北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)基礎知識第四次課

1、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)基礎知識北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)基礎知識內(nèi)容概要內(nèi)容概要衛(wèi)星導航定位需衛(wèi)星導航定位需求求北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展衛(wèi)星定位基本原衛(wèi)星定位基本原理理衛(wèi)星導航定位需求衛(wèi)星導航定位需求What ？什么是導航定位？how ？衛(wèi)星導航定位怎么實現(xiàn)的？why ？為什么需要衛(wèi)星導航定位？how ？怎樣更好利用導航定位服務生產(chǎn)生活？衛(wèi)星導航定位需求衛(wèi)星導航定位需求定位定位迷路是不知道自己在哪里，不能和已知的位置建立起方位和距離的聯(lián)系。定位，解決我在哪兒的問題。怎么定位？指南針地圖燈塔定位是確定在哪兒定位是確定在哪兒衛(wèi)星導航定位需求衛(wèi)星導航定位需求定位定位定位是確定在哪兒定位是確定在哪兒手機信號定位衛(wèi)

2、星定位無線電定位衛(wèi)星導航定位需求衛(wèi)星導航定位需求導航導航導航是確定怎么去導航是確定怎么去 導航解決怎么走的問題。規(guī)劃路徑，安排時間，力求省時省力。 例如從上海瀚文小學到北京天安門，利用衛(wèi)星導航可以準確規(guī)劃出最優(yōu)路徑，全程約1216公里，開車前往大概需要13小時24分。衛(wèi)星導航定位需求衛(wèi)星導航定位需求日常生活日常生活車載導航網(wǎng)購物流查詢公交系統(tǒng)公安執(zhí)勤移動商店無處不在的衛(wèi)無處不在的衛(wèi)星導航定位星導航定位運動記錄衛(wèi)星導航定位需求衛(wèi)星導航定位需求載體導航載體導航衛(wèi)星導航定位需求衛(wèi)星導航定位需求工程應用工程應用工程測量橋梁監(jiān)測地球形變測量內(nèi)容概要內(nèi)容概要衛(wèi)星導航定位需衛(wèi)星導航定位需求求北斗系統(tǒng)的發(fā)展北

3、斗系統(tǒng)的發(fā)展衛(wèi)星定位基本原衛(wèi)星定位基本原理理四大導航系統(tǒng)四大導航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展四大系統(tǒng)四大系統(tǒng) GPS 全球定位系統(tǒng) 24顆衛(wèi)星 GLONASS格洛納斯 24顆衛(wèi)星 GALILEO伽利略 4顆衛(wèi)星 北斗BDS 14顆衛(wèi)星美國俄羅斯歐盟中國北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展四大系統(tǒng)四大系統(tǒng)北斗系統(tǒng)建設原則北斗系統(tǒng)建設原則開放性免費提供高質(zhì)量的開放服務自主性中國將獨立自主地發(fā)展和運行北斗系統(tǒng)兼容性實現(xiàn)與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容和互操作漸進性根據(jù)中國的技術和經(jīng)濟實際發(fā)展，逐步改進系統(tǒng)北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗三步走北斗三步走第一步第一步試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)從無到有試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)從無到有19

4、83年提出發(fā)展建設概念。1994年北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程啟動，之前歷經(jīng)8年理論論證。2000年發(fā)射第一顆衛(wèi)星。2003年完成試驗系統(tǒng)。最終成果：最終成果： 成功發(fā)射3顆GEO衛(wèi)星，建成北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠提供基本的定位、授時和短報文通信服務。2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗三步走北斗三步走第二步第二步亞太組網(wǎng)，實現(xiàn)亞太區(qū)域服務亞太組網(wǎng)，實現(xiàn)亞太區(qū)域服務 2012年建成由14顆衛(wèi)星組成的區(qū)域星座，區(qū)域服務覆蓋亞太地區(qū)，并正式提供服務。2007年年4月月14日日MEO衛(wèi)星衛(wèi)星2009年年4月月15日日

5、GEO衛(wèi)星衛(wèi)星2010年年1月月17日日GEO衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星運載火箭運載火箭北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗三步走北斗三步走第三步第三步全球組網(wǎng)，實現(xiàn)全球服務全球組網(wǎng)，實現(xiàn)全球服務 2020年建成由35顆衛(wèi)星（5顆GEO，30顆non-GEO）組成的全球?qū)Ш较到y(tǒng)。第二步2012年第三步2020年北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展流程 上世紀60年代末20世紀70年代后20世紀80年代到90年代試驗階段（北斗一號）“北斗二號”區(qū)域系統(tǒng)全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)9顆“北斗導航試驗衛(wèi)星”共35顆“北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)”北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展系統(tǒng)應用系統(tǒng)應用應用服務領域應用服務領域北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)

6、機遇與挑戰(zhàn)面臨挑戰(zhàn)面臨挑戰(zhàn)北斗頻率資源緊缺北斗衛(wèi)星時鐘穩(wěn)定性與國際先進水平有較大差距北斗衛(wèi)星地面跟蹤站僅限國土范圍，幾何結(jié)構(gòu)較差北斗具有三種不同的星座（GEO、IGSO、MEO），但必須有無縫的運控管理GPS已占領全球主要導航市場，而北斗必須擁有屬于自己的市場空間相關政策、法規(guī)、標準需要進一步健全技術創(chuàng)新體系、應用服務體系和產(chǎn)業(yè)推進體系尚不完善，產(chǎn)業(yè)環(huán)境亟待優(yōu)化地面基礎設施 欠缺 ， 分散建設 ， 未形成統(tǒng)一基準綜合服務基礎設施核心應用技術 與國際先進水平差距較大 ， 自主研發(fā)終端性能仍需改進交通 、 電信 、 金融 、 電力 、 物流等 關鍵領域 未全部使用中國時頻基準衛(wèi)星導航行業(yè)應用規(guī)?？?/p>

7、體偏小，技術和業(yè)務的深度融合不足，裝備與系統(tǒng)應用水平較低大眾位置服務市場產(chǎn)業(yè)鏈較長，缺乏有效的商業(yè)模式對國際市場、國際用戶需求、導航產(chǎn)業(yè)國際化發(fā)展頂層謀劃研究不足北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展用戶終端應用用戶終端應用用戶終端應用效果較好的環(huán)境用戶終端應用效果較好的環(huán)境空曠地樓頂高處電磁輻射弱北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展用戶終端應用用戶終端應用用戶終端應用效果差的環(huán)境用戶終端應用效果差的環(huán)境隧道水面高架城市高樓樹林下電磁環(huán)境復雜內(nèi)容概要內(nèi)容概要衛(wèi)星導航定位需衛(wèi)星導航定位需求求衛(wèi)星定位基本原衛(wèi)星定位基本原理理北斗系統(tǒng)的發(fā)展北斗系統(tǒng)的發(fā)展衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理系統(tǒng)簡介系統(tǒng)簡介美蘇爭霸美蘇空間

8、信息激烈競爭，為衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供了大量的資金支持。通信技術的發(fā)展為衛(wèi)星信號遠距離傳輸提供了可能。電子技術進步為衛(wèi)星的控制、制造提供了強有力的保證。經(jīng)濟社會的需求是衛(wèi)星導航系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的源動力。衛(wèi)星導航系統(tǒng)有三部分組成：空間星座部分，地面控制部分，用戶終端設備。系統(tǒng)簡介系統(tǒng)簡介北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設二、北斗的組成（1）空間端 空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星（2）地面端 主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站（3）用戶終端衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成地面控制部分地面控制部分 地面控制部分包括：主控站，上行注入站和監(jiān)測站。負責收集由衛(wèi)星傳回之訊息，并計算衛(wèi)星星歷、

9、相對距離，大氣校正等數(shù)據(jù)，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導航電文。衛(wèi)星地面控制部分衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理原理說明原理說明衛(wèi)星向地面發(fā)射電磁波，以光速傳播。衛(wèi)星距地面高度約為20000km。x 公里？ t 秒？衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理定位原理定位原理得到衛(wèi)星和接收機之間的距離后如何定位？衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理平面定位原理平面定位原理衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理定位原理定位原理黑色 = 可見, 紅色 = 不可見, 綠色 = 視線 l 總共50顆以上衛(wèi)星。l 地球任意一點可以看到5-12顆衛(wèi)星。l 任一衛(wèi)星的瞬時

10、位置可根據(jù)星歷計算得到。美國GPS歐盟伽利略俄羅斯GLONASS中國BDS空間距離交匯定位空間距離交匯定位衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理(x,y,z)為待求的接收機位置， d為衛(wèi)星到接收機的距離，(xi,yi,zi)為衛(wèi)星瞬時位置（由星歷計算得到）。定位誤差定位誤差衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理三方面的誤差：衛(wèi)星產(chǎn)生的誤差傳播路徑產(chǎn)生的誤差接收機產(chǎn)生的誤差定位方程修正定位方程修正衛(wèi)星定位基本原理衛(wèi)星定位基本原理定位原理定位原理偽距定位基本觀測方程偽距定位基本觀測方程tC是通過延時計算的星站距離是真實的星站距離是時鐘偏差引起的誤差n星站距離計算u以碼相位對齊測

11、出GPS信號時延u以時延計算距離n衛(wèi)星定位u空間距離交會法定位u同步觀測4顆以上衛(wèi)星四大導航系統(tǒng)之一l當前全球有四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)，分別是美國的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的格羅納斯GLONASS系統(tǒng),歐洲在建的 “伽利略”系統(tǒng),和中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。 “伽利略”系統(tǒng)格羅納斯系統(tǒng) GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成，空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站 .空間：北斗第二代導航衛(wèi)星網(wǎng)l“北斗第二代導航衛(wèi)星網(wǎng)”將由顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務方式：開放服務和授權服務。30顆

12、非靜止軌道衛(wèi)星由27顆中軌衛(wèi)星和3顆傾斜同步， 27顆中軌衛(wèi)星分布在傾角為55度的三個軌道平面上，每個面上有9顆衛(wèi)星，軌道高度為21500公里。導航原理：雙星定位用戶提出申請服務項目并發(fā)送入站用戶提出申請服務項目并發(fā)送入站信號，經(jīng)兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到地面中心，信號，經(jīng)兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到地面中心，地面中心接到此信號后，解調(diào)出用地面中心接到此信號后，解調(diào)出用戶發(fā)送的信息，測量出用戶至兩顆戶發(fā)送的信息，測量出用戶至兩顆衛(wèi)星的距離，對定位申請計算用戶衛(wèi)星的距離，對定位申請計算用戶的地理坐標，由于的地理坐標，由于2顆衛(wèi)星的位置顆衛(wèi)星的位置是已知的，分別作以兩位星為兩球是已知的，分別作以兩位星為兩球的球心，另一球面

13、是基本參數(shù)且已的球心，另一球面是基本參數(shù)且已確定的地球參考橢球面確定的地球參考橢球面3球交會點球交會點為測量的用戶位置。為測量的用戶位置。 功能l短報文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報文信息。l精密授時：北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20ns-100ns時間同步精度。l定位精度：水平精度100米(1)，設立標校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75MHz。l系統(tǒng)容納的最大用戶數(shù)：每小時540000戶。 應用領域l北斗導航定位系統(tǒng)服務區(qū)域為中國及周邊國家和地區(qū)，可廣泛應用于船舶運輸、公路交通、鐵路運輸、海上作業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)、水文測報、森林防火、環(huán)境監(jiān)測等眾多行業(yè)，以及軍隊、公安、海關等其他有特殊指揮調(diào)度要求的單位 與GPS比較No1：覆蓋范圍：覆蓋范圍： 北斗導航系統(tǒng)是覆蓋中國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70-140，北緯5-55。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)，能夠確保地球上任何地點、任何時間能同時觀測到6-9顆衛(wèi)星(實際上最多能觀測到11顆) 與GPS比較lNo2:定位精度定位精度 北斗導航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時精度約100n