GPS与北斗系统原理与对比课件

卫星导航定位系统1a卫星导航定位系统1a一、卫星导航定位系统2a一、卫星导航定位系统2a卫星导航定位系统是一个国家的信息基础设施。卫星导航产业已成为全球发展最快的三大信息产业之一。3a卫星导航定位系统是一个国家的信息基础设施。3a卫星导航定位产业是一个蓬勃发展的高科技信息产业，是继通信、互联网之后的IT产业第三个新增长点。其市场增长率普遍以20%的速度递增。卫星导航产业已经成为21世纪最热门的投资和创业领域之一。4a卫星导航定位产业是一个蓬勃发展的高科技信息产业，是继通信、互美国——GPS俄罗斯——GLONASS中国——COMPASS（北斗）

现在，我国自主研制的“北斗”卫星导航定位系统已经开始正式运转，我国的卫星导航定位事业进入了一个崭新的蓬勃发展的阶段。我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航定位系统的国家。5a美国——GPS5a“北斗一号”系统由是我国自己建设的具有完全自主知识产权的第一代卫星定位和通信系统。它能为用户提供快速定位、简短数字报文通讯和授时三项服务。6a“北斗一号”系统由是我国自己建设的具有完全自主知识产权的第一“北斗一号”系统服务区覆盖我国和周边地区，可以保证我国重点用户在导航定位方面不依赖于美国的GPS或俄罗斯的GLONASS系统。“北斗二号”系统将扩展为全球卫星导航定位系统。这是我国全部自主研发的卫星导航定位系统，是我国卫星导航应用产业的基础。7a“北斗一号”系统服务区覆盖我国和周边地区，可以保证我国重点用美国GPS系统系统设计合理，功能强大；发展时间长，系统稳定；应用广泛，接收机技术成熟。唯一劣势就是系统不包含通信信道必须与其他数传通信系统合作进行，这增加了系统的复杂性，降低了系统的实用性中国的“北斗”卫星导航定位系统自身包含了通信信道，定位与位置报告可以在同一信道中完成。8a美国GPS系统8a二、GPS系统概述9a二、GPS系统概述9aGPS系统GPS(GlobalPositionSystem)，是美国导航星NAVSTAR/GPS系统的简称，又称作全球卫星定位系统，是由美国国防部负责研制、主要满足军事需求，用于地球表面及近地空间用户（载体）的精确定位、测速和作为一种公共时间基准的全天候星基无线电导航定位系统。10aGPS系统GPS(GlobalPositioGPS的发展历史美国国防部（DoD）开始部署研制GPS，GPS项目启动1978第一颗GPS

BlockI卫星发射成功1989开始发射新一代GPSBlockII卫星GPS系统开始正式全负荷运行，星座中布满24颗导航卫星1993系统达到初始工作能力（IOC）11aGPS的发展历史美国国防部（DoD）开始部署研制1GPS的发展历史系统达到军用完全工作能力（FOC）1999欧盟决定构建GALILEO2000年5月1日:美国国防部决定停止全球SA性能降级，增强GPS的民用可用性。

GPS的建设，历经20年，耗资100亿美元

12aGPS的发展历史系统达到军用完全工作能力（FOC）12GPS系统的组成GPS系统由三部分组成：一、广播信号的卫星组成的空间部分；二、控制整个系统运行的控制部分；三、各种类型的GPS接收机组成的用

户部分。13aGPS系统的组成GPS系统由三部分组成：13aGPS系统的组成14aGPS系统的组成14aGPS系统的组成24颗工作卫星3颗备份卫星地表20230Km近圆轨道约12小时的运行周期6个轨道平面:55°倾角每个轨道4颗卫星

空间部分-星座

（SpaceSegment-SatelliteConstellation）15aGPS系统的组成24颗工作卫星空间部分-星座

空间部分-星座13,000km20,230kmZoneofspacejunk35,420km同步轨道GPS卫星轨道16a空间部分-星座13,000km20,230kmZoneGPS系统的组成

控制部分（ControlSegment）17aGPS系统的组成控制部分（ControlSegmenGPS系统的组成

用户部分（UserSegment）18aGPS系统的组成用户部分（UserSegment）1GPS系统的特点

整体特点一、全球覆盖任何地方至少能同时看到6到11颗卫星二、全天候不受气象条件和昼夜变化的影响三、高精度四、多用途19aGPS系统的特点整体特点一、全球覆盖19aGPS系统的特点

技术特点►定位精度（无SA）C/A码（SPS）:

20－40

米P码（PPS）:

10

厘米

测速精度

1－3米/秒

测时精度

0.1微秒►双频接收技术消除电离层折射影响工作在L波段L1:1575.2MHz L2:1227.60MHz►导航战考虑：SA（选择可用性）、Anti-Sproof20aGPS系统的特点技术特点►定位精度（无SA）20aGPS系统的特点

与北斗一号双星定位系统的区别一、无源定位

由用户机自己计算定位结果，无需发射信号二、没有报文通信能力用户机只有接收链路，不能双向互通信息三、耗资巨大，维护费用高庞大的卫星星座和地面控制系统需要连续不停的资金投入。21aGPS系统的特点与北斗一号双星定位系统的区别一、无源定三、北斗一号系统

22a三、北斗一号系统22a导航与定位是与交通、能源、通信等并列的信息基础性产业之一，对国民经济的发展和国防力量的建设具有非常重要的意义。

现在，我国自主研制的“北斗一号”卫星导航定位系统已经开始正式运转，我国的卫星导航定位事业进入了一个崭新的蓬勃发展的阶段。23a导航与定位是与交通、能源、通信等并列的信息基础性产业

“北斗一号”卫星导航定位系统是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、数字报文通信和授时服务的一种新型、全天候、区域性的卫星定位系统。24a“北斗一号”卫星导航定位系统是利用地球同步卫星为用25a25a26a26a27a27a28a28a29a29a定位位置同步卫星1同步卫星2“北斗一号”卫星导航定位系统的“三球交汇”定位原理30a定位位置同步卫星1同步卫星2“北斗一号”卫星导航定位系统的以两颗同步卫星为球心，以卫星到用户接收机天线距离为半径，构成两个球面两球面相交得一圆，该圆垂直于赤道平面在地球不规则球面的基础上增加用户高程，获得一个“加大”的不规则球面；圆与不规则球面相交，得两个点，分别位于南北半球，取北半球点。31a以两颗同步卫星为球心，以卫星到用户接收机天线距离为北斗卫星北斗卫星中心站系统用户机

空间段

地面段用户段E112°52’23.8’’N28°12’58.2’’32a北斗卫星北斗卫星中心站系统用户机空间段地面段用户段E1定位流程中心站通过卫星持续广播出站信号；用户机接收出站信号，向卫星发射入站信号（等效于反射），卫星转发至中心站。入站信息中同时包含用户机高程信息；中心站测得信号往返时间，求出卫星到用户机距离，同时解调出用户高程信息，利用三球交会原理计算用户位置；中心站将用户位置信息加入出站广播电文中，通过卫星发送给用户；用户接收出站信号，解调出定位信息。33a定位流程中心站通过卫星持续广播出站信号；33a34a34a系统技术特点有源主动定位系统，可实现双向数字报文通信。用户按ID号分为三类。系统为通信链路提供了一次一密的加密功能（机密级）。用户机必须进行入网认证，入站必须进行身份验证。采用短突发伪码直接扩频通信体制，抗截获、抗干扰、抗反辐射导弹。

35a系统技术特点有源主动定位系统，可实现双向数字报文通信。35a系统的主要功能（1）定位（导航）：快速确定用户所在点的地理位置，向用户及主管部门提供导航信息。（2）通信：用户与用户、用户与中心控制系统之间均可实行双向简短数字报文通信。（3）授时：中心控制系统定时播发授时信息；为定时用户提供时延修正值。36a系统的主要功能（1）定位（导航）：快速确定用户所在系统的主要指标快速定位（导航）：同时向用户及主管部门提供定位导航信息定位精度：20米/100米（有标校/无标校）简短数字报文通信：用户与用户、用户与指挥中心之间每次最多可以传送120个汉字或1680比特特快通信每次最多13个汉字信息速率：入站8kbps，出站16kbps授时：

单向授时精度100ns

双向授时精度20ns37a系统的主要指标快速定位（导航）：37a系统其它基本指标卫星覆盖区域：东经70度～145度，北纬5度～55度系统容量：

≥54万个用户重叠入站信号分辨率

≥0.7微秒系统出站容量

300个用户/秒38a系统其它基本指标卫星覆盖区域：38a用户机分类按用途可分为：定位通信型、通信型、授时型、OEM专用型和指挥型。按装载方式可分为：手持式、车载式、舰载式和机载式等。按用户使用级别可分为：

军用1级、军用2级和民用。39a用户机分类按用途可分为：39a我国二代卫星导航定位系统概况（1）GEO+MEO或IGSO（2）被动定位（3）保留、加强短消息功能（4）兼容“北斗一号”（5）走跨越式发展之路（6）存在大量技术和管理问题40a我国二代卫星导航定位系统概况（1）GEO+MEO或IGSO4四、车辆管理组网方案41a四、车辆管理组网方案41aGPS+GSM优点：

1.用户端设备便宜且成熟可靠

2.GPS在城市环境中可用性高

3.系统集成方案已很成熟，并且被普遍应用

4.用户容量和服务频度不受限制

5.入网手续简单，只需申请GSM服务ID（即手机号码）42aGPS+GSM优点：42aGPS+GSM缺点：

1.在手机GSM网络覆盖不足的地区，该系统功能失效，指控中心失去目标

2.GSM信道在传输大量数据时性能不佳43aGPS+GSM缺点：43aGPS+GPRS优点：

1.信息传送速度和容量较GSM高很多

2.GPS＋GSM的优点全有缺点：

1.用户设备成本上升，服务费用也上升

2.同样在手机GSM网络覆盖不足的地区，该系统功能失效44aGPS+GPRS优点：44a北斗一号系统优点：

1.定位和通信在同一个信道中完成，系统结构简单

2.全部使用卫星系统（未使用基站系统），系统覆盖面广，无盲区

3.控制中心建设相对简单45a北斗一号系统优点：45a北斗一号系统缺点：

1.用户设备成本较高

2.信号强度较弱，城市环境应用受限

3.用户容量及服务频度受限

4.传送数据量及速率与GSM相当且受限46a北斗一号系统缺点：46a卫星导航定位系统47a卫星导航定位系统1a一、卫星导航定位系统48a一、卫星导航定位系统2a卫星导航定位系统是一个国家的信息基础设施。卫星导航产业已成为全球发展最快的三大信息产业之一。49a卫星导航定位系统是一个国家的信息基础设施。3a卫星导航定位产业是一个蓬勃发展的高科技信息产业，是继通信、互联网之后的IT产业第三个新增长点。其市场增长率普遍以20%的速度递增。卫星导航产业已经成为21世纪最热门的投资和创业领域之一。50a卫星导航定位产业是一个蓬勃发展的高科技信息产业，是继通信、互美国——GPS俄罗斯——GLONASS中国——COMPASS（北斗）

现在，我国自主研制的“北斗”卫星导航定位系统已经开始正式运转，我国的卫星导航定位事业进入了一个崭新的蓬勃发展的阶段。我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航定位系统的国家。51a美国——GPS5a“北斗一号”系统由是我国自己建设的具有完全自主知识产权的第一代卫星定位和通信系统。它能为用户提供快速定位、简短数字报文通讯和授时三项服务。52a“北斗一号”系统由是我国自己建设的具有完全自主知识产权的第一“北斗一号”系统服务区覆盖我国和周边地区，可以保证我国重点用户在导航定位方面不依赖于美国的GPS或俄罗斯的GLONASS系统。“北斗二号”系统将扩展为全球卫星导航定位系统。这是我国全部自主研发的卫星导航定位系统，是我国卫星导航应用产业的基础。53a“北斗一号”系统服务区覆盖我国和周边地区，可以保证我国重点用美国GPS系统系统设计合理，功能强大；发展时间长，系统稳定；应用广泛，接收机技术成熟。唯一劣势就是系统不包含通信信道必须与其他数传通信系统合作进行，这增加了系统的复杂性，降低了系统的实用性中国的“北斗”卫星导航定位系统自身包含了通信信道，定位与位置报告可以在同一信道中完成。54a美国GPS系统8a二、GPS系统概述55a二、GPS系统概述9aGPS系统GPS(GlobalPositionSystem)，是美国导航星NAVSTAR/GPS系统的简称，又称作全球卫星定位系统，是由美国国防部负责研制、主要满足军事需求，用于地球表面及近地空间用户（载体）的精确定位、测速和作为一种公共时间基准的全天候星基无线电导航定位系统。56aGPS系统GPS(GlobalPositioGPS的发展历史美国国防部（DoD）开始部署研制GPS，GPS项目启动1978第一颗GPS

BlockI卫星发射成功1989开始发射新一代GPSBlockII卫星GPS系统开始正式全负荷运行，星座中布满24颗导航卫星1993系统达到初始工作能力（IOC）57aGPS的发展历史美国国防部（DoD）开始部署研制1GPS的发展历史系统达到军用完全工作能力（FOC）1999欧盟决定构建GALILEO2000年5月1日:美国国防部决定停止全球SA性能降级，增强GPS的民用可用性。

GPS的建设，历经20年，耗资100亿美元

58aGPS的发展历史系统达到军用完全工作能力（FOC）12GPS系统的组成GPS系统由三部分组成：一、广播信号的卫星组成的空间部分；二、控制整个系统运行的控制部分；三、各种类型的GPS接收机组成的用

户部分。59aGPS系统的组成GPS系统由三部分组成：13aGPS系统的组成60aGPS系统的组成14aGPS系统的组成24颗工作卫星3颗备份卫星地表20230Km近圆轨道约12小时的运行周期6个轨道平面:55°倾角每个轨道4颗卫星

空间部分-星座

（SpaceSegment-SatelliteConstellation）61aGPS系统的组成24颗工作卫星空间部分-星座

空间部分-星座13,000km20,230kmZoneofspacejunk35,420km同步轨道GPS卫星轨道62a空间部分-星座13,000km20,230kmZoneGPS系统的组成

控制部分（ControlSegment）63aGPS系统的组成控制部分（ControlSegmenGPS系统的组成

用户部分（UserSegment）64aGPS系统的组成用户部分（UserSegment）1GPS系统的特点

整体特点一、全球覆盖任何地方至少能同时看到6到11颗卫星二、全天候不受气象条件和昼夜变化的影响三、高精度四、多用途65aGPS系统的特点整体特点一、全球覆盖19aGPS系统的特点

技术特点►定位精度（无SA）C/A码（SPS）:

20－40

米P码（PPS）:

10

厘米

测速精度

1－3米/秒

测时精度

0.1微秒►双频接收技术消除电离层折射影响工作在L波段L1:1575.2MHz L2:1227.60MHz►导航战考虑：SA（选择可用性）、Anti-Sproof66aGPS系统的特点技术特点►定位精度（无SA）20aGPS系统的特点

与北斗一号双星定位系统的区别一、无源定位

由用户机自己计算定位结果，无需发射信号二、没有报文通信能力用户机只有接收链路，不能双向互通信息三、耗资巨大，维护费用高庞大的卫星星座和地面控制系统需要连续不停的资金投入。67aGPS系统的特点与北斗一号双星定位系统的区别一、无源定三、北斗一号系统

68a三、北斗一号系统22a导航与定位是与交通、能源、通信等并列的信息基础性产业之一，对国民经济的发展和国防力量的建设具有非常重要的意义。

现在，我国自主研制的“北斗一号”卫星导航定位系统已经开始正式运转，我国的卫星导航定位事业进入了一个崭新的蓬勃发展的阶段。69a导航与定位是与交通、能源、通信等并列的信息基础性产业

“北斗一号”卫星导航定位系统是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、数字报文通信和授时服务的一种新型、全天候、区域性的卫星定位系统。70a“北斗一号”卫星导航定位系统是利用地球同步卫星为用71a25a72a26a73a27a74a28a75a29a定位位置同步卫星1同步卫星2“北斗一号”卫星导航定位系统的“三球交汇”定位原理76a定位位置同步卫星1同步卫星2“北斗一号”卫星导航定位系统的以两颗同步卫星为球心，以卫星到用户接收机天线距离为半径，构成两个球面两球面相交得一圆，该圆垂直于赤道平面在地球不规则球面的基础上增加用户高程，获得一个“加大”的不规则球面；圆与不规则球面相交，得两个点，分别位于南北半球，取北半球点。77a以两颗同步卫星为球心，以卫星到用户接收机天线距离为北斗卫星北斗卫星中心站系统用户机

空间段

地面段用户段E112°52’23.8’’N28°12’58.2’’78a北斗卫星北斗卫星中心站系统用户机空间段地面段用户段E1定位流程中心站通过卫星持续广播出站信号；用户机接收出站信号，向卫星发射入站信号（等效于反射），卫星转发至中心站。入站信息中同时包含用户机高程信息；中心站测得信号往返时间，求出卫星到用户机距离，同时解调出用户高程信息，利用三球交会原理计算用户位置；中心站将用户位置信息加入出站广播电文中，通过卫星发送给用户；用户接收出站信号，解调出定位信息。79a定位流程中心站通过卫星持续广播出站信号；33a80a34a系统技术特点有源主动定位系统，可实现双向数字报文通信。用户按ID号分为三类。系统为通信链路提供了一次一密的加密功能（机密级）。用户机必须进行入网认证，入站必须进行身份验证。采用短突发伪码直接扩频通信体制，抗截获、抗干扰、抗反辐射导弹。

81a系统技术特点有源主动定位系统，可实现双向数字报文通信。35a系统的主要功能（1）定位（导航）：快速确定用户所在点的地理位置，向用户及主管部门提供导航信息。（2）通信：用户与用户、用户与中心控制系统之间均可实行双向简短数字报文通信。（3）授时：中心控制系统定时播发授时信息；为定时用户提供时延修正值。82a系统的主要功能（1）定位（导航）：快速确定用户所在系统的主要指标快速定位（导航）：同时向用户及主管部门提供定位导航信息定位精度：20米/100米（有标校/无标校）简短数字报文通信：用户与用户、用户与指挥中心之间每次最多可以传送120个汉字或1680比特特快通信每次最多13个汉字信息速率：入站8kbps，出站16kbps授时：

单向授时精度100ns

双向授时精度20ns83a系统的主要