北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)練柱練柱先先 01403490520140349052 王王玉玉澤澤 014034907401403490742014/112014/11內(nèi)容概要內(nèi)容概要衛(wèi)星導(dǎo)航定位需衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求求北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展衛(wèi)星定位基本原衛(wèi)星定位基本原理理衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求What ？什么是導(dǎo)航定位？how ？衛(wèi)星導(dǎo)航定位怎么實(shí)現(xiàn)的？why ？為什么需要衛(wèi)星導(dǎo)航定位？how ？怎樣更好利用導(dǎo)航定位服務(wù)生產(chǎn)生活？衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求定位定位迷路是不知道自己在哪里，不能和已知的位置建立起方位和距離的聯(lián)系。定位，解決我在哪兒的問(wèn)題。怎么

2、定位？指南針地圖燈塔定位是確定在哪兒定位是確定在哪兒衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求定位定位定位是確定在哪兒定位是確定在哪兒手機(jī)信號(hào)定位衛(wèi)星定位無(wú)線電定位衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求導(dǎo)航導(dǎo)航導(dǎo)航是確定怎么去導(dǎo)航是確定怎么去 導(dǎo)航解決怎么走的問(wèn)題。規(guī)劃路徑，安排時(shí)間，力求省時(shí)省力。 例如從上海瀚文小學(xué)到北京天安門，利用衛(wèi)星導(dǎo)航可以準(zhǔn)確規(guī)劃出最優(yōu)路徑，全程約1216公里，開車前往大概需要13小時(shí)24分。衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求日常生活日常生活車載導(dǎo)航網(wǎng)購(gòu)物流查詢公交系統(tǒng)公安執(zhí)勤移動(dòng)商店無(wú)處不在的衛(wèi)無(wú)處不在的衛(wèi)星導(dǎo)航定位星導(dǎo)航定位運(yùn)動(dòng)記錄衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求載體導(dǎo)航載體導(dǎo)航衛(wèi)

3、星導(dǎo)航定位需求衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求工程應(yīng)用工程應(yīng)用工程測(cè)量橋梁監(jiān)測(cè)地球形變測(cè)量?jī)?nèi)容概要內(nèi)容概要衛(wèi)星導(dǎo)航定位需衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求求北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展衛(wèi)星定位基本原衛(wèi)星定位基本原理理四大導(dǎo)航系統(tǒng)四大導(dǎo)航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展四大系統(tǒng)四大系統(tǒng) GPS 全球定位系統(tǒng) 24顆衛(wèi)星 GLONASS格洛納斯 24顆衛(wèi)星 GALILEO伽利略 4顆衛(wèi)星 北斗BDS 14顆衛(wèi)星美國(guó)俄羅斯歐盟中國(guó)北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展四大系統(tǒng)四大系統(tǒng)北斗系統(tǒng)建設(shè)原則北斗系統(tǒng)建設(shè)原則開放性免費(fèi)提供高質(zhì)量的開放服務(wù)自主性中國(guó)將獨(dú)立自主地發(fā)展和運(yùn)行北斗系統(tǒng)兼容性實(shí)現(xiàn)與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容和互操作漸進(jìn)性根據(jù)中國(guó)的技

4、術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)際發(fā)展，逐步改進(jìn)系統(tǒng)北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗三步走北斗三步走第一步第一步試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有1983年提出發(fā)展建設(shè)概念。1994年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程啟動(dòng)，之前歷經(jīng)8年理論論證。2000年發(fā)射第一顆衛(wèi)星。2003年完成試驗(yàn)系統(tǒng)。最終成果：最終成果： 成功發(fā)射3顆GEO衛(wèi)星，建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠提供基本的定位、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)。2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗三步走北斗三步走第二步第二步亞太組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)亞太區(qū)域服務(wù)亞太組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)亞太區(qū)域服務(wù) 2012

5、年建成由14顆衛(wèi)星組成的區(qū)域星座，區(qū)域服務(wù)覆蓋亞太地區(qū)，并正式提供服務(wù)。2007年年4月月14日日MEO衛(wèi)星衛(wèi)星2009年年4月月15日日GEO衛(wèi)星衛(wèi)星2010年年1月月17日日GEO衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星運(yùn)載火箭運(yùn)載火箭北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗三步走北斗三步走第三步第三步全球組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)全球組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全球服務(wù) 2020年建成由35顆衛(wèi)星（5顆GEO，30顆non-GEO）組成的全球?qū)Ш较到y(tǒng)。第二步2012年第三步2020年北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇與挑戰(zhàn)面臨挑戰(zhàn)面臨挑戰(zhàn)北斗頻率資源緊缺北斗衛(wèi)星時(shí)鐘穩(wěn)定

6、性與國(guó)際先進(jìn)水平有較大差距北斗衛(wèi)星地面跟蹤站僅限國(guó)土范圍，幾何結(jié)構(gòu)較差北斗具有三種不同的星座（GEO、IGSO、MEO），但必須有無(wú)縫的運(yùn)控管理GPS已占領(lǐng)全球主要導(dǎo)航市場(chǎng)，而北斗必須擁有屬于自己的市場(chǎng)空間相關(guān)政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步健全技術(shù)創(chuàng)新體系、應(yīng)用服務(wù)體系和產(chǎn)業(yè)推進(jìn)體系尚不完善，產(chǎn)業(yè)環(huán)境亟待優(yōu)化地面基礎(chǔ)設(shè)施 欠缺 ， 分散建設(shè) ， 未形成統(tǒng)一基準(zhǔn)綜合服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施核心應(yīng)用技術(shù) 與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大 ， 自主研發(fā)終端性能仍需改進(jìn)交通 、 電信 、 金融 、 電力 、 物流等 關(guān)鍵領(lǐng)域 未全部使用中國(guó)時(shí)頻基準(zhǔn)衛(wèi)星導(dǎo)航行業(yè)應(yīng)用規(guī)模總體偏小，技術(shù)和業(yè)務(wù)的深度融合不足，裝備與系統(tǒng)應(yīng)用水平較低大

7、眾位置服務(wù)市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，缺乏有效的商業(yè)模式對(duì)國(guó)際市場(chǎng)、國(guó)際用戶需求、導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)國(guó)際化發(fā)展頂層謀劃研究不足北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展用戶終端應(yīng)用用戶終端應(yīng)用用戶終端應(yīng)用效果較好的環(huán)境用戶終端應(yīng)用效果較好的環(huán)境空曠地樓頂高處電磁輻射弱北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展用戶終端應(yīng)用用戶終端應(yīng)用用戶終端應(yīng)用效果差的環(huán)境用戶終端應(yīng)用效果差的環(huán)境隧道水面高架城市高樓樹林下電磁環(huán)境復(fù)雜內(nèi)容概要內(nèi)容概要衛(wèi)星導(dǎo)航定位需衛(wèi)星導(dǎo)航定位需求求衛(wèi)星定位基本原衛(wèi)星定位基本原理理北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理系統(tǒng)簡(jiǎn)介系統(tǒng)簡(jiǎn)介美蘇爭(zhēng)霸美蘇空間信息激烈競(jìng)爭(zhēng)，為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供了大量的資金支持。通信技術(shù)

8、的發(fā)展為衛(wèi)星信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸提供了可能。電子技術(shù)進(jìn)步為衛(wèi)星的控制、制造提供了強(qiáng)有力的保證。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需求是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的源動(dòng)力。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有三部分組成：空間星座部分，地面控制部分，用戶終端設(shè)備。系統(tǒng)簡(jiǎn)介系統(tǒng)簡(jiǎn)介衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成地面控制部分地面控制部分 地面控制部分包括：主控站，上行注入站和監(jiān)測(cè)站。負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息，并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對(duì)距離，大氣校正等數(shù)據(jù)，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航電文。衛(wèi)星地面控制部分衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理原理說(shuō)明原理說(shuō)明衛(wèi)星向地面發(fā)射電磁波，以光速傳播。衛(wèi)星距地面高度約為20000km。x 公里？ t

9、 秒？衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理計(jì)算延時(shí)計(jì)算延時(shí)計(jì)算衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間計(jì)算衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間t0: 衛(wèi)星發(fā)出碼信號(hào)t0: 接收機(jī)同步產(chǎn)生相同的碼信號(hào)t = ？ 偽隨機(jī)碼（ Pseudo Random Noice，PRN）： 以等概率產(chǎn)生0和1。 具有良好的自相關(guān)性。 編碼信號(hào)移位后與原信號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，產(chǎn)生新序列，自相關(guān)函數(shù)R判定自相關(guān)性：R = (N0 - N1) / (N0 + N1)完全對(duì)齊時(shí)，R=1，未對(duì)齊時(shí)，R接近0。 衛(wèi)星基于電路產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼相位對(duì)齊方式實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲量的計(jì)算。衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理

10、定位原理定位原理定位原理得到衛(wèi)星和接收機(jī)之間的距離后如何定位？衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理平面定位原理平面定位原理衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理定位原理定位原理黑色 = 可見, 紅色 = 不可見, 綠色 = 視線 l 總共50顆以上衛(wèi)星。l 地球任意一點(diǎn)可以看到5-12顆衛(wèi)星。l 任一衛(wèi)星的瞬時(shí)位置可根據(jù)星歷計(jì)算得到。美國(guó)GPS歐盟伽利略俄羅斯GLONASS中國(guó)BDS空間距離交匯定位空間距離交匯定位衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理(x,y,z)為待求的接收機(jī)位置， d為衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，(xi,yi,zi)為衛(wèi)星瞬時(shí)位置（由星歷計(jì)算得到）

11、。定位誤差定位誤差衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理三方面的誤差：衛(wèi)星產(chǎn)生的誤差傳播路徑產(chǎn)生的誤差接收機(jī)產(chǎn)生的誤差定位方程修正定位方程修正衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理偽距定位基本觀測(cè)方程偽距定位基本觀測(cè)方程tC是通過(guò)延時(shí)計(jì)算的星站距離是真實(shí)的星站距離是時(shí)鐘偏差引起的誤差n星站距離計(jì)算u以碼相位對(duì)齊測(cè)出GPS信號(hào)時(shí)延u以時(shí)延計(jì)算距離n衛(wèi)星定位u空間距離交會(huì)法定位u同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星提高定位精度提高定位精度衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去接收機(jī)時(shí)鐘的誤差可以消去接收機(jī)時(shí)鐘的誤差PjPkSlS

12、i可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以削弱大氣折射對(duì)觀測(cè)值的影響可以削弱大氣折射對(duì)觀測(cè)值的影響測(cè)距碼測(cè)距碼: C/A碼碼長(zhǎng)碼碼長(zhǎng) 293m293m（ ） P碼碼碼長(zhǎng)碼長(zhǎng)29.3m29.3m （ ）載波相位載波相位: L1載波載波 L2載波載波 ( ) 0.3 3m0.03 0.3m119.03cm224.42cm2 3mm載波相位定位載波相位定位衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理2.2 載波相位實(shí)際觀測(cè)值載波相位實(shí)際觀測(cè)值1t( )rrsrtt 0tNN1t0( )rF1( )rF1( )Int01鑒相器整整周周模模糊糊度度00( )rFN0t時(shí)刻111( )( )rFIntN時(shí)刻1t鑒相器多普勒計(jì)數(shù)器整整周周模模糊糊度度 時(shí) 刻實(shí)際觀測(cè)值it(