全球卫星导航系统应用

黑龙江八一农垦大学精准农业技术应用视频公开课第二讲全球卫星导航技术应用庄卫东教授

GNSS

是GlobalNavigationSatelliteSystem的缩写。中文译名：全球导航卫星系统，或：全球卫星导航系统。一、全球卫星导航系统1.美国全球定位系统（GPS）2.俄罗斯“格洛纳斯”系统（GLONASS）3.欧洲“伽利略”系统（GALILEO）4.中国“北斗”系统（BDS,Compass）四大全球卫星导航系统：（一）全球卫星导航系统组成1.空间部分

由卫星系统组成2.地面部分由主控站、注入站、监测站和通讯辅助系统等组成；3.用户部分由接收机组成。（二）全球卫星导航系统特点1.全天候；2.全球覆盖；3.高精度（定位、测速、授时）；4.多用途。（三）全球卫星导航系统的用途

1.陆地应用包括个人及车辆导航定位、资源勘探、工程测量、交通、物流、林业、农业等；

2.海洋应用包括海船导航定位，航线规划、船只实时调度与导航、海洋救援等；

3.航空航天应用包括飞机导航、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援等。

二、GPS系统简介GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统。20世纪70年代由美国军方联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。1995年4月宣布具有全运行能力。

1.空间部分GPS系统的空间部分是由24颗卫星构成星座。距地表20200km，分布在6条轨道运行，每条轨道上有4颗，可保证在地球表面以上任何角落的GPS接收机在全天24小时至少能接收4颗卫星的信号。

2.地面部分

地面部分包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。GPS地面控制站分布图

1—主控站2—监测站3—注入站

3.用户部分

GPS接收机，由主机、天线、电源等组成。可给用户提供当前地理位置的经纬度、高度、速度、航向、时间等信息。

农业中常用的GPS接收机天宝（Trimble）麦哲伦（Magellan）诺瓦泰

（NovAtel）壁虎（Hemisphere）合众思壮（UniStrong）三、北斗卫星导航系统简介

北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，英文名称：Compass。

1.北斗一代2.北斗二代

1.北斗一代北斗一代是北斗卫星导航试验系统，称为“北斗一号”，是双星定位系统，属于有源定位系统。利用地球同步卫星为用户提供定位、简短数字报文通信和授时服务。北斗一代双星有源定位示意图2.北斗二代中国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。在2013年，“北斗”系统已覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。北斗系统地面段北斗二代的服务及性能：1.开放服务：定位精度:10m测速精度:0.2m/s授时精度:50ns2.授权服务广域差分服务定位精度:1m

短报文通信服务四、卫星导航定位原理远程的导航与定位系统可采用三种方法：（1）无线电导航系统；（2）天文导航系统；（3）惯性导航系统。无线电导航定位技术卫星导航定位技术属于无线电导航定位技术，无线电导航定位是建立在测距的基础上的。现代测距多使用无线电信号测量所测距离上的传播延迟（传播时间）来推测距离。无线电导航定位技术有两种基本方式:1.地面导航定位技术以地面三角坐标为基础的定位技术；2.卫星导航定位技术

以卫星测距为基础的定位导航技术系统，用于确定机器在地球上的位置。地面平面三角坐标定位技术原理图手机基站定位空间定位示意图两球相交于圆三球相交于2点四球相交于1点五、差分定位技术卫星定位由于存在着轨道误差、时钟误差、电离层影响、大气影响、多路径效应等的影响，解算出的坐标与实际坐标是不一样的，存在误差。目前GPS单点定位精度一般在10m左右，不能满足拖拉机导航自动驾驶等高精度作业的需求，需要提高定位精度。（一）差分GPS（DGPS）单基准站差分GPS（DifferentialGPS，DGPS）是根据一个基准站所提供的差分改正信息对用户站进行改正的差分GPS系统。由基准站、无线电数据通讯链、用户站三部分组成。位置差分：简单易行，精度为米级；

发送基准站位置的改正量；

伪距差分：简单易行，精度为亚米级；

发送所观测到的所有卫星的伪距改正量；

载波相位差分（RTK）：精度高，精度达到厘米级；

发送基准站的原始载波相位观测数据。在差分应用中，常采用数传电台进行数据传送。基站使用发射台，移动站使用接收台。一般应覆盖范围：8-20km。数传电台可使用手机网络作为无线电数据通讯链，抗遮挡、提高覆盖面和易用性。如GPRS、CDMA2000，WCDMA等。（二）CORS系统利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（ContinuousOperationalReferenceSystem，缩写为CORS）。（三）星基增强系统SBASSatelliteBasedAugmentationSystems（SBAS）1.美国：WAAS（WideAreaAugmentationSystem)2.欧洲：EGNOS（EuropeanGeostationaryNavigationOverlaySystem）3.日本：MSAS（Multi-functionSatellite-basedAugmentationSystem）（四）RTG技术RTG（real-timeGipsy，又称星链差分）是全球双频GPS差分系统。其GPS差分信号通过三颗同步国际海事卫星进行广播。RTG定位精度可达到分米级。用户需要交海事卫星信号服务费。六、全球卫星导航技术农业应用1.农田地块长度面积的测量GPS定位数据记录手机GPS状态软件可显示GPS和感应器的信息：

经度、纬度、速度、加速度、海拔高度、方位、俯仰角、滚转角和电池状态等。

2.农田三维地形测量

3.土壤取样田间定位4.卫星导航自动驾驶起垄作业卫星导航自动驾驶5.精准施肥