测量学第八章全球定位系统的定位技术

第8章

全球定位系统的定位技术

全球导航卫星系统GNSS8.1概述1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星发射成功1958年底，美国开始建立为美国军用舰艇导航服务的“海军导航卫星系统”(NavyNavigationSatelliteSystem，简称NNSS)。NNSS于1964年建成并在美国军方使用。NNSS共有6颗工作卫星，距离地球表面的平均高度约为1070km,因运行轨道面均通过地球南北极构成的子午面，又称为“子午卫星导航系统”.使用的卫星接收机称多普勒接收机与传统导航、定位方法比较，使用NNSS导航和定位具有不受气象条件的影响、自动化程度较高和定位精度高的优点NNSS缺点：工作卫星少、高度较低，多普勒接收机的观测时间较长，不能提供连续实时定位和导航服务；大地测量静态定位，一个测站平均观测时间1~2天，不能达到cm级的定位精度

为满足军事和民用部门对连续实时定位和导航的迫切要求1973年12月，美国国防部开始组织陆海空三军联合研制新一代军用卫星导航系统，英文全称为“NavigationbySatelliteTimingAndRanging/GlobalPositioningSystem(NAVSTAR/GPS)”中文意思是“用卫星定时和测距进行导航/全球定位系统”，简称GPS从1989年2月14日第一颗工作卫星发射成功，1994年3月28日共发射了24颗.目前的卫星数已经超过32颗它们均匀分布在6个相对于赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，每个轨道上有4颗卫星运行，它们距地球表面的平均高度约为20200km，可保证在地球上任何地点、任何时刻、在高度15°以上的天空同时能观测到4颗以上卫星俄罗斯格洛纳斯系统，1976年开始推进，目前在轨道上只有6颗卫星可用，不能独立组网，定位精度30米至100米，测速精度0.15米/秒。俄罗斯则计划在2010年全面恢复LONASS系统俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)共有31颗卫星在轨，其中24颗卫星正在运行，3颗卫星即将投入运行，2颗卫星处于维护中，1颗卫星正在试验，1颗卫星备用。至此，俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统研发正式完成。格洛纳斯卫星导航系统是俄罗斯于上世纪90年代基于国防目的研制开发的，这套系统用24颗卫星即可实现全球覆盖。俄军总参谋部2011年10月末承诺，到2015年格洛纳斯卫星导航系统将赶上美国GPS系统的定位精度。3、欧洲的伽利略卫星导航系统根据欧盟的设想，伽利略计划分4个阶段逐步实施。第一阶段是系统可行性评估或定义阶段(2000年前结束)；第二阶段为开发和检测阶段(2001年至2005年)；第三阶段是部署阶段(2006年至2007年)；第四阶段为商业运行阶段(2008年以后)。打造“伽利略系统”将耗资约27亿美元，将30枚人造卫星送上距离地球表面23000公里的太空轨道。欧盟的一些专家称，“伽利略系统”可与美国的GPS和俄罗斯的“全球导航卫星系统”兼容，“伽利略系统”确定物体的误差范围将在1米之内，此外，“伽利略系统”的运作将十分安全、稳定，非常适合安全要求极高的使用者，如引导飞机安全起降或火车行驶等。“伽利略”计划的总投资预计为36亿欧元，由分布在3个轨道上的30颗卫星组成。该系统与GPS类似，可以向全球任何地点提供精确定位信号。由于“伽利略”系统主要针对民用市场，因此在设计之初，设计人员就把为民用领域的客户提供高精度的定位放在了首要位置。与美国的GPS相比，“伽利略”系统可以为民用客户提供更为精确的定位，其定位精度可以达到1米，而GPS只能达到10米。

伽利略系统是欧洲设计建设的新一代民用全球卫星导航系统，由30颗卫星组成，其中27颗为工作卫星，3颗为备用卫星。2011年10月21号，欧洲阿丽亚娜公司用一枚俄罗斯运载火箭为伽利略系统发射了首批两颗卫星。伽利略系统对欧盟具有关键意义，欧盟将从此拥有自己的全球卫星导航系统，有助于打破美国GPS导航系统的垄断地位，从而在全球高科技竞争浪潮中获取有利位置，并为将来建设欧洲独立防务创造条件。

能在全球范围内，向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。

对于测绘界的用户而言，GPS已在测绘领域引起了革命性的变化，目前，范围上数公里至几千公里的控制网或形变监测网，都将GPS作为首选手段。的组成GPS由工作卫星、地面监控系统和用户设备三部分组成。1、地面监控系统地面监控系统包括1个主控站、3个注入站和5个监测站主控站位于美国本土科罗拉多•斯平士的联合空间执行中心3个注入站分别位于大西洋的阿森松群岛、印度洋的狄哥伽西亚和太平洋的卡瓦加兰3个美军基地5个监测站除了位于1个主控站和3个注入站以外，还在夏威夷设立了1个监测站(1)监测站完成对GPS卫星信号的连续观测，搜集当地的气象数据，观测数据经计算机处理后传送到主控站(2)主控站协调和管理所有地面监控系统的工作和下列工作：1)根据本站和其它监测站的观测数据，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数，并将这些数据传送到注入站2)提供时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟均应与主控站的原子钟同步，或测量出其间的钟差，并将这些钟差信息编入导航电文，送到注入站3)调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行4)

启用备用卫星以代替失效的工作卫星(3)注入站在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统中，并监测注入信息的正确性8.2.1、空间星座部分1、GPS卫星星座

GPS系统的空间部分由21+3颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，地面高度为20200余公里，轨道倾角为55度，扁心率约为0，周期约为12小时。

卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575.442兆赫兹（L1波段）和1227.6兆赫兹（L2波段）。2、GPS卫星及其功能

卫星重774kg,每颗卫星配有4个原子钟，定时精度为10-12~10-13秒接收并储存由地面监控站发来的导航信息；接收并执行主控站发出的控制命令；向用户连续发送导航信息。3、GPS信号的组成基准信号：F=10.23MHz载波L1:f1=1575.42MHz载波L2:f2=1227.60MHzC/A码τG=1.023MHzP码τP=10.23MHzD码τD=50Hz50比特/秒卫星轨道信息§8.2.2用户设备用户设备包括GPS接收机和相应的数据处理软件GPS接收机包括接收天线、主机和电源GPS接收机的任务是捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号，对接收到的信号进行处理，测量出测距信号从卫星传播到接收机天线的时间间隔，译出卫星广播的导航电文，实时计算接收机天线的三维坐标、速度和时间。系统控制部分：1个主控站5个监控站空间部分：NAVSTAR(NAVigationSatelliteTimeandRanging)24颗卫星20200Km轨道高度用户设备部分：接收卫星信号GPS系统组成我们处在以Ri为半径的一个球面上,3个球面相交于一个点,3个距离观测值可以解算出一个点的纬度、精度与高程.R1R2R38.3GPS卫星定位的基本原理GPS原理：单点定位XllVlXllllllllVVVllVlllXlX距离=信号传输时间×光的速度8.3.1伪距测量原理S=⊿t·c伪距(码观测值)每一颗卫星大约以1毫秒为周期重复播发它自己所特有的一组信号DT接收到来自卫星的码信号接收机产生的码信号ρ=DT·ctj：接收机收到信号的时间，tw：卫星信发出信号的时间。ρ==⊿t·c=(tj-tw)·c~ρ

：接收机至卫星的距离观测值，由于包含有多种误差，故称为伪距观测值。~接收机将接收到的信号与它本身产生的信号相比较根据信号到达的时间差(DT)，我们就可以确定距离的观测值tj+Vj=Tjtw+Vw=Twρ=(Tj-Tw)·c+(Vw-Vj)·c+δρl+δρT

=ρ+c·Vw-c·Vj+δρl+δρT

~Vj

：接收机时钟误差，Vw

：卫星时钟误差。卫星信号在传播过程中，会产生两项误差：大气中电离层误差δρl和对流层误差δρT

。ρ=[(Tj-Vj)-(Tw-Vw)]·c=(Tj-Tw)·c+(Vw-Vj)·c~ρ=ρ-c·Vw+c·Vj+δρl+δρT

~伪距测量的基本方程式19950Km50Km对流层电离层200Kmρ=ρ-c·Vw+c·Vj+δρl+δρT

~ρ=√[(Xsi-XG)2+(Ysi-YG)2+(Zsi-ZG)2]式中：XG、

YG、

ZG、

Vj是未知数，故需要观测4颗卫星建立4个方程才能结算出来。理论上说，利用C/A码进行单点定位精度可以达到10-30m8.3.2载波相位观测值及观测方程C/A码的波长为：293m，P码的波长为29.3m,相应的测距精度分别为：3m合0.3m。载波L1波长为：19cm，载波L2波长为24cm,相应的测距精度为：2mm。接收机将接收到的相位与本身产生的相位相比较开机时到达接收机的波长的整周数是不知道的

(称为载波相位初始整周未知数)只要您能保持对卫星信号的跟踪，距离的变化能够通过观测得到DT接收到的来自卫星的相位接收机生成的载波D=c

DT+lN载波相位测量时测定GPS卫星载波信号传送至接收机天线之间的相位延迟。GPS接收机将接收到的卫星信号与本机复制的信号进行相位比对，即可得到相位差。设卫星发射的信号相位为Φ(S)，接收机接收到的卫星信号的相位为Φ(R)，则，伪距观测值ρ为：ρ

=λ[Φ(R)-Φ(S)]/2π=λ[No+⊿Φ/2π]No为信号传播相位变化的整周数，⊿Φ相位变化的尾数。时刻(0)整周未知数时刻(0)的初始相位观测值整周未知数时刻(1)时刻(1)的相位观测值相位观测值方程：Φ

=No+int(Φ)+⊿Φ/2π=（ρ+δρl+δρT

）f/c+f·Vw–f·Vj+

No~λΦ

=(ρ+δρl+δρT

）+c·Vw–c·Vj+λ

No~ρ=ρ-c·Vw+c·Vj+δρl+δρT+λ

No~基线向量BA8.3.3载波相位测量的相对定位流动接收机“B”的点位可以通过相对于给定的参考站“A”来确定“A”的坐标是已知的它们之间进行了GPS观测差分定位消除了卫星与接收机的时钟误差使残余的大气延迟误差降低到最低限度精度提高到3mm-5m

它实际上是在一个测站对两个目标的观测量、两个测站对一个目标的观测量或一个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。其目的在于消除公共项，包括公共误差和公共参数。从而得到高精度的坐标差观测值。

1、单差法两个测站对一个卫星目标的观测量的两次观测量之间进行求差。ρ1=ρ1-c·Vw+c·V1+δρl+δρT

~ρ2=ρ2-c·Vw+c·V2+δρl+δρT

~⊿ρ21=ρ2-

ρ1

+c·（V2-

V1）~~2、双差法3、三差法两个测站对不同卫星的单差观测值之差，可以进一步消除接收机时钟误差的影响。两个测站对不同卫星的不同观测历元的双差观测值之差。8.3.4GPS实时差分定位RTK（Real-timekinematic）采用了载波相位动态实时差分方法是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率。1、位置差分2、伪距实时差分(RTD)3、载波相位实时差分（RTK)4、广域差分8.3.5GPS技术的应用1、军事2、民用导航3、农业4、地球物理与地震监测5、测绘工程6、气象预报3、欧洲的伽利略卫星导航系统根据欧盟的设想，伽利略计划分4个阶段逐步实施。第一阶段是系统可行性评估或定义阶段(2000年前结束)；第二阶段为开发和检测阶段(2001年至2005年)；第三阶段是部署阶段(2006年至2007年)；第四阶段为商业运行阶段(2008年以后)。打造“伽利略系统”将耗资约27亿美元，将30枚人造卫星送上距离地球表面23000公里的太空轨道。欧盟的一些专家称，“伽利略系统”可与美国的GPS和俄罗斯的“全球导航卫星系统”兼容，“伽利略系统”确定物体的误差范围将在1米之内，此外，“伽利略系统”的运作将十分安全、稳定，非常适合安全要求极高的使用者，如引导飞机安全起降或火车行驶等。“伽利略”计划的总投资预计为36亿欧元，由分布在3个轨道上的30颗卫星组成。该系统与GPS类似，可以向全球任何地点提供精确定位信号。由于“伽利略”系统主要针对民用市场，因此在设计之初，设计人员就把为民用领域的客户提供高精度的定位放在了首要位置。与美国的GPS相比，“伽利略”系统可以为民用客户提供更为精确的定位，其定位精度可以达到1米，而GPS只能达到10米。

按照计划，第一颗用于测试的卫星将于今年年底在白俄罗斯的拜科努尔基地发射升空，2006年“伽利略”系统即可进行正式部署，2008年整个系统完工，正式为客户提供商业服务。

中欧合作互利双赢

“伽利略”系统主要用于民用领域，中国庞大的潜在用户群对于确保“伽利略”系统的成功具有重要意义。

2000年，“伽利略”计划提出不久，欧盟委员会副主席德帕拉西奥在与当时的中国国务院总理朱镕基会晤时就表示希望中国参与“伽利略”计划，得到了中国的积极回应。随后，中国同欧盟签署协议，在北京成立了中欧卫星导航技术培训合作中心，加强国内技术人员的培训和双边交流。而为了落实中方的责任与义务，中国成立了由多家公司参股的“伽利略”卫星导航有限公司。该公司作为国内的总承包商负责协调国内的相关单位和公司，完成中国在“伽利略”计划中所承担的任务。

中国加入“伽利略”计划，对双方都是好事。从欧洲方面看，欧洲希望成为未来世界独立的一极，在世界事务中发挥积极的作用。通过与中国在空间技术上的合作，可以对美国的“单边主义”形成一定的牵制，所以在“伽利略”计划的合作中欧洲表现得更主动。

而中国通过合作可以获得可观的经济收益，中国将向“伽利略”计划投资2亿欧元，根据比例获取相应收益。同时中国在整个系统的开发运作过程中可以提升本国的技术，学习市场开发的经验，为本国开发独立的卫星导航系统打下良好的基础。3月中旬，来自中国和欧洲航天部门的官员们行色匆匆，赶赴德国慕尼黑，就争执了半年的导航卫星放射频率“重叠”问题展开第二轮谈判。双方唇枪舌剑，激烈交锋。欧方官员以频率是从美国人手里花“血本”获得，而且欧洲人的“伽利略”系统早已按此频率进行技术设计现已无法修改为由，力压中国“北斗”二号系统“搬迁”到其他频道上；中方则依据国际上通行的卫星发射频率原则——“谁先用谁先得”的“所有权取得”，对自己的权益寸步不让，对欧方的要求据理力争。会谈最终毫无进展，等待下一轮谈判。在全球卫星导航系统的建设一事上，中国和欧洲从最初的合作，逐步走向竞争，反映了中欧之间深层次的结构性矛盾和战略利益冲突，而冲突背后，则揭示了欧洲一直以来对华所抱持的傲慢和排斥心态。关于这场并不为国内人所熟知的争执，其实由来已久，要厘清来龙去脉，还得从最开始的中欧合作签约谈起。蜜月期（2003年-2004年）中欧优势互补

反对单极世界2003年的欧洲，处处弥漫着反美反战情绪。美国执意执行单边主义外交政策，不顾国际社会反对，悍然发动伊拉克战争，欧洲人感受到了“单极世界”引起的潜在危险。时任法国总统希拉克，主张建立“多极化世界”，他的呼声得到时任德国总理施罗德的坚决支持。在这样的背景下，欧盟决定把中国纳入欧盟2002年就已启动的“伽利略”计划中，中国成为第一个非欧盟的参与国。消息传开，震惊美国。一直以来，美国的全球卫星定位系统GPS在民用导航领域独步天下，即便同时代有俄罗斯的“格洛纳斯”系统与之竞争，但“格洛纳斯”年久失修，导航卫星残缺不全，早已淡出国际市场，根本不具备与GPS一比高下的能力。欧盟发起的“伽利略”全球卫星导航计划，被认为是结束美国“独霸”局面的最有力挑战。按设计，“伽利略”将一共由30颗“中轨道”和“静轨道”导航卫星覆盖全球，其定位精度超过了GPS，在兼容性和精确度等设计方面也优于GPS。为了打破GPS的垄断地位，“伽利略”的“公共管理服务”系统拟使用的频率故意选择了与美国GPS相近的频率，这样的安排有可能冲淡GPS的频道效果，令美国人坐立不安。早在几年前，中国在区域卫星导航和定位系统上已有长足发展，2000年相继发射了两颗静地轨道的导航实验卫星，2003年4月又发射了第三颗“静轨道”卫星，基本形成了覆盖全中国的区域导航和定位系统，这一系统被称为“北斗”一号。当时的“北斗”系统尚属实验开发阶段，其技术参数落后于GPS，也落后于2002年欧盟决定启动的“伽利略”系统，而且更重要的一点是，“北斗”一号只属于区域性，其商用价值并不高。在这样背景下，欧洲人主动“邀请”中方加入全球卫星导航系统，中方欣然受之，双方一拍即合。欧洲把中国纳入，不仅使欧洲一些国家的领导人赚足了政治资本，也使“伽利略”计划捉襟见肘的财政状况得到极大缓解，更给“伽利略”进入中国诱人的市场打下了基础。2003年底，在中方实际完成了区域导航系统“北斗”一号之后，中欧草签合作协议。2004年中欧正式签署技术合作协议，中方承诺投入2.3亿欧元的巨额资金，第一笔7000万欧元的款项很快就打到欧方账户上。中国与欧盟合作，既有战略利益也有实际的好处。有人评论，中欧在高端技术上的合作，实质上打破了美国主导的欧洲对华武器禁运，也相当于废弃了针对中国这样特定国家的欧美武器贸易条例(ITAR),为最终从法律层面解除对华武器禁运撕开了一个口子。由于卫星导航在现代战争中扮演越来越重大的角色，美国甚至扬言，美国如感觉受到威胁，则有权击毁“伽利略”卫星。2005年，“伽利略”首颗“中轨道”实验卫星“GLOVE-A”搭乘俄罗斯“联盟”号运载火箭顺利升空。虽然这只是一颗实验性卫星，并非是要最终布置的30颗导航卫星之一，但“GLOVE-A”的发射，标志着欧盟“伽利略”计划从设计向运转方向转变。然而，进入2005年，欧洲政治开始转向，之前“亲华”的德国总理施罗德黯然退隐，由来自右翼政党的亲美政治家默克尔担任德国新总理，而法国也进入了领导人交替的时代，希拉克的影响力逐渐下降，亲美政治人物尼古拉·萨科齐于2007年开始担任法国总统。亲美政治人物纷纷上台，给欧盟致力于建立“多极世界”的愿望变得暗淡，欧洲迅速向美国靠拢。在这样的背景下，欧洲航天局与美国“修好”，同意修正之前拟定的与美国GPS相近的发射频率，以便投入使用后产生信号冲突的可能性降至最低限度。但这样的技术重新修正，却花掉了预算之外的一大笔钱。作为回报，美国同意在技术上支持“伽利略”的开发。恰恰在这个时候开始，欧盟为“伽利略”计划的财政和利益分配吵成一团。也是从这个时候开始，欧盟开始排挤中国。眼看着投入巨额资金，却得不到与之相称的对待，甚至待遇还低于没有投入一分一厘的其他非欧盟国家，如印度等国，令中国大为不满。中国不但进不到“伽利略”计划的决策机构，甚至在技术合作开发上也被欧洲航天局故意设置的障碍所阻挡，中方除了挂得一个参与人的“好名声”之外，其他一无所得，反而要担负巨额资金投入，这样的“结局”令中方十分不满。在此背景下，中国开始把注意力转移到沉寂数年的“北斗”系统上。2007年发射的第四颗“北斗”一号导航卫星，替换了退役的卫星，“北斗”系统开始激活。到2007年底，中国成功发射了第一颗“中轨道”导航系统，标志着“北斗”系统在技术和规划上的重大突破。本来中国诚心与欧盟合作，一开始就定位“北斗”为区域导航系统，给“伽利略”计划留下了毫无保留的施展空间。但是，事与愿违，欧方“骨子里”并没有放弃轻视中国、压制中国的心态，合作不到几年，短暂的“蜜月期”一过，中欧双方就合作开发问题常生冲突，中国抽身离去，留下为经费吵成一团的欧盟各国。竞争期（2008年-2009年）“北斗”横空出世

技压“欧系”卫星由于实质参与欧洲“伽利略”卫星导航系统受挫，中国决定“单干”。2006年11月，中国对外宣布，将在今后几年内发射导航卫星，开发自己的全球卫星导航和定位系统，到2007年底，有关覆盖全球的“北斗”二号系统计划已经浮出水面。此时，欧盟还在内耗中没有脱开身。直到2008年4月27日，“伽利略”系统的第二颗实验卫星才升空，此时距上次发射已经有差不多四年时间，这样的进度，比最初的计划推迟了整整五年。“北斗”二号横空出世，不仅使欧洲“伽利略”系统准备与美国GPS一争高下的愿望大打折扣，也冲淡了“伽利略”未来的市场前景。“北斗”二号在技术上比“伽利略”更先进，定位精度甚至达到0.5米级，令欧洲人深受震撼。另一方面，之前“伽利略”计划的推出，刺激了美国和俄罗斯加快技术更新，新一代GPS和新一代“格洛纳斯”的定位精度等技术指标均很快反超“伽利略”，“伽利略”逐渐丧失了技术相对领先的优势。为转变被动局面，欧洲人别无他法，只有增加财政投入，而此时欧洲航天局为了排挤中国，已经以法律形式规定所有开发资金均来源于欧盟公共资金，这就意味着，要想增大投入，还得在内部无休止地“吵”下去。欧洲人开始酸溜溜地说，中国“北斗”二号的技术“偷窃”自欧盟“伽利略”计划，这样的无聊之辞已经成为欧洲人自大自负又一例证。出于战略的需要，中国并没有完全放弃与欧盟“伽利略”计划的合作，但这已经不能阻挡中国推出自主全球导航系统的步伐。按照国际电信联盟通用的程序，中国已经向该组织通报了准备使用的卫星发射频率，这一频率正好是欧洲“伽利略”系统准备用于“公共管理服务”的频率。频道是稀有资源。占得先机的美国和俄罗斯分别拥有最好的使用频率，中国所看中的频率被认为是美国和俄罗斯之后的“次优”频率。按照“谁先使用谁先得”的国际法原则，中国和欧盟成了此频率的竞争者。然而，中国将在2009年发射三颗“北斗”二代卫星，正式启用该频率，而欧盟连预定的三颗实验卫星都没有射齐，注定要在这场“出乎意料”的竞赛中败下阵来，从而失去对频率的所有权。中欧围绕“伽利略”开发的曲折过程生动地证明，中欧只有真诚合作，平等相待，才能给双方都带来长远利益。欧洲如不放弃自负自大的心态，继续歧视和压制中国，那么，最后受损失的还是欧洲自己。2009年前后将有12颗卫星发射升空。观察人士分析，此举意味着中国正在进行“北斗二号”的布网工作。届时，由数十颗卫星组成的与GPS系统相类似的卫星数组，可以轻松实现不需要通过地面中心站联系和传输信号的无源定位。定位精确在“厘米”之内

据悉，较之目前仍在运行的“北斗一号”，“北斗二号”在诸多方面具有优势，包括可以有效避免遭受电磁干扰和攻击，实现无源定位。另外，在精确度方面，“北斗二号”也可以精确到“厘米”之内。中国此项技术优势将广泛应用在气象、交通、环境监测等方面。据中国卫星导航定位应用管理中心官员介绍，北斗卫星导航定位第二代系统的研制建设工作目前已进入攻坚阶段。2009年将有多颗卫星发射升空，3年内完成系统组网，并具备基本的运行能力。在此基础上将逐步发展到为全球服务。未来卫星导航不仅在军事，而且在交通运输、气象测报、国土测绘以及公共安全等领域都将发挥重要作用。作为国家重要的信息基础和战略设施，卫星导航定位系统是国家综合国力的重要标志。2003年12月，中国自行研发设计的“北斗一号”卫星导航定位系统建成并正式开通运行，“北斗一号”精确度在10米之内。8.4GPS接收机构造及其工作原理8.4.1GPS接收机的分类1、按接收机的用途分类

a)导航型接收机

此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±25mm。此类接收机还可以进一步分为：车载型——用于车辆导航定位；航海型——用于船舶导航定位；航空型——用于飞机导航定位。信标型GPS接收机b)测地型接收机

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。授时型接收机这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时。c)受时型2、按接收机的载波频率分类

单频接收机

单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。双频接收机

双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。3、按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：多通道接收机序贯通道接收机多路多用通道接收机4、按接收机工作原理分类

码相关型接收机码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

平方型接收机平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。

混合型接收机这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。

干涉型接收机这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。8.4.2GPS接收机的构造和工作原理GPS系统由天线、主机、电池组成WGS-84坐标系（WorldGeodeticSystem)北斗手持型用户机——个人〔单兵〕掌控的北斗用户产品●功能介绍

全天候的定位、授时和双向报文通信功能，支持基于文本/航迹图/指南针等多

提供移动条件下的优化信号捕获和处理策略，充分利用建筑物遮挡间隙进行导航和定位信息处理；

预留标准RS232串行数据接口，支持多种数据协议，兼通多种独立外设，如各类外设PDA、掌上电脑、商务通、手提电脑、加固电脑设备等；

超大容量的信息处理和存储能力，可存储和管理定位信息100条、通信电文100条可全部锁定航线10条、路标数据100个、地址薄信息100条、常规短语30条；

支持全屏手写识别功能；自主研制的数字按键输入法，输入信息更快捷、更方便，使用环境更广泛；

配备基于标准串口的职能数据维护和程序升级软件，确保维护设备和备份数据更轻松、更安全；

配备独创的基于地图的智能导航信息管理软件，实现可视化的导航信息编辑、维护和同步下载；

北斗车载型用户机●主要功能定位功能：

定位精度：20米1σ（非标校区100米1σ）；

定位频度：受用户申请的智能卡控制；

导航功能：

可设定、预置、存储航路点、航线；

可自动计算偏航距离，偏航后还可以自动报警；

通信功能：

可进行短报文信息通信，并显示报文内容并将接收到的信息存储，以便查询；

可编辑发送电文及编辑发送固定电文；

北斗指挥型用户机北斗指挥型用户机是用于对集团用户群进行管理指挥的特殊用户机，是北斗系统通信和位置报告功能的体现。指挥型用户机一般作为指挥调度网络的中心使用。●主要功能

->具备普通用户机的点对点通信、定位导航和定时功能；

->可以接收所有出站波束的信号，获取数据信息（4~6个波束）；

->可以监测所辖用户机的所有定位、通信和定时信息；

->可以对所辖用户机进行单个、部分或全部的指挥调度；

->具有友好的图形人机界面、数字地图及强大的信息处理和存贮能力。北斗玉衡船位监控管理系统“北斗玉衡船