無(wú)線定位系統(tǒng)原理與應(yīng)用

無(wú)線定位系統(tǒng)原理與應(yīng)用第一頁(yè)，共62頁(yè)。主要內(nèi)容GPS（GlobalPositioningSystem）GLONASS（GLObalNAvigationSatelliteSystem）Galileo

北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GSM移動(dòng)定位系統(tǒng)2第二頁(yè)，共62頁(yè)。GPS概述全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GPS）是美國(guó)從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20余年，耗資200億美元，于1994年全面建成。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等特點(diǎn)，成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)測(cè)量、工程變形測(cè)量、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，取得了好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3第三頁(yè)，共62頁(yè)。GPS概述三個(gè)階段：1974～1978年，方案論證1979～1987年，系統(tǒng)論證1988～1993年，試驗(yàn)生產(chǎn)總投資200億美元。BlockⅠ型實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星BlockⅡ型和BlockⅡA型工作衛(wèi)星BlockⅡR和BlockⅢ型改善型工作衛(wèi)星4第四頁(yè)，共62頁(yè)。GPS定位原理圖3GPS定位原理S1S2S3S4D1D2D3PD45第五頁(yè)，共62頁(yè)。GPS定位系統(tǒng)的組成GPS定位系統(tǒng)是由三個(gè)部分組成：（1）GPS衛(wèi)星星座（空間部分）（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）（3）GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）。6第六頁(yè)，共62頁(yè)。GPS衛(wèi)星星座組成共24顆衛(wèi)星，其中3顆備用分布在6個(gè)軌道面上圖1—GPS衛(wèi)星星座7第七頁(yè)，共62頁(yè)。軌道面相對(duì)地球赤道面的傾角為55度各軌道平面升交點(diǎn)赤經(jīng)相差60度相鄰軌道上衛(wèi)星的升交距角相差30度軌道平均高度約20200km運(yùn)行周期11h58m55GPS衛(wèi)星星座組成8第八頁(yè)，共62頁(yè)。銫原子鐘微處理器2塊7m2的太陽(yáng)能翼板無(wú)線電收發(fā)兩用機(jī)導(dǎo)航荷載（接收數(shù)據(jù)，發(fā)射測(cè)距和導(dǎo)航數(shù)據(jù)）姿態(tài)控制和太陽(yáng)能板指向系統(tǒng)GPS衛(wèi)星9第九頁(yè)，共62頁(yè)。衛(wèi)星配有4臺(tái)頻率相當(dāng)穩(wěn)定的原子鐘（2臺(tái)銫鐘，2臺(tái)銣鐘），產(chǎn)生頻率為10.23MHz的基準(zhǔn)鐘頻信號(hào)。分別轉(zhuǎn)化為GPS衛(wèi)星三種信號(hào)分量：載波、測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼。基本頻率10.23MHzL1載波1575.42MHzL2載波1227.60MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzP碼10.23MHz數(shù)據(jù)碼50BPS數(shù)據(jù)碼50BPS15412010204600GPS衛(wèi)星信號(hào)

10第十頁(yè)，共62頁(yè)。GPS衛(wèi)星所采用的兩種測(cè)距碼，即粗測(cè)距(C/A)碼和精測(cè)距（P碼或Y碼），均屬于偽隨機(jī)碼。GPS衛(wèi)星信號(hào)的測(cè)距碼11第十一頁(yè)，共62頁(yè)。C/A碼C/A碼：是用于粗測(cè)距和捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)的偽隨機(jī)碼。它是由兩個(gè)10級(jí)反饋移位寄存器組合而產(chǎn)生。C/A碼的碼長(zhǎng)短，共1023個(gè)碼元，若以每秒50碼元的速度搜索，只需20.5s，易于捕獲，所以C/A碼通常也稱捕獲碼。C/A碼的碼元寬度大，假設(shè)兩序列的碼元對(duì)齊誤差為為碼元寬度的1/10~1/100，則相應(yīng)的測(cè)距誤差為29.3~2.93m。由于精度低，又稱粗碼?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得測(cè)距分辨率大大提高。一般最簡(jiǎn)單的導(dǎo)航接收機(jī)的偽距測(cè)量分辨率達(dá)到0.1米。12第十二頁(yè)，共62頁(yè)。C/A碼的生成13第十三頁(yè)，共62頁(yè)。P碼P碼是衛(wèi)星的精測(cè)碼，碼率為10.23MHZ，產(chǎn)生的原理與C/A碼相似，但更復(fù)雜。發(fā)生電路采用的是兩組各由12級(jí)反饋移位寄存器構(gòu)成。P碼的周期長(zhǎng)，267天重復(fù)一次。P碼的捕獲一般是先捕獲C/A碼，再根據(jù)導(dǎo)航電文信息，捕獲P碼。由于P碼的碼元寬度為C/A碼的1/10，若取碼元對(duì)齊精度仍為碼元寬度的1/100，則相應(yīng)的距離誤差為0.29m，僅為C/A碼的1/10，故P碼稱為精碼。根據(jù)美國(guó)國(guó)防部規(guī)定，P碼是專為軍用的。14第十四頁(yè)，共62頁(yè)。GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。導(dǎo)航電文包含有關(guān)衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時(shí)間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)、軌道攝動(dòng)改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息。導(dǎo)航電文又稱為數(shù)據(jù)碼（或D碼）。導(dǎo)航電文也是二進(jìn)制碼，依規(guī)定格式組成，按幀向外播送。每幀電文含有1500比特，播送速度50bit/s，每幀播送時(shí)間30s。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文15第十五頁(yè)，共62頁(yè)。

GPS導(dǎo)航電文格式123451234567891030s6s0.02s0.6s子幀4、5各含25頁(yè)一個(gè)子幀一個(gè)字碼一個(gè)主幀一個(gè)頁(yè)面16第十六頁(yè)，共62頁(yè)。

導(dǎo)航電文的結(jié)構(gòu)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—1時(shí)鐘修正參數(shù)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—2星歷表TLWHOW數(shù)據(jù)塊—2星歷表繼續(xù)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星歷書等TLWHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星歷書等子幀1一個(gè)子幀6s長(zhǎng)，10個(gè)字，每字30比特1幀30s1500比特子幀3子幀4子幀5子幀217第十七頁(yè)，共62頁(yè)。導(dǎo)航電文內(nèi)容1、遙測(cè)碼（TLW—TelemetryWORD）位于個(gè)子幀的開頭，作為捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)。遙測(cè)碼的第1～8比特是同步碼，使用戶便于解釋導(dǎo)航電文；第9～22比特為遙測(cè)電文，其中包括地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)注入數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)信息、診斷信息和其它信息。第23和第24比特是連接碼；第25～30比特為奇偶校驗(yàn)碼，它用于發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤。18第十八頁(yè)，共62頁(yè)。導(dǎo)航電文內(nèi)容2、轉(zhuǎn)換碼（HOW—HandOverWord）

緊接各子幀的遙測(cè)碼，主要向用戶提供用于捕獲P碼的Z記數(shù)。所謂Z記數(shù)是從星期日零時(shí)只能星期六24時(shí)，P碼字碼X1的周期（1.5秒）的重復(fù)數(shù)。因此，當(dāng)知道了Z計(jì)數(shù)，便能較快地捕獲到P碼。19第十九頁(yè)，共62頁(yè)。導(dǎo)航電文內(nèi)容3、第一數(shù)據(jù)塊

第一數(shù)據(jù)塊位于第1子幀的第3～10字碼，它的主要內(nèi)容包括：

a、時(shí)延差改正Tgd－就是載波L1、L2的電離層時(shí)延差。b、數(shù)據(jù)齡期AODC－是時(shí)鐘改正數(shù)的外推時(shí)間間隔，它指明衛(wèi)星時(shí)鐘改正數(shù)的置信度。C、星期序號(hào)WN－表示從1980年1月6日子夜零點(diǎn)（UTC）起算的星期數(shù)，即GPS星期數(shù)。d、衛(wèi)星時(shí)鐘改正－GPS時(shí)間和UTC時(shí)間之間存在的差值。20第二十頁(yè)，共62頁(yè)。導(dǎo)航電文內(nèi)容4、第二數(shù)據(jù)塊

第二數(shù)據(jù)塊包括第2和第3子幀，其內(nèi)容表示GPS衛(wèi)星的星歷，描述衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道的參數(shù)，包括下列三類：

a、開普勒六參數(shù)。b、軌道攝動(dòng)九參數(shù)。C、時(shí)間二參數(shù)21第二十一頁(yè)，共62頁(yè)。導(dǎo)航電文內(nèi)容5、第三數(shù)據(jù)塊

第三數(shù)據(jù)塊包括第4和第5子幀，其內(nèi)容包括了所有GPS衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)。當(dāng)接收機(jī)捕獲到某顆GPS衛(wèi)星后，根據(jù)第三數(shù)據(jù)塊提供的其他衛(wèi)星的概略星歷、時(shí)鐘改正、衛(wèi)星改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，用戶可以選擇工作正常和位置適當(dāng)?shù)男l(wèi)星，并且較快地捕獲到所選擇的衛(wèi)星。22第二十二頁(yè)，共62頁(yè)。1接收和存儲(chǔ)由地面監(jiān)控站發(fā)來(lái)的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令。2利用衛(wèi)星上的微處理機(jī)，對(duì)部分必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。3通過(guò)星載的原子鐘提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。4向用戶發(fā)送定位信息。5在地面監(jiān)控站的指令下，通過(guò)推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星的基本功能23第二十三頁(yè)，共62頁(yè)。GPS地面監(jiān)控部分GPS的地面監(jiān)控部分由分布在全球的5個(gè)地面站組成，其中包括衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站（5個(gè)）、主控站（1個(gè)）和注入站（3個(gè)）地面監(jiān)控部分的主要任務(wù)是：1.監(jiān)視每顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)；2.確定GPS時(shí)間系統(tǒng)；3.跟蹤并預(yù)報(bào)衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘狀態(tài)；4.向每顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器注入衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。24第二十四頁(yè)，共62頁(yè)?？刂普镜姆植枷耐目ㄍ呒犹m狄哥

伽西亞阿松森島科羅拉多25第二十五頁(yè)，共62頁(yè)。GPS地面監(jiān)控部分1、監(jiān)測(cè)站：是主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心。對(duì)可見GPS衛(wèi)星每6分鐘進(jìn)行一次偽距測(cè)量和多普勒積分觀測(cè)、采集氣象要素等數(shù)據(jù)，每15分鐘平滑一次觀測(cè)數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行初步處理，存儲(chǔ)并傳輸?shù)街骺卣?，以確定衛(wèi)星軌道。26第二十六頁(yè)，共62頁(yè)。GPS地面監(jiān)控部分2、主控站除協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)外，主要任務(wù)：1）根據(jù)本站和其它監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣修正參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到注入站。2）提供全球定位系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)。各監(jiān)測(cè)站和GPS衛(wèi)星的原子鐘，均應(yīng)與主控站的原子鐘同步，測(cè)出其間的鐘差，將鐘差信息編入導(dǎo)航電文，送入注入站。3）調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定軌道運(yùn)行。4）啟用備用衛(wèi)星代替失效工作衛(wèi)星。27第二十七頁(yè)，共62頁(yè)。GPS地面監(jiān)控部分3、注入站：主要設(shè)備為1臺(tái)直徑3.6m的天線、1臺(tái)S波段發(fā)射機(jī)和1臺(tái)計(jì)算機(jī)。主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其它控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)，并監(jiān)測(cè)注入信息的正確性。整個(gè)GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控部分，除主控站外均無(wú)人值守。28第二十八頁(yè)，共62頁(yè)。接收機(jī)調(diào)制解調(diào)器銫鐘氣象傳感器監(jiān)測(cè)站觀測(cè)星歷與時(shí)鐘主控站計(jì)算誤差編算注入導(dǎo)航電文調(diào)制解調(diào)器高功率放大器指令發(fā)生器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部設(shè)備注入站數(shù)據(jù)處理機(jī)數(shù)據(jù)處理機(jī)L1L2S波段GPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星地面監(jiān)控系統(tǒng)流程圖29第二十九頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)組成GPS接收機(jī)的主要結(jié)構(gòu)組成：?天線（帶前置放大器）?信號(hào)處理器：用于信號(hào)識(shí)別與處理?微處理器：用于接收機(jī)的控制、數(shù)據(jù)采集和導(dǎo)航計(jì)算?用戶信息傳輸：包括操作板、顯示板等?精密震蕩器：產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率?電源30第三十頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示天線前置放大器信號(hào)處理器微處理器導(dǎo)航計(jì)算機(jī)震蕩器用戶信息傳輸數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部傳輸電源31第三十一頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)類型（1）按工作原理劃分：?碼相關(guān)型接收機(jī)：能夠產(chǎn)生與所測(cè)衛(wèi)星測(cè)距碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼。利用的是C/A碼或P碼，條件是掌握測(cè)距碼結(jié)構(gòu)，也稱有碼接收機(jī)。?平方型接收機(jī)：利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制碼，獲得載波相位測(cè)量所必需的載波信號(hào)。該機(jī)只利用衛(wèi)星信號(hào)，無(wú)需解碼，不必掌握測(cè)距碼結(jié)構(gòu)，稱無(wú)碼接收機(jī)。?混合型接收機(jī)：綜合利用了碼相關(guān)技術(shù)和平方技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)獲得碼相位和精密載波相位觀測(cè)量。目前廣泛使用。32第三十二頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)類型（2）根據(jù)接收機(jī)信號(hào)通道類型劃分：?多通道接收機(jī)：具有多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)通道，每個(gè)通道只連續(xù)跟蹤一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)。也稱連續(xù)跟蹤型接收機(jī)。?序貫通道接收機(jī)：只有1-2個(gè)信號(hào)通道，為了跟蹤多個(gè)衛(wèi)星，在相應(yīng)軟件控制下按時(shí)序依次對(duì)各衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤量測(cè)。依次量測(cè)一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間較長(zhǎng)（大于20ms），對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤是不連續(xù)的。?多路復(fù)用通道接收機(jī)：與序貫通道接收機(jī)相似，也只有1-2個(gè)信號(hào)通道，在相應(yīng)軟件控制下按時(shí)序依次對(duì)各衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤量測(cè)。依次量測(cè)一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間較短（小于20ms），可保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤。33第三十三頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)類型（3）根據(jù)所接收的衛(wèi)星信號(hào)頻率劃分：?單頻接收機(jī)（L1）：只接收調(diào)制的L1信號(hào)，雖然可利用導(dǎo)航電文提供的參數(shù)，對(duì)觀測(cè)量進(jìn)行電離層影響修正，但由于修正模型尚不完善，精度較差，主要用于小于20km的短基線精密定位。?雙頻接收機(jī)（L1+L2）：同時(shí)接受L1、L2兩種信號(hào)，利用雙頻技術(shù)，可消除或減弱電離層折射對(duì)觀測(cè)量的影響，定位精度較高。這種分法較為常見。34第三十四頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)類型（4）按接收機(jī)用途劃分：?導(dǎo)航型：用于確定船舶、車輛、飛機(jī)等運(yùn)載體的實(shí)時(shí)位置和速度，保障按預(yù)定路線航行或選擇最佳路線。采用測(cè)碼偽距為觀測(cè)量的單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位或差分GPS定位，精度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。?測(cè)量型接收機(jī)：采用載波相位觀測(cè)量進(jìn)行相對(duì)定位，精度高。觀測(cè)數(shù)據(jù)可測(cè)后處理或?qū)崟r(shí)處理（RTK），需配備功能完善的數(shù)據(jù)處理軟件。與導(dǎo)航型相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。?授時(shí)型接收機(jī)：主要用于天文臺(tái)或地面監(jiān)控站，進(jìn)行時(shí)頻同步測(cè)定。35第三十五頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)天線天線的基本作用是把來(lái)自于衛(wèi)星信號(hào)的能量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流，并經(jīng)前置放大器進(jìn)行頻率變換，以便對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤、處理和量測(cè)。36第三十六頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)天線基本類型37第三十七頁(yè)，共62頁(yè)。GPS接收機(jī)DSNPLEICAGARMIN

TRIMBLEASHTECHJAVAD38第三十八頁(yè)，共62頁(yè)。SPS與PPSSPS–標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)，使用C/A碼，民用PPS–精密定位服務(wù)，可使用P碼，軍用SA（已于2000年5月1日取消）SelectiveAvailability–選擇可用性：人為降低普通用戶的測(cè)量精度。方法ε技術(shù)：軌道加擾（長(zhǎng)周期，慢變化）δ技術(shù)：星鐘加擾（高頻抖動(dòng)，短周期，快變化）AS–Anti-Spoofing反電子欺騙–P碼加密，P+W->Y美國(guó)政府的GPS政策39第三十九頁(yè)，共62頁(yè)。GLONASS類似于GPS，是俄羅斯以空間為基礎(chǔ)的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)20世紀(jì)70年代中期開始啟動(dòng)GLONASS計(jì)劃1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星1996年1月18日，完成24顆衛(wèi)星的布局，衛(wèi)星具備完全工作能力由于經(jīng)濟(jì)原因，現(xiàn)在天空上的GLONASS衛(wèi)星僅為8顆。40第四十頁(yè)，共62頁(yè)。Galileo背景：GLONASS在軌衛(wèi)星缺失，GPS獨(dú)霸市場(chǎng)

GLONASS、GPS均由軍方控制歐盟：要建立國(guó)際民間控制的、歐盟自己的民用導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)：可共享的、獨(dú)立于GPS的、適于海陸空的導(dǎo)航系統(tǒng)階段：1999年，歐洲提出了建立“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的計(jì)劃。

（一）2000年前，可行性評(píng)估或定義（二）2001~2005，開發(fā)和檢測(cè)（三）2006~2007，部署（四）2008，商業(yè)運(yùn)行41第四十一頁(yè)，共62頁(yè)。GPS、GLONASS和Galileo系統(tǒng)參數(shù)比較參數(shù)GPSGLONASSGalileo在軌衛(wèi)星數(shù)24+324+330+3軌道平面數(shù)6（間隔60°）3（間隔120°）3（間隔120°）軌道傾角55°64.8°56°軌道高度20200km19100km23616km軌道周期11h58min11h16min14h04min星歷數(shù)據(jù)表示方法衛(wèi)星軌道的開普勒參數(shù)衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的9個(gè)參數(shù)——衛(wèi)星壽命3~5年7~8年15~20年衛(wèi)星信號(hào)分隔法碼分（CDMA）頻分（FDMA）碼分（CDMA）載波L11575.42MHz1602.5625~1615.5MHz1561.098~1589.742MHz載波L21227.60MHz1246.4375~1256.5MHz1202.025~1278.750MHz參考系WGS-84PZ-90GTRF時(shí)間系統(tǒng)UTC(USNO)UTC（SU）GST42第四十二頁(yè)，共62頁(yè)。歐盟為何重視伽利略計(jì)劃打破美國(guó)在這方面的壟斷地位，為歐盟贏得可觀的市場(chǎng)份額。

權(quán)威部門預(yù)計(jì)：伽利略計(jì)劃的資金預(yù)計(jì)為32億到36億歐元伽利略計(jì)劃將為歐盟創(chuàng)造１５萬(wàn)個(gè)高技術(shù)含量的就業(yè)崗位；每年經(jīng)濟(jì)收益有１００億歐元之多；僅出售航空和航海終端設(shè)備一項(xiàng)就可在２００８年至２０２０年將獲得１５０億歐元收入歐盟開發(fā)此項(xiàng)目可為歐盟現(xiàn)在極力提倡的歐洲共同安全防御政策服務(wù)。

43第四十三頁(yè)，共62頁(yè)。Galileo系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成

未來(lái)的Galileo系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的，又與GPS兼容的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量滿足以下幾個(gè)條件：1）適應(yīng)用戶及市場(chǎng)需要；2）開發(fā)和運(yùn)行成本最??；3）系統(tǒng)本身固有風(fēng)險(xiǎn)最??；4）與其它系統(tǒng)（主要是GPS）具有互操作性?；谝陨峡紤]，Galileo系統(tǒng)主要由4部分組成：1）全球設(shè)施部分；2）區(qū)域設(shè)施部分；3）當(dāng)?shù)卦O(shè)施部分；4）用戶接收機(jī)及終端。

44第四十四頁(yè)，共62頁(yè)。Galileo系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成1、全球設(shè)施部分控制中心GCC：坐落在歐洲的兩個(gè)Galileo控制中心是系統(tǒng)地面監(jiān)控的核心，其主要功能是控制星座、保證衛(wèi)星原子鐘的同步、完好性信號(hào)的處理、監(jiān)控衛(wèi)星及由他們提供的服務(wù)、數(shù)據(jù)處理；上行鏈路站GVS：分布于全球的上行鏈路站主要是用來(lái)傳輸往返于衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，每個(gè)上行鏈路站GVS包含一個(gè)進(jìn)行衛(wèi)星管理的TT&C站和一個(gè)任務(wù)上行站MVS。TT&C上行鏈路通過(guò)S波段發(fā)射，MVS通過(guò)C波段發(fā)射；監(jiān)測(cè)站GSS網(wǎng)絡(luò)：分布在全球范圍的GSS網(wǎng)絡(luò)接收衛(wèi)星導(dǎo)航信息SIS，并且檢測(cè)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的質(zhì)量，以及氣象和其他所要求的環(huán)境信息。這些站將收到的信息通過(guò)通信網(wǎng)GCN中繼傳輸給控制中心GCC；全球通信網(wǎng)絡(luò)GCN：利用地面和VSAT衛(wèi)星鏈路，把所有地面站和地面設(shè)施連接起來(lái)。45第四十五頁(yè)，共62頁(yè)。

2、區(qū)域設(shè)施部分區(qū)域部分是Galileo系統(tǒng)有機(jī)的組成部分，主要由對(duì)系統(tǒng)完好性實(shí)施監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)站IMS網(wǎng)絡(luò)和數(shù)個(gè)進(jìn)行完好性數(shù)據(jù)可以直接由該區(qū)的地面站上傳至對(duì)應(yīng)的Galileo衛(wèi)星；另外，該部分還可以通過(guò)地球同步衛(wèi)星為GPS和GLONASS系統(tǒng)提供相應(yīng)的差分信息。Galileo系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成46第四十六頁(yè)，共62頁(yè)。

3、當(dāng)?shù)卦O(shè)施部分根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶厥庑枰峁┨貏e的精確性和完好性信息，以及當(dāng)?shù)夭罘中畔?。?dāng)?shù)卦O(shè)施部分主要包括：1）提供本地差分修正信號(hào)的本地精確導(dǎo)航設(shè)備，用戶可用這些信號(hào)修正星歷和種差，以及補(bǔ)償對(duì)流層、電離層延遲誤差；2）提供本地差分信號(hào)的本地高精度導(dǎo)航設(shè)備，使用戶可利用載波模糊度解修正每顆衛(wèi)星的有效距離，用于修正星歷和種差、補(bǔ)償對(duì)流層、電離層延遲誤差；3）使用單項(xiàng)或雙向通訊方式來(lái)協(xié)助用戶確定在復(fù)雜環(huán)境下位置的本地輔助設(shè)備；4）提供本地輔助的“偽衛(wèi)星”的本地增強(qiáng)可用性導(dǎo)航設(shè)備。Galileo系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成47第四十七頁(yè)，共62頁(yè)。

4、用戶接收及終端Galileo用戶接收機(jī)及終端，其基本功能是在用戶段實(shí)現(xiàn)Galileo系統(tǒng)所提供的各種衛(wèi)星無(wú)線導(dǎo)航服務(wù)，包括直接接收Galileo的SIS信號(hào)；擁有與區(qū)域和當(dāng)?shù)卦O(shè)施部分提供服務(wù)的接口；與其他定位導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS）及通訊系統(tǒng)互操作等功能。Galileo系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成48第四十八頁(yè)，共62頁(yè)。Galileo系統(tǒng)的信號(hào)

2002年9月，STF（Galileo信號(hào)特別工作組）公布了新的頻率結(jié)構(gòu)和信號(hào)設(shè)計(jì)方案。低L波段：1164-1215MHz上的E5a、E5b信號(hào)，該頻段的信號(hào)包含了與公共免費(fèi)以及生命安全服務(wù)有關(guān)的導(dǎo)航信號(hào)；中L波段：1260-1300MHz上的E6信號(hào)，包含的是公共授權(quán)和商業(yè)加密導(dǎo)航信號(hào)；高L波段：1559-1591MHz的E2-L1-E1的信號(hào)，主要包含公共授權(quán)、有關(guān)生命安全的導(dǎo)航服務(wù)信號(hào)；L6頻段：1544-1544.2MHz是搜尋救援服務(wù)信號(hào)的下行頻段。49第四十九頁(yè)，共62頁(yè)。Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)越性從系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)開始就非常注意系統(tǒng)的完備性、最大限度地保證系統(tǒng)的可用性，并及時(shí)地制定用戶提供系統(tǒng)的完備性信息，使用戶在使用過(guò)程中能夠及時(shí)了解系統(tǒng)的狀態(tài)和性能；Galileo系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全球完好性監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)將向用戶提供及時(shí)的警告，有效地保證了整個(gè)系統(tǒng)的導(dǎo)航性能；Galileo在信號(hào)無(wú)線電頻譜的選取上采取一定的技術(shù)手段，并進(jìn)行了特殊處理，以提高信號(hào)的抗干擾性。50第五十頁(yè)，共62頁(yè)。

Galileo系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率更高、波段更寬、具有更出色的電離層建模技術(shù)；Galileo將提供更加完善的導(dǎo)航定位服務(wù)以及更高的定位精度，可為地面用戶提供誤差不超過(guò)1m的定位服務(wù)，定位精度按免費(fèi)信號(hào)、加密且需交費(fèi)信號(hào)、極密切需特許潤(rùn)可的信號(hào)依次提高，最高精度比GPS高10倍，即使使用免費(fèi)信號(hào)定位精度也達(dá)6m。Galileo的另外一個(gè)特點(diǎn)是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整個(gè)建設(shè)過(guò)程中充分考慮系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的兼容性以及信息的共享性，能夠與各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)同工作。Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)越性51第五十一頁(yè)，共62頁(yè)。北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成:

衛(wèi)星星座：由3顆同步靜止衛(wèi)星組成（其中1顆在軌備用）。軌道傾角i=0°；公轉(zhuǎn)周期T=24h恒星時(shí)；軌道高度H=36000km。地面系統(tǒng)：一個(gè)中心站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)測(cè)控、定位信號(hào)的發(fā)射與接收、用戶坐標(biāo)的解算與發(fā)布、雙向授時(shí)等。52第五十二頁(yè)，共62頁(yè)。雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)：服務(wù)區(qū)域：70°-145°E；5°-55°N用戶設(shè)備：定位收發(fā)機(jī)的瞬間發(fā)射功率較大。定位精度：平面精度±20m；垂直精度±10m北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)53第五十三頁(yè)，共62頁(yè)。衛(wèi)星1☆星下點(diǎn)1星下點(diǎn)2☆

定位圓1定位圓2地面中心站衛(wèi)星2圖5——北斗一號(hào)定位原理北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)54第五十四頁(yè)，共62頁(yè)。北斗雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

地面中心站通過(guò)2顆同步靜止定位衛(wèi)星傳送測(cè)距問(wèn)詢信號(hào)，如果用戶需要定位則馬上回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。地面中心站可根據(jù)用戶的應(yīng)答信號(hào)的時(shí)差計(jì)算出戶星距離，這樣以兩顆定位衛(wèi)星為中心以兩個(gè)戶星距離為半徑可作出兩個(gè)定位球。而兩個(gè)定位球又和地面交出兩個(gè)定位圓，用戶必定位于兩個(gè)定位圓相交的兩個(gè)點(diǎn)上（這兩個(gè)交點(diǎn)一定是以赤道為對(duì)稱軸南北對(duì)稱的）。地面中心站求出用戶坐標(biāo)后，再根據(jù)坐標(biāo)在地面數(shù)字高