GPS原理及其应用-美国GPS策略和北斗导航系统课件

1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组GPS原理及其应用原理及其应用 ( (二二) )GPS原理及其应用原理及其应用第一章第一章绪绪 论论1.3 美国政府的美国政府的GPS政策政策1.4 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统GPS原理及其应用原理及其应用1.3 美国政府的美国政府的GPS政策政策GPS原理及其应用原理及其应用美国政府的美国政府的GPS政策政策 SPS与与PPS SPS 标准定位服务标准定位服务 使用使用C/A码，民用码，民用 2DRMS水平水平=100 m 2DRMS垂直垂直=150-170 m 2DRMS时间时间=340 n

2、s PPS 精密定位服务精密定位服务 可使用可使用P码，军用码，军用 2DRMS水平水平=22 m 2DRMS垂直垂直=27.7 m 2DRMS时间时间=200 ns绪论绪论 美国政府的美国政府的GPS政策政策GPS原理及其应用原理及其应用美国政府的美国政府的GPS政策政策 SA技术（技术（1990.3.252000.5.1） Selective Availability 选择可用性选择可用性 人为降低普通用户的测量精度。方法人为降低普通用户的测量精度。方法: 技术：降低星历精度（加入随机变化）技术：降低星历精度（加入随机变化） 技术：卫星钟加高频抖动技术：卫星钟加高频抖动（短周期，快变化）（

3、短周期，快变化） AS技术（技术（1994.1.31至今）至今） Anti-Spoofing 反电子欺骗反电子欺骗 P码加密，码加密，P+WY绪论绪论 美国政府的美国政府的GPS政策政策GPS原理及其应用原理及其应用GPS现代化现代化 1999年年1月月25日，美国副总统戈尔宣布，将日，美国副总统戈尔宣布，将斥资斥资40亿美元，进行亿美元，进行GPS现代化。现代化。 GPS现代化实质是要加强现代化实质是要加强GPS对美军现代化对美军现代化战争中的支撑和保持全球民用导航领域中的战争中的支撑和保持全球民用导航领域中的领导地位。领导地位。绪论绪论 美国政府的美国政府的GPS政策政策GPS原理及其应用

4、原理及其应用GPS现代化现代化 GPS现代化的内涵：现代化的内涵： 保护。即保护。即GPS现代化是为了更好地保护美方和现代化是为了更好地保护美方和友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密性能，加强抗干扰能力；性能，加强抗干扰能力； 阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加SA，AS等；等； 保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确更安全的使用。有更精确更安全的使用。绪论绪论 美国政府的美国政府的GPS政策政策GPS原理及其应用原理及其应用GPS现代化现代化 GPS现代

5、化第一阶段现代化第一阶段 发射发射12颗改进型的颗改进型的BLOCK R型卫星。型卫星。 GPS现代化第二阶段现代化第二阶段 发射发射6颗颗GPS BLOCK F （“FLite”）。）。 GPS现代化计划的第三阶段现代化计划的第三阶段 发射发射GPS BLOCK 型卫星，在型卫星，在2003年前完成年前完成代号为代号为GPS 的的 GPS完全现代化计划设计工作。完全现代化计划设计工作。绪论绪论 美国政府的美国政府的GPS政策政策GPS原理及其应用原理及其应用1.4其他卫星导航定位系统的概况其他卫星导航定位系统的概况GPS原理及其应用原理及其应用其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统GLON

6、ASS GLONASS Global Navigation Satellite System（全球导航卫星系统）（全球导航卫星系统） 开发者开发者 俄罗斯（前苏联）俄罗斯（前苏联） 系统构成系统构成 卫星星座卫星星座 地面控制部分地面控制部分 用户设备用户设备绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 GLONASSGPS原理及其应用原理及其应用GLONASS constellationGLONASS satelliteP24P24绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 GLONASS其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统GLONASSGPS原理及其应用原理及其应用 GL

7、ONASS与与GPS的比较的比较参 数GLONASSNAVSTAR GPS系统中的卫星数213213轨道平面数36轨道倾角64.8 55轨道高度19100km20180km轨道周期（恒星时）11h15min12h卫星信号的区分FDMACDMAL1频率16021615MHz频道间隔0.5625MHz1575MHzL2频率12461256MHz频道间隔0.4375MHz1228MHz绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 GLONASSGPS原理及其应用原理及其应用其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统GLONASS 卫星运行状况卫星运行状况 从从1982年年10月月12日发射第一颗

8、日发射第一颗GLONASS卫星起，卫星起，至至1995年年12月月14日共发射了日共发射了73颗卫星。颗卫星。 由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统不能维持正常工作。不能维持正常工作。 到目前为止（到目前为止（2006年年3月月20日）日）,GLONASS系统系统共有共有17颗卫星在轨。其中有颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工作颗卫星处于工作状态，状态，2颗备用，颗备用，4颗已过期而停止使用。俄罗颗已过期而停止使用。俄罗斯计划到斯计划到2007年使年使GLONASS系统的

9、工作卫星数系统的工作卫星数量至少达到量至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。颗，开始发挥导航定位功能。绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 GLONASSGPS原理及其应用原理及其应用其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统Galileo 伽俐略（伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统）卫星导航定位系统 2002年年3月月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫日欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统星导航定位系统 Galileo系统。系统。 Galileo卫星星座将由卫星星座将由27颗工作卫星和颗工作卫星和3颗备用卫颗备用卫星组成，这星组成，这30颗卫星将均匀分布在颗卫星将均匀

10、分布在3个轨道平面个轨道平面上，卫星高度为上，卫星高度为23616km，轨道倾角为，轨道倾角为56。 Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，系统是一种多功能的卫星导航定位系统，具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，后两种服务则需经过批准后才能使用。后两种服务则需经过批准后才能使用。绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 GalileoGPS原理及其应用原理及其应用the Galileo satellite constellation altitude

11、 23616 kmSMA 29993.707 kminclination 56 degrees period 14 hours 4 min ground track repeat about 10 daysG G G GA A L LI IL LE E O OA A L LI IL LE E O OD D A A T TA AD D A A T TA A27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)Walker 27/3/1ConstellationP26P26其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统Galileo绪论绪论 其它卫星导航

12、定位系统其它卫星导航定位系统 GalileoGPS原理及其应用原理及其应用其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统Galileo 2005年年12月月28日第一颗日第一颗Galileo试验卫星（试验卫星（Galileo In-Orbit Validation Elements-GlOVE-A）成功进入）成功进入高度为高度为2.3万万Km的预定轨道。的预定轨道。2006年年1月月12日，日，GlOVE-A已开始向地面发送信号。已开始向地面发送信号。 这标志着总投资为这标志着总投资为34亿欧元（约合亿欧元（约合41亿美元）的计亿美元）的计划已进入实施阶段。到划已进入实施阶段。到2010年欧洲将发射

13、年欧洲将发射30颗服役颗服役期约为期约为20年的正式卫星，完成伽利略卫星星座的部年的正式卫星，完成伽利略卫星星座的部署工作。署工作。 伽利略系统建成后，美欧两大相互兼容的导航定位伽利略系统建成后，美欧两大相互兼容的导航定位系统将大大有助于提供导航定位的精度和可靠性。系统将大大有助于提供导航定位的精度和可靠性。P28P28绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 GalileoGPS原理及其应用原理及其应用GIOVE A GIOVE B the GIOVE SatelliteP29P29其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统Galileo GIOVE的主要目标的主要目标: 频率信号测

14、试；频率信号测试； 验证一些关键技术（比如铷原子钟、氢原子钟）；验证一些关键技术（比如铷原子钟、氢原子钟）； 轨道环境特征测试；轨道环境特征测试； 并行并行2或或3通道信号传输测试。通道信号传输测试。绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 GalileoGPS原理及其应用原理及其应用其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 我国自行研制的两颗北斗我国自行研制的两颗北斗导航试验卫星分别于导航试验卫星分别于2000年年10月月31日和日和12月月20日从日从西昌卫星发射中心升空并西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步准确进入预定的地球同步轨道（东经

15、轨道（东经80和和140的赤的赤道上空），此外另一颗备道上空），此外另一颗备用卫星也被送入预定轨道用卫星也被送入预定轨道（东经（东经110.5的赤道上空），的赤道上空），标志着我国拥有了自己的标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航系统第一代卫星导航系统BD1。绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 GPS原理及其应用原理及其应用北斗1代卫星导航系统组成图P32P32其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 “北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统”系统是由空间卫星、地系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用面控制中心站和北斗

16、用户终端三部分构成。户终端三部分构成。 空间部分包括两颗地球空间部分包括两颗地球同步轨道卫星（同步轨道卫星（GEO）组成。卫星上带有信号组成。卫星上带有信号转发装置，完成地面控转发装置，完成地面控制中心站和用户终端之制中心站和用户终端之间的双向无线电信号的间的双向无线电信号的中继任务。中继任务。绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 GPS原理及其应用原理及其应用其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统用户终端分为定位通信终端集团用户管理站终端差分终端校时终端等绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 北斗

17、卫星导航系统北斗卫星导航系统 GPS原理及其应用原理及其应用其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 与与GPS系统不同，所有用户终端位置的计算都是在系统不同，所有用户终端位置的计算都是在地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗终端用户机的位置及时间信息。同时，全部北斗终端用户机的位置及时间信息。同时，地面控制中心站还负责整个系统的监控管理。地面控制中心站还负责整个系统的监控管理。 与与GPS、GLONASS、Galileo等国外的卫星导航系等国外的卫星导航系统相比，统相比，BD1有自己的优点。如投资少，组建快；有自己的优点。如投资少，组建快；具有通信功能；捕获信号快等。但也存在着明显具有通信功能；捕获信号快等。但也存在着明显的不足和差距，如用户隐蔽性差；无测高和测速的不足和差距，如用户隐蔽性差；无测高和测速功能；用户数量受限制；用户的设备体积大、重功能；用户数量受限制；用户的设备体积大、重量重、能耗大等。量重、能耗大等。绪论绪论 其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统 北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 GPS原理及其应用原理及其应用其它卫星导航定位系统其它卫星导航定位系统北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 BD2 为了使我国的卫星导航定位系统的性能有实质为了使我