全球定位系统调研报告

1、全全球球卫卫星星定定位位系系统统全球卫星定位系统的现状北斗GPSGLONASS伽利略全球卫星定位系统用途GPS导航的舰载飞弹 配备GPS的士兵 美国海军核潜艇 GPS在军事中的应用全球卫星定位系统用途GPS在交通运输业中的应用航运、航空搜索陆路交通（车辆导航、监控）船舶远洋导航和进港引水全球定位系统的其他应用精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中GPS的增强系统工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备进行工程测量勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到导航飞机导航：航线导航、进场着陆控制星际导航：卫星轨道定位个人导航：个人旅游及野外探险定位车辆防盗系统，手机，PDA，PP

2、C等通信移动设备防盗，电子地图，定位系统儿童及特殊人群的防走失系统农业勘测全球卫星定位系统的提出1957年苏联发射了第一颗人造卫星美国研究人员提出： 观测站位置-卫星位置 卫星位置 -观测站位置？1964年美国海军研制“子午仪”导航卫星，属于低轨道卫星，此为全球定位系统的前身。 主要用于：北极星核导弹提供精确的定位 核潜艇和水面舰艇的导航子午卫星系统及其局限性系统简介NNSS Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统）采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统美国研制、建立1

3、964年1月建成1967年7月解密供民用子午卫星系统及其局限性系统缺陷卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务导航定位精度低卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响卫星轨道低，难以进行精密定轨TRANSIT系统系统 卫星：卫星：6颗颗 极地轨道极地轨道 轨道高度：轨道高度：1075km 信号频率：信号频率：400MHz、150MHz 绝对定位精度：绝对定位精度：1m 相对定位精度：相对定位精度：0.1m0.5m 定位原理：多普勒定位定位原理：多普勒定位 存在问题：卫星少，无法实现实时存在问题：卫星少，无法实现实时定位；轨道低，难以精密定轨；频定位；轨道低，难以精密定轨；频率

4、低，难以消除电离层影响率低，难以消除电离层影响。GPS系统发展简史阶段阶段时间时间事件事件方案论证阶段1973.12美国国防部批准研制GPS1978.2第1颗GPS试验卫星发射成功19731979共发射了4颗试验卫星，研制了地面接收机及建立地面跟踪网全面研制和试验19791987陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机实用组网阶段1989.2第1颗GPS工作卫星发射成功1991在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战1993实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成1995.7GPS达到FOC 完全运行能力（Full Operational Capability）GPS系统概况GPS卫星

5、星座卫星星座设计星座：设计星座：21+321颗正式的工作卫星颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星颗活动的备用卫星保证在每天保证在每天24小时的任何时刻，在小时的任何时刻，在高度角高度角15 以上，能够同时观测以上，能够同时观测到到4颗以上卫星颗以上卫星当前星座：当前星座：28颗颗采用采用P码和码和C/A码两种码型进行通讯码两种码型进行通讯nGPS卫星作用：卫星作用：p接收、存储导航电文接收、存储导航电文n生成用于导航定位的信号（测距码、载波）生成用于导航定位的信号（测距码、载波）n发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航

6、电文）的测距码和导航电文）n接受地面指令，进行相应操作接受地面指令，进行相应操作n其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。GPS系统概况 GPS卫星类型卫星类型n试验试验卫星：卫星：Block n工作卫星：工作卫星：Block nBlock ：存储星历能力为：存储星历能力为14天，具有天，具有SA和和AS能能力力nBlock A （Advanced）：卫星间可相互通讯，存）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为储星历能力为180天，天，SV35和和SV36带有激光反射棱带有激光反射棱镜镜nBlock R （Replacement/Replenishment）：卫星）：卫

7、星间可相互跟踪相互通讯间可相互跟踪相互通讯nBlock F（Follow On）：新一代的）：新一代的GPS卫星卫星,增设增设第三民用频率第三民用频率GPS系统构成 空间部分：产生两种电码，C/A码，P码 控制部分l 1个主控站：各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3 个地面控制站l 5个全球监测站：取得的卫星观测数据l 3个地面控制站：将导航数据及主控站指令注入到卫星 用户部分捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行GPS系统构成GPS系统定位原理1. 测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离2. 然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位

8、置3. 根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出卫星位置4. 用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到。北斗导航系统由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。2012年，“北斗”系统将覆盖亚太地区2020年左右，将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗导航的优劣支持三频信号：消除高阶电离层延迟，提高定位可靠性，增强数据预处理能力，大大提高模糊度的固定效率，定位的可靠性和抗干扰能力有源定位及无源定位综合使用短报文通信服务。原子钟的精度较差缺少覆盖全球的监测站点通信技术水平还有待提高北斗的短报文通讯何为短报文通讯？用户机遇用户机，用户机与地面中心站提供每次最多

9、1680比特的短报文通讯服务采用1户1密的加密方式，均需经过地面中心站转发与定位功能类似，短报文通讯的传输延迟0.5秒，通讯的最高频度也是1秒1次GLONASS导航系统由24颗工作星和3颗备份星组成24颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度轨道高度1.91万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8度四大系统的比较卫星系统卫星系统建成之后建成之后卫星数量卫星数量轨道高度轨道高度/(km)位置精度位置精度/(km)授时精度授时精度/(ns)速度精度速度精度/(m/s)系统定位系统定位方式方式服务区域服务区域GP

10、S24+202006km20ns0.1单项式，独立式，终端自己解码与定位全球全侯伽利略30+241261km20ns0.1GLONASS24+1910012km25ns0.1北斗30+2150010km50ns0.2双向通信中国附近亚洲区域，全天候注：以上全为民用数据全球定位系统接收系统组成组成用户用户接收设备接收设备接收设备接收设备GPS信号接收机信号接收机其它仪器设备其它仪器设备全球定位系统接收机信号通道微处理器输入输出存储器电源GPS信号接收机信号接收机组成组成n天线单元天线单元n带前置放大器带前置放大器n接收天线接收天线n接收单元接收单元n信号通道信号通道n存储器存储器n微处理器微处理

11、器n输入输出设备输入输出设备n电源电源全球定位系统接收机接收单元接收单元接收（信号）通道接收（信号）通道n定义：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元定义：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成。器件、数字电路等硬件和专用软件所组成。n类型：根据信号跟踪方式：序惯通道、多路复用通道和多通道；根据类型：根据信号跟踪方式：序惯通道、多路复用通道和多通道；根据工作原理：码相关通道、平方通道等工作原理：码相关通道、平方通道等存储器存储器微处理器微处理器n作用：数据处理、控制作用：数据处理、控制输入输出设备输入输出设备电源电源前置放大器

12、信号通道天线观测值定位系统误差GPS测量通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：与卫星有关的误差。与信号传播有关的误差。与接收设备有关的误差。为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。定位误差来源误差来源误差来源P码码C/A码码卫星卫星星历与模型误差星历与模型误差钟差与稳定度钟差与稳定度卫星摄动卫星摄动相位不确定性相位不确定性其它其它合计合计4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信号传播信号传播电离层折射电离层折射对流层折射对流层折射多路径效应多路径效应其它其它合计合计2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收机接收机接收机噪声接收机噪声其它其它合计合计1.00.51.17.50.57.5总计总计6.410.8-13.6卫星定位市场占有率全球定位系统前景1. 卫星导航的多系统并存未来几年内，卫星导航系统将进入一个新的阶段。首先，用户将面临四大系统(GPS/GLONASS/Galileo