北斗卫星导航发展及其应用

1、北斗卫星导航发展及其应用导航导航卫星导航卫星导航北斗卫星导航北斗卫星导航北斗发展及其应用北斗发展及其应用一、导航o什么是导航o导航的故事o导航的发展o什么是导航 -测量静态点或运动载体在空间坐标系的三维位置。-导航（Navigation）技术是实时地测量运动载体在途行进时的运动状态的技术，以便为运动载体运动规划（导弹制导、卫星控制、飞机引导）提供依据。运动载体某时刻的状态包括载体在空间坐标系的三维位置和三维姿态，因此导航包括定位与定姿。(x,y,z)( , , )( , )( , , )( , )x y zx y z o导航的故事明朝初期，郑和七下西洋在航行中采用“往返牵星为记”来导航，完成了

2、“郑和航海图”。公元前200多年，亚历山大图书馆馆长、“地理学之父”埃拉托斯特尼提出地圆学说与经纬网的概念。1999年，美国对南联盟空中军事打击，使用了大量精确制导武器。2003年，伊拉克战争中充分利用卫星导航优势。o导航的发展二、卫星导航o卫星导航的由来o卫星导航定位的原理o目前的卫星导航系统o卫星导航由来1957年10月4日 第一颗人造卫星多普勒效应 无线电波的频率随空间卫星的移动产 生变化。1957年10月4日 第一颗人造卫星（人造卫星定位）1958年12月，美国海军武器实验室委托霍普金斯大学应用物理研究室研制美国海军导弹潜艇用的卫星系统海军导航卫星系统（Navy Navigation

3、Salellite System） NNSS 6个低轨卫星 400MHz 150MHz 平均地面高度 1100km 运行一周 107 分钟 90倾角 定位精度 0.20.5n mile轨道经过地球南北极与地球子午线相一致，因此又称子午仪（Transit）系统。o卫星导航定位的原理 四个卫星四个卫星 定一个目标定一个目标 卫星导航,是接收导航卫星发送的导航定位信号,并以导航卫星作为动态已知点,实时地测定运动载体的在航位置和速度,进而完成导航。其基本作用是向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息。卫星导航系统是以人造地球卫星为导航台站的天基无线电导航系统,可发送高精度、全天时、

4、全天候的导航、定位和授时信息,是当今国民经济和国防建设不可或缺的重要空间基础设施。o卫星导航定位的原理 参照三球交汇定位的原理，根据3颗卫星到用户终端的距离信息，根据三维的距离公式，就依靠列出3个方程得到用户终端的位置信息，即理论上使用3颗卫星就可达成无源定位，但由于卫星时钟和用户终端使用的时钟间一般会有误差，而电磁波以光速传播，微小的时间误差将会使得距离信息出现巨大失真，实际上应当认为时钟差距不是0而是一个未知数t，如此方程中就有4个未知数，即客户端的三位坐标（X，Y，Z），以及时钟差距t，故需要4颗卫星来列出4个关于距离的方程式，最后才能求得答案，即用户端所在的三维位置，根据此三维位置可以

5、进一步换算为经纬高和海拔高度。222()()()iiiixxyyzzc o目前的卫星导航系统美国GPS (24+) 1994年GPS正式建成，是目前应用最广泛、技术最成熟的导航定位系统。俄罗斯GLONASS (30) 该系统由前苏联在1976年启动，截止到1996年1月18日 共有24颗运行，由于多种原因该系统陷入年久失修阶段。欧盟Galileo (27+3)由欧洲航天局（ESA）发起，是欧盟正在建设的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称。中国北斗/Compass (27+3IGSO+5GEO)是中国正在实施的自主发展、独立运行的卫星导航系统。三、北斗卫星导航o为什么要建北斗o中国的北斗计划o

6、北斗的特点o为什么要建北斗 一谈到卫星导航，作为普通人的你我，往往会发出这样的疑问：GPS导航不是挺好用的吗，为何还建北斗导航系统？ “不，一定要有自主的卫星导航系统。靠别人永远不如靠自己！”这是血与火的启示，也是各大国不约而同的共识。 维护国家信息安全的需要维护国家信息安全的需要 应对重大自然灾害的保障应对重大自然灾害的保障 经济效益显著经济效益显著o中国的北斗计划 按照三步走的总体规划分步实施：第一步，1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2000年形成区域有源服务能力；第二步，2004年启动北斗卫星导航系统建设，2012年形成区域无源服务能力；第三步，2020年北斗卫星导航系统形成全球

7、无源服务能力。o中国的北斗计划 发展路线图o北斗的特点n 最大的特点就是把导航和通信紧密结合起来，具有短报文功能，使用户之间能够相互交流。n 分步开通，与其他导航系统具有很好的兼容互操作性。n 首次集纳多种轨道设计于一身，这样的混合轨道能够提供更多可见卫星，支持更长的连续观测时间和更高精度。 n 使用三频信号来更好的消除高阶电离层影响，提高定位 精度，增强可靠性和抗干扰能力。四、北斗发展及其应用o北斗的发展历程o北斗的应用o北斗的发展历程 20世纪70年代末，我国开始积极探索适合我国国情的卫星导航系统的技术途径和方案。1983年，航天专家陈芳允院士首次提出在中国利用两颗地球静止轨道通信卫星实现

8、区域快速导航定位的设想。o北斗的发展历程 1994年，我国启动北斗卫星导航试验系统建设。2000年10月和12月，在西昌发射两颗卫星，2003年发射第三颗卫星，建成区域有源卫星导航系统，标志着我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。o北斗的发展历程 其实在北斗试验系统建设的同时，我国已开始新一代北斗导航系统的研制。2004年，北斗卫星导航区域系统工程正式立项。2007年，我国北斗卫星区域导航系统第一颗中圆轨道卫星发射成功，拉开了北斗区域导航系统建设的序幕。 2003年09月，中国打算加入欧盟的伽利略定位系统计划，并在接下来的几年中投入了2.3亿欧元的资金。中国与欧盟在2004年10月0

9、9日正式签署伽利略计划技术合作协议。因为某些原因，双方终止合作。中国推出北斗二代与伽利略定位系统在亚洲市场竞争。o北斗的发展历程 从2004年到2012年，短短8年时间，我国完成了16星密集发射、快速组网提供服务的壮举。中国以让人难以置信的速度，全面完成区域导航系统建设，形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。 截止到2016年3月30号，中国成功发射第22颗北斗导航卫星。o北斗的应用当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。 个人个人位置服务位置服务o北斗的应用北斗导航卫星气象应用的开展，可以促进我国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预

10、测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升我国气象防灾减灾的能力。除此之外，北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响。 气象应用气象应用o北斗的应用卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如，在铁路运输领域，通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶间隔时间，降低运输成本，有效提高运输效率。未来，北斗卫星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务，促进铁路交通的现代化，实现传统调度向智能交通管理的转型。 铁路智能交通铁路智能交通o北斗的应用卫星卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的

11、位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。 道路交通管理道路交通管理o北斗的应用 海运和水运海运和水运海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一，也是卫星导航最早应用的领域之一。目前在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备，使海上和水路运输更为高效和安全。北斗卫星导航系统将在任何天气条件下，为水上航行船舶提供导航定位和安全保障。o北斗的应用当飞机在机场跑道着陆时，最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离。利用卫星导航精确定位与测速的优势，可实时确定飞机的瞬时位置，有效减小飞机之间的安全距离，甚至在大雾天气情况下，可以实现自动盲降，极大提高飞行安全和机场运营效率。 航空运输航空运输o北斗的应用在发生地震、洪灾等重大灾害时，救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。北斗卫星导航系统除导航定位外，还具备短报文通信功能，通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间，提高抢险救灾时效，大大减少人民生命财产损失。 应急救援应急救援o北