸成本，有效提高運輸效率。未來，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將提供高可靠、高精度的定位、測速、授時服務，促進鐵路交通的現(xiàn)代化，實現(xiàn)傳統(tǒng)調度向智能交通管理的轉型。 鐵路智能交通鐵路智能交通o北斗的應用衛(wèi)星衛(wèi)星導航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛(wèi)星導航接收機和數(shù)據(jù)發(fā)射機，車輛的位置信息就能在幾秒鐘內自動轉發(fā)到中心站。這些位置信息可用于道路交通管理。 道路交

11、通管理道路交通管理o北斗的應用 海運和水運海運和水運海運和水運是全世界最廣泛的運輸方式之一，也是衛(wèi)星導航最早應用的領域之一。目前在世界各大洋和江河湖泊行駛的各類船舶大多都安裝了衛(wèi)星導航終端設備，使海上和水路運輸更為高效和安全。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將在任何天氣條件下，為水上航行船舶提供導航定位和安全保障。o北斗的應用當飛機在機場跑道著陸時，最基本的要求是確保飛機相互間的安全距離。利用衛(wèi)星導航精確定位與測速的優(yōu)勢，可實時確定飛機的瞬時位置，有效減小飛機之間的安全距離，甚至在大霧天氣情況下，可以實現(xiàn)自動盲降，極大提高飛行安全和機場運營效率。 航空運輸航空運輸o北斗的應用在發(fā)生地震、洪災等重大災害時，救援成功的關鍵在于及時了解災情并迅速到達救援地點。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)除導航定位外，還具備短報文通信功能，通過衛(wèi)星導航終端設備可及時報告所處位置和受災情況，有效縮短救援搜尋時間，提高搶險救災時效，大大減少人民生命財產(chǎn)損失。 應急救援應急救援o北斗的應用精確的時