GPS理论与应用第一章绪论

GPS理论与应用第一章绪论导航的基本概念导航系统的技术指标与分类无线电导航定位GPS的特点、组成与应用北斗卫星和其它导航卫星GIS技术

31.导航的基本概念导航的定义：引导人、或者平台(飞机、舰船、车辆等载体)，准确地沿着所选定的路线，按照规定的时间到达目的地。

导航的基本任务：

Who:载体或个人

When:时间

Where:位置----线路、精度

4导航的实例磁针的北极指向地理的南极，利用这一性能可以辨别方向。判别方位的简单仪器，常用于航海、测量、旅行及军事。司南（磁罗盘）指南针

5导航的实例飞机导航：确定所在地与目的地，选择航线、确定距离、安排时间表。

飞机导航的任务：使飞机遵照事先安排的时间表，沿着所选定的航线，在某一方向上(航向)、以一定的速度飞行。

6飞机导航航向角HX：由飞机所在位置的经线北端顺时针测量到航向线的角度。空速V：是发动机推动飞机相对于空气的运动速度。风速U：是空气流动速度。地速W：飞机在地面上的投影点的移动速度。

7飞机导航地速方向和机头朝向一致。无侧风时的飞行路线

8飞机导航航迹角HJ：从经线北端顺时针量到航迹去向的角度。偏流角PL：航向线与航迹线之间的夹角。有侧风时的飞行路线

9飞机导航

10引导环航向和航速环控制环飞机导航

11导航的功能按传统的观点，导航系统就是定位系统。

极高的飞行速度：航向和距离

交通密度增加：需要连续的、实时的驾驶信息提供航行中的位置、方向、距离和速度等导航参量。导航的研究：就是要弄清楚导航参量的测量和运用。

导航的实践：就是运用导航参量来保证载体安全而有效地航行。

122.导航系统的分类与技术指标观测导航航标方法，比如目视方法，就是借助信标或参照物实现导航。简单、可靠，比如飞机进场着陆；航标法飞行：以地面参照物作为路标，即目视飞行，飞行员入门课程；缺点：没有导航仪器，飞得慢又飞得低，能见度低、难以辨认标志；在海洋、沙漠中等无航标地区无法导航。

13推算导航根据载体的运动方向和所航行的距离(或速度、时间)的测量，从过去已知的位置来推算当前位置，或预测将来位置，从而得到运动轨迹。它克服了观测导航的缺点，不受天气、地理条件的限制。随着航行时间和航行距离的增长，位置积累误差越来越大，需进行位置校准，比如惯性导航。导航系统的分类

14天文导航天空中的星体(太阳、月亮、其他行星、恒星等)相对于地球有一定的相对运动轨道和位置。通过观测多个星体的位置参数，来确定观测者在地球上的位置。广泛应用于航空、航天。与推算导航一样，不需要地面支撑设施，可用来校正推算导航的积累误差。缺点：受时间、气象条件限制，定位时间长，计算复杂。导航系统的分类

15无线电导航

通过测量无线电波从导航发射台到载体接收机的传输时间来定位。陆基无线电导航：导航台位于地面

卫星无线电导航：导航台设在卫星上不受时间、天气的限制，设备简单、可靠；精度高，定位时间短，可以连续实时地定位。导航系统的分类

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自主式导航系统：由载体设备直接产生导航信息。前面三种方法都属于自主式。具有保密性强，安全，不易干扰的优点。

它备式导航系统：通过导航台发布导航信息，载体上的设备接收导航信息实现导航定位。无线电导航属于它备式。必须要辐射和接收无线电波，易被发现和干扰。导航系统的分类

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精度：导航系统为载体所提供的位置与载体当时的真实位置之间的重合度。导航误差是随机变量，通常采用定位误差不超过一个数值的概率来描述。

2σ表示每次测量结果有95%的可能性其误差小于等于这个值。3σ对应99%的可能性。比如：1m(2σ)

ppm(partpermillion)百万分之...(相对于基线)导航系统的技术指标

182DRMS表示距离误差均方根值。CEP(圆概率误差)表示一个以载体真实位置为圆心的圆的半径，每次测量结果有50%的可能性其误差落在这个圆内，即相当于有50%的置信度。比如：1m(CEP)

±2m+5ppm(2DRMS)通常，2DRMS值是CEP的2.5倍左右。导航系统的技术指标

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覆盖范围：指在一个面积或立体空间内，导航系统可以规定的精度确定载体位置。受几何关系、发射信号功率、接收机灵敏度、传播环境等影响。北斗一代是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70－140度,北纬5-55度。北斗二代覆盖亚太地区。

GPS覆盖全球。导航系统的技术指标

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连续性：导航系统可连续提供导航服务的能力。

可用性：导航系统为载体提供可用的导航服务的时间的百分比。可靠性：导航系统在给定的使用条件下在规定的时间内以规定的性能完成其功能的概率。平均无故障时间(MTBF)：表明系统发生故障的频度。导航系统的技术指标

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信息更新率：导航系统在单位时间内提供定位或其他导航数据的次数。单位Hz。比如：信息更新率10Hz，每秒10次对更新率的要求与载体的航行速度和所执行的任务有关系。要求信息更新率与载体操作速度相当，或者与载体运动速度相当。导航系统的技术指标

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系统容量：指导航系统可以同时供多少载体使用的能力。无限系统容量和有限系统容量两种。比如：GPS系统是无限容量北斗一代是有限容量。导航系统的技术指标

23全球覆盖，容量无限绝对准确度和相对准确度都必须很高准确度应不受环境影响实时反应，可随运动而连续变动无多值解系统稳定无故障，体积、重量和电源消耗都要小。导航系统的技术指标

243.无线电导航定位通过电磁波的发射、接收和处理，无线电导航设备能够测量出所在载体相对于导航台的方向、距离、距离差和速度等导航参量。ρ-θ定位θ-θ定位双曲线定位距离交会定位

25ρ-θ定位利用测距系统的圆形位置线与测向系统的直线位置线相交的方法，可以确定接收点的具体位置M，也称为极坐标定位。

气象雷达塔康系统(TacticalAirNavigationSystem,TACAN)

26θ-θ定位通过测定对于两个导航台的方位，可以获得两条径向直线，从而通过这两条直线的交点可确定飞机的位置。

伏尔系统(VeryHighFrequencyOmnidirectionalRanging,VOR)

27双曲线定位通过测量到一组导航台的距离差，可以得到一组双曲线；同时测量到另一组导航台的距离差，又可以得到另一组双曲线。利用这两组双曲线的交点，即可确定飞机的位置。

罗兰

(Longrangenavigation,Loran)

28距离交会定位利用2个或3个测距台，即可进行ρ-ρ或ρ-ρ-ρ定位。

29常用航空无线电导航系统无线电高度表（RA）自动定向机（ADF）甚高频全向信标(VOR)测距机(DME)仪表着陆系统(ILS)微波着陆系统(MLS)

空中交通管制(ATC)系统精密进近雷达(PAR)

气象雷达（WXR）罗兰(LORAN)系统多卜勒导航雷达(Transit，CICADA)塔康(TACAN)系统全球定位系统(GPS)全球导航卫星系统（GLONASS）北斗（Compass)系统

304.GPS的特点与组成GPS——GlobalPositioningSystemGPS是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。

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1957年，世界上第一颗人造地球卫星发射成功1958年，美国海军武器实验室开始建立“海军导航卫星系统”（NavyNavigationSatelliteSystem——NNSS）多普勒卫星定位系统，也称“子午(Transit)卫星系统”。1964年系统建成启用。该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。NNSS是低轨道卫星，双曲线定位，1000公里，定位速度1至2天，精度3至5米，难以满足导航要求。GPS的发展

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1969年，为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划；1973年，由GPS联合计划办公室制定了NAVSTARGPS计划，简称GPS。

NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem,NAVSTARGPS导航卫星授时测距/全球定位系统GPS的发展

331973-1978年：方案论证阶段，发射了4颗卫星1979-1989年：系统论证阶段，发射了7颗卫星1990-1999年：建成实验阶段，1993年满24颗，

1995年达到预定工作能力2000-2030年：改进更新阶段GPS的实施计划

34GPS定位系统由三个部分组成：GPS卫星星座（空间部分）地面监控系统（地面控制部分）GPS信号接收机（用户设备部分）GPS的组成

35空间部分：

提供星历和时间信息

发射伪距和载波信号

提供其它辅助信息用户部分：

接收并测定卫星信号

记录原始数据

得到导航定位信息地面控制部分：

解算中心控制参数

实现时间同步

跟踪卫星并进行定轨GPS的组成

36GPS的特点轨道面相对地球赤道面的倾角为55°，各轨道平面升交点赤经相差60°。同一测站上每天出现卫星分布图形相同，只是每天提前约4分钟。每颗卫星每天约有5小时在地平线以上，位于地平线以上的卫星数目随时间地点而异，最少4颗，最多达11颗。

37GPS的测量精度

38全球性连续覆盖，全天候工作定位精度高观测时间短测站间无需通视可提供三维坐标操作简便GPS的优点

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SPS与PPS