全球卫星定位系统第二次

1第1章绪论1.1早期的全球卫星定位系统NNSS／Transit——始于1960年，美国CICADA——始于1965年，前苏联1.2目前的全球卫星定位系统GPS——始于1973年，美国GLONASS——始于1982年，前苏联NAVSAT——始于1982年，欧洲空间局CASP——始于2000年，中国Galileo——始于2005年，欧洲21.1早期的全球卫星定位系统NNSS（NavyNavigationSatelliteSystem）／Transit子午卫星导航系统31.1早期的全球卫星定位系统NNSS的组成卫星星座

6颗独立轨道的极轨卫星地面系统

4个卫星跟踪站、1个计算中心、1个控制中心、2个注入站、1个天文台41.1早期的全球卫星定位系统NNSS的技术特点定轨精度 在卫星跟踪技术条件一定，使用相同的地球重力场模型且摄动修正精度一定的情况下，卫星定轨精度主要取决于地面跟踪站的数量及其分布，一般来说跟踪站越多、分布越广计算出的卫星轨道就越精确。51.1早期的全球卫星定位系统NNSS的技术特点广播星历 是由美国本土的4个卫星跟踪站的观测数据解算的。因测站数量及分布范围都小，故卫星定轨精度不高。广播星历所预报的卫星位置的切向误差±17m；径向误差±26m；法向误差±8m。精密星历 是由美国国防制图局根据全球20个卫星跟踪站的观测资料解算的，因测站数量多且分布范围广故卫星定轨精度较高。精密星历所预报的卫星位置精度为±2m。61.1早期的全球卫星定位系统卫星性能 限于早期火箭的运载能力，子午卫星的重量、体积都很小。星体直径约为50公分，卫星重量为45~73公斤。如此轻巧的卫星如何保持姿态稳定，使卫星天线始终指向地面在当时是一个技术难点（使用卫星姿态发动机无法解决燃料的长期供应，这显然是不现实的）。美国科学家巧妙地利用重力梯度稳定，使卫星的天线始终指向地面。他们在卫星天线的指向端接了一条30米长的稳定杆，杆端配有一个1.4公斤的重锤，在重力的作用下重锤始终把长杆和天线拉向下方，实现卫星的姿态稳定。卫星还装有4块太阳能电池板，给卫星提供所需的电能。71.1早期的全球卫星定位系统卫星信号

卫星配有一台频率相当稳定的钟，由此产生一个频率为4.9996MHz基准钟频信号，该信号再经过倍频器分别倍频30和80倍后，形成两个频率为149.988MHz和399.968MHz的标准信号供卫星使用。

81.1早期的全球卫星定位系统定位精度

多普勒定位仪利用广播星历的单机定位精度一般为10m左右,若观测100次卫星通过后的测量数据平差解算后，可获得精度为3～5m地心坐标；如果利用精密星历观测40次卫星通过的测量数据平差解算后，可获得精度为0.5~1m地心坐标；为了消除公共误差提高定位精度，可利用2台以上的多普勒定位仪进行联测，一般联测的定位精度为0.5m。

91.1早期的全球卫星定位系统NNSS的定位原理 子午卫星的定位原理是通过测定同一颗卫星不同间隔时段其信号的多普勒效应，从而确定卫星在各时段相对观察者的视向速度和视向位移，再利用卫星导航电文所给定的t1、t2、t3、t4…时刻的卫星空间坐标，结合对应的视向位移则可解算出测站空间坐标P（X，Y，Z）。101.1早期的全球卫星定位系统多普勒定位的几何原理 卫星在t1、t2、t3、t4…点上的坐标是已知的，而任意两个相邻已知点到待定点P的距离差（即视向位移）已通过多普勒效应测定。在数学上我们知道，一个动点P到两个定点的距离差为一定值时，该动点P则构成一个旋转双曲面，这两个定点就是该双曲面的焦点。于是以卫星所在的t1、t2、t3、t4…任意两个相邻已知111.1早期的全球卫星定位系统

定点作焦点，未知点P作动点均构成对应的特定旋转双曲面。其中两个双曲面相交为一曲线（P点必在该曲线上），曲线与第三个双曲面相交于两点（其中一点必为P点），第四个双曲面必与其中一点相交——该点就是待定的P（X、Y、Z）点。因此要解算P点的三维坐标，必须对同一颗卫星要有四个积分间隔时段的观测，得出卫星在四段时间间隔的视向位移。从而获得四个旋转双曲面，它们的公共交点就是待定点P（X、Y、Z）。121.1早期的全球卫星定位系统NNSS的缺陷卫星少，不能实时定位轨道低，难以精密定轨频率低，难以补偿电离层效应的影响131.1早期的全球卫星定位系统CICADA CICADA是前苏联海军于1965年开始建立的卫星导航系统。与NNSS系统相似，CICADA系统也为第一代卫星导航系统。该系统由12颗所谓的宇宙卫星构成CICADA卫星星座。141.1早期的全球卫星定位系统主要参数

（1）卫星高度：1000km（2）与赤道面夹角：83°（3）卫星的运行周期：105min（4）卫星重量：680～700kg（5）导航信号的发送频率：150MHz（作为载波传送导航电文）／400MHz（仅用于削弱电离层效应的影响）151.2目前的全球卫星定位系统NAVSTAR（NavigationbySatelliteTimingandRanging）／GPS（GlobalPositioningSystem）卫星测时测距导航／全球定位系统161.晚2我目前扇的全泽球卫死星定箩位系猫统GP第S的园组成卫星飘星座全球见定位惩系统维的空壶间卫缩慧星星轿座，霸由分借布在辫六个汤独立撞轨道兆的2芝4颗滨GP根S卫债星组秋成（蜂其中语包括驻3颗肾备用睬卫星换），得平均衫每个爹轨道未上分国布4清颗卫侧星，桥各轨商道升氏交点锄的赤繁经相势差6跟0°帜。卫牧星轨怜道倾杏角i诞=礼55煤°；与卫星麦运行搁周期躁T=着11泥h5缘瑞8m啊（恒帮星时维12缓小时伪）；呀卫星片高度任H=坦20洁20畜0k愚m；笔卫星哭通过技天顶寺附近抽时可摔观测皂时间旋为5西小时贸，在西地球妈表面膏任何堪地方桑任何做时刻坏高度填角1扔5度笑以上茅的可施观测辩卫星际至少沙有4踏颗，鲁平均归有6溉颗，买最多勿达1锦1颗速。171.尘2援目前林的全秩球卫肢星定寺位系渗统地面尚系统地面剑设有鼠5个狡卫星患监测照跟踪侍站；书1裙个主敢控站昨；3屠个信荣息注狼入站死。5街个监牵测站上分别喉位于艘夏威糖夷、伶科罗丝式拉多鄙、阿肥松森厕、迭饺哥伽错西亚昨、卡唱瓦加灵兰，把主要严负责善监测喘卫星咬的轨废道数篇据、伯大气厘数据型以及牢卫星勉工作狡状态喜。通唉过主贯控站惧的遥扬控指鞋令监阻测站心自动算采集匪各种预数据默：对肥可见之GP扫S卫物星每罗6分拜钟进根行一夸次伪柿距测别量和炮多普射勒积童分观涂测、弦采集侵气象渔要素枣等数炼据，著每1惕5分钳钟平汇滑一植次观叠测数绵据。屠所有叛观测河资料时经计诊算机家初处丢理后然储存印和传乳送到愉主控腾站，饥用以撑确定晨卫星佩的精文确轨疤道。卡计算剩机初需处理省后储迷存和喂传送纸到181.叫2迈目前粉的全传球卫承星定社位系转统主控浆站，桥用以温确定章卫星战的精静确轨虚道。车主控献站设康在美拴国科暖罗拉满多州睡的一独个军复事基捷地的黄山洞特里。俭主控粮站主墙要负茎责协积调和速管理简地面细监控固系统瞎，根名据各欣监测扛站资己料，饿推算夕预报捏各卫栗星的垒星历蛾、钟另差和腹大气减修正欧参数毒编制告导航祥电文集；对洁监测好站的饥钟差赌、偏渐轨或回失效起卫星铅实行船调控别和调志配。帆并将晋导航蚂电文奋、指平令传职送到固注入拉站。蓝3个余注入蒙站分漂别位福于阿扬松森稍、迭姜哥伽钳西亚血、卡蚕瓦加粮兰—咐—赤磁道带世附近源的美优国海搬外空季军基狼地。潮注入挣站主木要任没务是拍：将知主控泳站推君算和贿编制说的卫悦星星浸历、且导航貌电文锈、控险制指冤令注低入相迅应的理卫星膏的存舰储系僵统，垫并监伍测G味PS楚卫星芦注入怨信息耽的正池确性抢。191.戒2呼目前矩的全袜球卫嚼星定临位系午统GP忧S的当技术辰特点定轨察精度目前辈的G孔PS郊卫星织的跟妈踪技阁术条颈件，剪以及役地球次重力讲场模性型的旅球阶扬函数乖的引盗力摄粱动修壮正等份等精智确定蒸轨的糠推算酬技术情手段呢，都农比7颤0年纷代高直明得饭多，弦因此灶卫星拨定轨取精度许也比观过去踢高得织多。卫星献性能GP翅S卫枝星直滚径1膝.5古米；划重量仪为8饱43路.6老8公窄斤（泛包括剂31便0公死斤燃鞠料）博；G楼PS狂卫星怠通过票12庸根螺纳旋阵触列天殖线发椅射张奇角约201.脚2剧目前预的全画球卫漫星定渗位系萍统为3伞0度剧的电沾磁波针束垂挪直指态向地掩面。超GP拉S卫亮星采菊用陀摔螺仪状与姿抹态发抄动机河构成稳的三我轴稳汇定系胃统实庙现姿夜态稳抖定，饿从而帽使天俗线始贪终指扣向地愚面。碰卫星矿还装折有8昼块太如阳能养电池怀翼板哄（7笔.2裙m厨2）吩，三屡组1纺5A诞的镍旨镉蓄须电池匹为卫辩星提阁供所挥需的跪电能叮。卫星岂信号卫星失配有杨4台团频率饶相当卸稳定恨（量监时精严度为绑10斑-1伐3秒疯）的攻原子霸钟（境2台陕铯钟夏，2牲台铷鞋钟）项，由尺此产字生一周个频子率为诞:肝10衔.2炭3M昏Hz苗的基宗准钟治频信榜号。虫该信狡号经辛过倍建频器伍降低抓10因倍的乞频率砍后，仪成为祝频率翼为1嘱.0矿23艘MH姨z测化距粗抵码（雁C/葬A211.阳2甜目前供的全况球卫盼星定浑位系潜统码）姑的信晨号频条率；患基准匠钟频畜信号哄的频百率1申0.咐23晃MH斜z，抵直接度成为歼测距律精码颂（P承码）耕的信国号频拌率；洽基准症钟频联信号色经过齐倍频鸟器降秩低2胡04寺60因0倍刊的频续率后炼，成凳为频捆率为奸50猾BP温S数破据码多（卫兼星星开历、诉导航堵电文弟的编糠码）哭的信睛号频乔率；洪基准卖钟频呜信号甲再经蓬过倍腹频器扒倍频俩15洋0倍暴和1神20勤倍频验后，稻分别拒形成恢频率箭为1敞57捆5.读42妖MH喝z（配L1薪）与闭12绢27蚀.6卖0M匆Hz愈（L守2）便载波粒信号层。测逗距用铸的码稀频信捷号控课制着六移位食寄存雀器的宋触发蛾端，凶从而表产生潜与之允频率叼一致光的伪拥随机阳码（巨测距进码）登，测够距码寇与数疗据码慈模二羊相加爬后再盒调制闹到L羞1越L2匀载波幼信号径上通版过卫沾星天悉线阵辛列发芒送出姿去。延值得哭指出狱的是唱：无锻论是酬测距略码的故波长估还是醋载波栽信号鞭的波残长，派都是荐测量蓝GP方S卫派星到椅观测贱点距陷离的辜物理陆媒体羞，它辽们的爆频率阴越高翅波长据越短绣所测衬量的仇距离可精度狮就越氏高，困定位均精度仅也就尚越高瓦。另冒外C赚/A背码除按了用旧于测斯距外桃，它桐还用膜于识饶别锁旺定卫农星和贷解调资导航属电文欣以及尾捕获酬P码党。22231.等2惨目前该的全驱球卫绿星定扮位系要统定位存精度利用喂伪随傅距码堂（测袄距码羊）的亮信号性单机顶测量黎，理疤论上仇按照帽目前古测距怒码的粥对齐领精度申约为质码波刚长的催1/此10崭0计猜算，泛测距焰粗码轰（哲C/捏A码曾）的埋测距圈精度裙约为常±3狗m；某而序测距沸精码非（P若码）鹿的测浅距精弯度约尘为±俊0.仔3m剥。非为了禾消除化公共栗误差掩提高写定位伸精度餐，可分利用仪2台禾以上房诚的载崇波相渡位G蜜PS寒定位卸仪实周行联锁测定收位，市对于绢载波必信号顽单频拢机的猫相对仓定位怪精度炭可达舱:±起（5苍mm异+2仿pp躁m×钟D）洪其中园D为微两台贿仪器校的相猜对距态离；昂对于设载波攀信号脊双频种机，敞它能耕有效不的消惯除电梢离层痰延时赶误差恳，其辩相对星定位角精度横可达孔:±谢(1矩mm录+1姿pp蓬m×护D)昼；241.镇2煤目前健的全苏球卫挠星定挽位系趁统全球更定位梅技术返不但令精度即高，盯而且皆定位圈速度育快，胸可以吩满足伞飞机联、导菊弹、技火箭葡、卫幸星等梁高速纺运动吊载体刘的导颜航定文位的涌需要膛。251.延2锋目前乏的全悬球卫处星定螺位系霸统GP共S的秒定位粮原理GP搬S定通位的梯几何梢原理晕并不坟复杂摘，它块是利香用测偏距交大会的留原理杯确定渠测点炕位置恳的。261.荐2榆目前眉的全悲球卫搂星定浮位系卸统美国急对G累PS骡用户喇的限永制性超政策对不猾同的井GP威S用邪户提炒供不测同的饱服务纷方式GP重S系跃统在洗信号铲设计闭方面以就区归分了躲两种疗精度控不同基的定罚位服悦务方啦式：标准烦定位嫁服务腊方式（S京PS奋）和精密艘定位觉服务蕉方式（P连PS堂）。SP哈S通预过美吼国军盲方已货经公洗开的粗／川截获恰码（C盲/A猎码）航解调夹广播滚星历覆的导烂航电堪文，饲进行棚定位碑测量忙，其准单点羽定位糠精度立约为供20通～4蕉0m滔。PP料S是粗美国弓军方伐或者沃美国日同盟辣国的壤特许换用户耍使用鼓的，柔其271.驳2余目前肚的全廊球卫西星定蒸位系洗统单点店定位痛精度剪约为为2～谁4m碑。使沿用这福种服货务方冶式一嗽定要农事先惠知道加密饮码（W捞码）炎和精码（P逢码）浅的编闭码结酬构。拆否则作便无甩法解核调锁梯定的穗P码减进而峡解读许精密烘星历刮，实耍施精求密测苹距。泡因此馒W码龄与P孟码对右于非港特许幅用户拉是绝谨对保忙密的峡。选择愉性可小用（鞋SA拉）政稻策—谈—对养SP映S实微施干敏扰为了置进一差步降笨低S烤PS逮的定年位精嗽度，南以保锋障美厘国政结府的涝利益贱与安衡全，牲对标汉准定驱位服俭务的诸卫星欣信号扬实施δ技叙术和ε技武术的人悄为干络扰。281.顺2置目前维的全评球卫贵星定香位系肤统δ技毅术—晴—将撕钟频姐信号翠加入盘高频跃抖动杠使C娘/A祖码波集长不打稳定禾。ε技俭术—洁—将正广播赴星历膨的卫屯星轨贝道参盯数加融入人灿为误膜差，巷降低发定位句精度百。在S木A政嫁策的劲影响豪下，株SP稼S的概垂直碑定位享精度奇降为如±1甲50赔m，快水平糕定位佩精度特降为荡±1洁00程m。医科学稀家利辛用G桐PS愿差分界技术猫，可顶以明迫显削即弱S劫A政授策导谋致的绝系统陡性误本差的发影响暴。但复对于损使用绿PP盟S的腊特许沸用户柿，则薄可以才通过缠密匙吸自动帜消除忙SA标影响唉。SA泥政策佳19界91擦年7软月1贯日实衬施，付因影闸响美竖国商雹业利唯益，起于2秘00装0年邀5月伯2日耽取消妄SA际政策甜。291.士2纳目前糖的全弟球卫棍星定归位系善统反电升子欺则骗（逃AS依）技考术—渡—对旬P码衬实施矿加密尽管锣P码住的码键长是递一个脱非常哨惊人危的天察文数匠字（冷码长虚为2累.3磨5×狮10给14脱比特齐）至堪今无伪法破肉译，虎但是狗美国安军方总还是绸担心丽一旦月P码当被破仁译，虚在战稼时敌胸方会驻利用靠P码完调制乔一个柿错误控的导贞航信群息，惜诱骗渗特许尚用户虚的G茶PS间接收有机错富锁信驼号—龟—导肠致错惹误导档航。浑为了姜防止牲这种右电子昌欺骗签，美香国军姨方将友在必滚要时织引入拣W码石，并亩通过习P码抗与W河码的肚模二选相加般转换每为Y单码，哨即对升P码钥实施业加密咱保护汉：由形于W患码对超非特驻许用米户是乏严格意保密帮的，践所以史非特汇许用蛙户将烤无法肾应用您破密屡的P愿码进肤行精彼密定上位和皮实施倦上述太电子亏欺骗葛。301.巾2纽奉目前盘的全示球卫锈星定包位系就统GL报ON龄AS朋S（口Gl昏ob颗al楼N奴av摔ig喇at福io化n萄Sa鹿te示ll术it饱e艘Sy桌st概em案）全球锅导航铸定位墙系统311.近2竞目前盛的全厌球卫推星定旧位系屑统GL牙ON馆AS挤S的站组成卫星环星座由2条4颗围卫星唯组成五（另弦加1植颗备谈用卫育星）歼，平帮均每羞个轨晓道上毕分布那8颗模卫星遥，各骂轨道食升交冠点的论赤经浆相差畜12好0°座；轨劫道偏赔心率蜂e=项0.雀01瞒；卫慨星轨怎道倾证角i桶=贵64牛.8经°；等卫星辜运行侄周期凝T=鼻11吓h1拳5m谁in志（恒粮星时惠11陪.2邪8小久时）初；卫镰星高愧度H乌=1翁91从00灭km遗；卫倒星设滩计的村使用梳寿命闷为4较.5迁年，劲直至挡19符95置年卫查星星被座布鸽成，朵经过找数据悬加载俘、调姥整和遵检验寸，已嫌于1瓜99绿6年泰1月骡18袄日整修个系胡统正料式运隔转。321.组2劳目前狱的全啊球卫盆星定迅位系雾统地面钩系统地面膊控制蔑站组名（G育CS音）设拨有1逝个系盒统控繁制中爱心（煮在莫祖斯科怠区的容Go丙li虾ts排yn疑o-摸2）专，1除个指艇令跟猎踪站慎（C肯TS溪），摩整个傍跟踪挖网络陵分布汇于俄过罗斯资境内待；C者TS辩跟踪粱遥测晋着所邀有G氏LO誓NA拨SS梳可视渡卫星寻，对鼠其进饱行测伐距数见据的聪采集堵和处在理，世并向填各卫培星发讯送控池制指肝令和风导航倘信息咏。在谎GC库S内现装有美激光旁测距誉设备为对测矿距数白据作哲周期兰修正震，为黑此所尼有的劫GL共ON酱AS唯S卫砖星上勉都装锈有激植光反顺射镜蹦。331.尽2秤目前世的全妨球卫宅星定探位系浅统GL壳ON棉AS填S的振技术斧特点卫星匠信号每颗屡GL姿ON析AS动S卫专星配雕有铯钟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