全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用

黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用視頻公開課第二講全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用莊衛(wèi)東教授

GNSS

是GlobalNavigationSatelliteSystem的縮寫。中文譯名：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，或：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。一、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)1.美國(guó)全球定位系統(tǒng)（GPS）2.俄羅斯“格洛納斯”系統(tǒng)（GLONASS）3.歐洲“伽利略”系統(tǒng)（GALILEO）4.中國(guó)“北斗”系統(tǒng)（BDS,Compass）四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：（一）全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成1.空間部分

由衛(wèi)星系統(tǒng)組成2.地面部分由主控站、注入站、監(jiān)測(cè)站和通訊輔助系統(tǒng)等組成；3.用戶部分由接收機(jī)組成。（二）全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)1.全天候；2.全球覆蓋；3.高精度（定位、測(cè)速、授時(shí)）；4.多用途。（三）全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的用途

1.陸地應(yīng)用包括個(gè)人及車輛導(dǎo)航定位、資源勘探、工程測(cè)量、交通、物流、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等；

2.海洋應(yīng)用包括海船導(dǎo)航定位，航線規(guī)劃、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援等；

3.航空航天應(yīng)用包括飛機(jī)導(dǎo)航、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援等。

二、GPS系統(tǒng)簡(jiǎn)介GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代由美國(guó)軍方聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。1995年4月宣布具有全運(yùn)行能力。

1.空間部分GPS系統(tǒng)的空間部分是由24顆衛(wèi)星構(gòu)成星座。距地表20200km，分布在6條軌道運(yùn)行，每條軌道上有4顆，可保證在地球表面以上任何角落的GPS接收機(jī)在全天24小時(shí)至少能接收4顆衛(wèi)星的信號(hào)。

2.地面部分

地面部分包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站。GPS地面控制站分布圖

1—主控站2—監(jiān)測(cè)站3—注入站

3.用戶部分

GPS接收機(jī)，由主機(jī)、天線、電源等組成。可給用戶提供當(dāng)前地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、航向、時(shí)間等信息。

農(nóng)業(yè)中常用的GPS接收機(jī)天寶（Trimble）麥哲倫（Magellan）諾瓦泰

（NovAtel）壁虎（Hemisphere）合眾思?jí)眩║niStrong）三、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，英文名稱：Compass。

1.北斗一代2.北斗二代

1.北斗一代北斗一代是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，稱為“北斗一號(hào)”，是雙星定位系統(tǒng)，屬于有源定位系統(tǒng)。利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供定位、簡(jiǎn)短數(shù)字報(bào)文通信和授時(shí)服務(wù)。北斗一代雙星有源定位示意圖2.北斗二代中國(guó)正在建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。在2013年，“北斗”系統(tǒng)已覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。北斗系統(tǒng)地面段北斗二代的服務(wù)及性能：1.開放服務(wù)：定位精度:10m測(cè)速精度:0.2m/s授時(shí)精度:50ns2.授權(quán)服務(wù)廣域差分服務(wù)定位精度:1m

短報(bào)文通信服務(wù)四、衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理遠(yuǎn)程的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)可采用三種方法：（1）無線電導(dǎo)航系統(tǒng)；（2）天文導(dǎo)航系統(tǒng)；（3）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。無線電導(dǎo)航定位技術(shù)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)屬于無線電導(dǎo)航定位技術(shù)，無線電導(dǎo)航定位是建立在測(cè)距的基礎(chǔ)上的?，F(xiàn)代測(cè)距多使用無線電信號(hào)測(cè)量所測(cè)距離上的傳播延遲（傳播時(shí)間）來推測(cè)距離。無線電導(dǎo)航定位技術(shù)有兩種基本方式:1.地面導(dǎo)航定位技術(shù)以地面三角坐標(biāo)為基礎(chǔ)的定位技術(shù)；2.衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)

以衛(wèi)星測(cè)距為基礎(chǔ)的定位導(dǎo)航技術(shù)系統(tǒng)，用于確定機(jī)器在地球上的位置。地面平面三角坐標(biāo)定位技術(shù)原理圖手機(jī)基站定位空間定位示意圖兩球相交于圓三球相交于2點(diǎn)四球相交于1點(diǎn)五、差分定位技術(shù)衛(wèi)星定位由于存在著軌道誤差、時(shí)鐘誤差、電離層影響、大氣影響、多路徑效應(yīng)等的影響，解算出的坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)是不一樣的，存在誤差。目前GPS單點(diǎn)定位精度一般在10m左右，不能滿足拖拉機(jī)導(dǎo)航自動(dòng)駕駛等高精度作業(yè)的需求，需要提高定位精度。（一）差分GPS（DGPS）單基準(zhǔn)站差分GPS（DifferentialGPS，DGPS）是根據(jù)一個(gè)基準(zhǔn)站所提供的差分改正信息對(duì)用戶站進(jìn)行改正的差分GPS系統(tǒng)。由基準(zhǔn)站、無線電數(shù)據(jù)通訊鏈、用戶站三部分組成。位置差分：簡(jiǎn)單易行，精度為米級(jí)；

發(fā)送基準(zhǔn)站位置的改正量；

偽距差分：簡(jiǎn)單易行，精度為亞米級(jí)；

發(fā)送所觀測(cè)到的所有衛(wèi)星的偽距改正量；

載波相位差分（RTK）：精度高，精度達(dá)到厘米級(jí)；

發(fā)送基準(zhǔn)站的原始載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)。在差分應(yīng)用中，常采用數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送?；臼褂冒l(fā)射臺(tái)，移動(dòng)站使用接收臺(tái)。一般應(yīng)覆蓋范圍：8-20km。數(shù)傳電臺(tái)可使用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為無線電數(shù)據(jù)通訊鏈，抗遮擋、提高覆蓋面和易用性。如GPRS、CDMA2000，WCDMA等。（二）CORS系統(tǒng)利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（ContinuousOperationalReferenceSystem，縮寫為CORS）。（三）星基增強(qiáng)系統(tǒng)SBASSatelliteBasedAugmentationSystems（SBAS）1.美國(guó)：WAAS（WideAreaAugmentationSystem)2.歐洲：EGNOS（EuropeanGeostationaryNavigationOverlaySystem）3.日本：MSAS（Multi-functionSatellite-basedAugmentationSystem）（四）RTG技術(shù)RTG（real-timeGipsy，又稱星鏈差分）是全球雙頻GPS差分系統(tǒng)。其GPS差分信號(hào)通過三顆同步國(guó)際海事衛(wèi)星進(jìn)行廣播。RTG定位精度可達(dá)到分米級(jí)。用戶需要交海事衛(wèi)星信號(hào)服務(wù)費(fèi)。六、全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用1.農(nóng)田地塊長(zhǎng)度面積的測(cè)量GPS定位數(shù)據(jù)記錄手機(jī)GPS狀態(tài)軟件可顯示GPS和感應(yīng)器的信息：

經(jīng)度、緯度、速度、加速度、海拔高度、方位、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和電池狀態(tài)等。

2.農(nóng)田三維地形測(cè)量

3.土壤取樣田間定位4.衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛起壟作業(yè)衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛5.精準(zhǔn)施肥