全球定位系統(tǒng)調(diào)研報告

全

球

衛(wèi)

星

定

位

系

統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀北斗GPSGLONASS伽利略全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)用途GPS導(dǎo)航的艦載飛彈配備GPS的士兵

美國海軍核潛艇GPS在軍事中的應(yīng)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)用途GPS在交通運輸業(yè)中的應(yīng)用航運、航空搜索陸路交通（車輛導(dǎo)航、監(jiān)控）船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水全球定位系統(tǒng)的其他應(yīng)用精確定時：廣泛應(yīng)用在天文臺、通信系統(tǒng)基站、電視臺中

GPS的增強(qiáng)系統(tǒng)工程施工：道路、橋梁、隧道的施工中大量采用GPS設(shè)備進(jìn)行工程測量勘探測繪：野外勘探及城區(qū)規(guī)劃中都有用到導(dǎo)航飛機(jī)導(dǎo)航：航線導(dǎo)航、進(jìn)場著陸控制星際導(dǎo)航：衛(wèi)星軌道定位個人導(dǎo)航：個人旅游及野外探險定位車輛防盜系統(tǒng)，手機(jī)，PDA，PPC等通信移動設(shè)備防盜，電子地圖，定位系統(tǒng)兒童及特殊人群的防走失系統(tǒng)農(nóng)業(yè)勘測……全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的提出1957年蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星美國研究人員提出：

觀測站位置->衛(wèi)星位置

衛(wèi)星位置->觀測站位置？1964年美國海軍研制“子午儀”導(dǎo)航衛(wèi)星，屬于低軌道衛(wèi)星，此為全球定位系統(tǒng)的前身。

主要用于：北極星核導(dǎo)彈提供精確的定位

核潛艇和水面艦艇的導(dǎo)航子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性系統(tǒng)簡介NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)），由于其衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛(wèi)星系統(tǒng)）采用利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng)美國研制、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性系統(tǒng)缺陷衛(wèi)星少，觀測時間和間隔時間長，無法提供實時導(dǎo)航定位服務(wù)導(dǎo)航定位精度低衛(wèi)星信號頻率低，不利于補償電離層折射效應(yīng)的影響衛(wèi)星軌道低，難以進(jìn)行精密定軌TRANSIT系統(tǒng)衛(wèi)星：6顆極地軌道軌道高度：1075km信號頻率：400MHz、150MHz絕對定位精度：1m相對定位精度：0.1m~0.5m定位原理：多普勒定位存在問題：衛(wèi)星少，無法實現(xiàn)實時定位；軌道低，難以精密定軌；頻率低，難以消除電離層影響。GPS系統(tǒng)發(fā)展簡史階段時間事件方案論證階段1973.12美國國防部批準(zhǔn)研制GPS1978.2第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功1973~1979共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星，研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)全面研制和試驗1979~1987陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)實用組網(wǎng)階段1989.2第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功1991在海灣戰(zhàn)爭中，GPS首次大規(guī)模用于實戰(zhàn)1993實用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成1995.7GPS達(dá)到FOC–完全運行能力（FullOperationalCapability）GPS系統(tǒng)概況GPS衛(wèi)星星座設(shè)計星座：21+321顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的備用衛(wèi)星保證在每天24小時的任何時刻，在高度角15以上，能夠同時觀測到4顆以上衛(wèi)星當(dāng)前星座：28顆采用P碼和C/A碼兩種碼型進(jìn)行通訊GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲導(dǎo)航電文生成用于導(dǎo)航定位的信號（測距碼、載波）發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測距碼和導(dǎo)航電文）接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。GPS系統(tǒng)概況GPS衛(wèi)星類型試驗衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲星歷能力為14天，具有SA和AS能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲星歷能力為180天，SV35和SV36帶有激光反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設(shè)第三民用頻率GPS系統(tǒng)構(gòu)成空間部分：產(chǎn)生兩種電碼，C/A碼，P碼控制部分1個主控站：各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù),計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數(shù),然后將結(jié)果送到3個地面控制站5個全球監(jiān)測站：取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)3個地面控制站：將導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星用戶部分捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星,并跟蹤這些衛(wèi)星的運行GPS系統(tǒng)構(gòu)成GPS系統(tǒng)定位原理1.測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離2.然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置3.根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出衛(wèi)星位置4.用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。2012年，“北斗”系統(tǒng)將覆蓋亞太地區(qū)2020年左右，將建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗導(dǎo)航的優(yōu)劣支持三頻信號：消除高階電離層延遲，提高定位可靠性，增強(qiáng)數(shù)據(jù)預(yù)處理能力，大大提高模糊度的固定效率，定位的可靠性和抗干擾能力有源定位及無源定位綜合使用短報文通信服務(wù)。原子鐘的精度較差缺少覆蓋全球的監(jiān)測站點通信技術(shù)水平還有待提高北斗的短報文通訊何為短報文通訊？用戶機(jī)遇用戶機(jī)，用戶機(jī)與地面中心站提供每次最多1680比特的短報文通訊服務(wù)采用1戶1密的加密方式，均需經(jīng)過地面中心站轉(zhuǎn)發(fā)與定位功能類似，短報文通訊的傳輸延遲0.5秒，通訊的最高頻度也是1秒1次GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)由24顆工作星和3顆備份星組成24顆星均勻地分布在3個近圓形的軌道平面上這三個軌道平面兩兩相隔120度，每個軌道面有8顆衛(wèi)星，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔45度軌道高度1.91萬公里，運行周期11小時15分，軌道傾角64.8度四大系統(tǒng)的比較衛(wèi)星系統(tǒng)建成之后衛(wèi)星數(shù)量軌道高度/(km)位置精度/(km)授時精度/(ns)速度精度/(m/s)系統(tǒng)定位方式服務(wù)區(qū)域GPS24+202006km20ns0.1單項式，獨立式，終端自己解碼與定位全球全侯伽利略30+241261km20ns0.1GLONASS24+1910012km25ns0.1北斗30+2150010km50ns0.2雙向通信中國附近亞洲區(qū)域，全天候注：以上全為民用數(shù)據(jù)全球定位系統(tǒng)接收系統(tǒng)組成用戶接收設(shè)備接收設(shè)備GPS信號接收機(jī)其它儀器設(shè)備全球定位系統(tǒng)接收機(jī)GPS信號接收機(jī)組成天線單元帶前置放大器接收天線接收單元信號通道存儲器微處理器輸入輸出設(shè)備電源全球定位系統(tǒng)接收機(jī)接收單元接收（信號）通道定義：接收機(jī)中用來跟蹤、處理、量測衛(wèi)星信號的部件，由無線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成。類型：根據(jù)信號跟蹤方式：序慣通道、多路復(fù)用通道和多通道；根據(jù)工作原理：碼相關(guān)通道、平方通道等存儲器微處理器作用：數(shù)據(jù)處理、控制輸入輸出設(shè)備電源定位系統(tǒng)誤差GPS測量通過地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送的信息來確定地面點的三維坐標(biāo)。GPS定位中，影響觀測量精度的主要誤差來源分為三類：?與衛(wèi)星有關(guān)的誤差。?與信號傳播有關(guān)的誤差。?與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。為了便于理解，通常均把各種誤差的影響投影到站星距離上，以相應(yīng)的距離誤差表示，稱為等效距離誤差。定位誤差來源誤差來源P碼C/A碼衛(wèi)星星歷與模型誤差鐘差與穩(wěn)定度衛(wèi)星攝動相位不確定性其它合計4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信號傳播電離層折射對流層折射多路徑效應(yīng)其它合計2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收機(jī)接收機(jī)噪聲其它合計1.00.51.17.50.57.5總計6.410.8-13.6

衛(wèi)星定位市場占有率全球定位系統(tǒng)前景1.衛(wèi)星導(dǎo)航的多系統(tǒng)并存未來幾年內(nèi)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將進(jìn)入一個新的階段。首先，用戶將面臨四大系統(tǒng)(GPS/GLONASS/Galileo/北斗)近百顆導(dǎo)航衛(wèi)星同時并存、互相兼容的局面