衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)概述

1、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)概述衛(wèi)星：圍繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)的物體，這里指人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星：圍繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)的物體，這里指人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星通信：地球上包括地面、水面和低層大氣中的無(wú)線電通信站之間利用人造地球衛(wèi)星作中繼站而進(jìn)行的通信。導(dǎo)航：通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)定運(yùn)載體在行進(jìn)途中的位置和速度，引導(dǎo)運(yùn)載體沿一定航線經(jīng)濟(jì)而安全地到達(dá)目的地的技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，必須首先實(shí)現(xiàn)定位，即精確確定當(dāng)前所在的位。只有先定位，才能確定目的地的方向，即實(shí)現(xiàn)定向。導(dǎo)航定位的發(fā)展推算定位天文導(dǎo)航慣性導(dǎo)航無(wú)線電導(dǎo)航置導(dǎo)航系統(tǒng)置通過(guò)航行的方向和距離來(lái)推算其所在位置?？趹T性導(dǎo)航系統(tǒng)(InertialNavigationSystem)根據(jù)牛頓提出的相對(duì)慣性空間的

2、力學(xué)定律，利用陀螺、加速度計(jì)等慣性元件感受運(yùn)動(dòng)載體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)積分運(yùn)算，從而得到運(yùn)動(dòng)載體的位置和速度等信息。優(yōu)點(diǎn)是不依賴外界導(dǎo)航臺(tái)和電磁波的傳播，因此應(yīng)用不受環(huán)境限制，包括海陸空及水下。隱蔽性好，不可能被干擾，生存能力強(qiáng)。此外，還可以產(chǎn)生包括載體三維位置、三維速度與航向姿態(tài)的多種信息。然而，它的垂直定位信息不好。無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理根據(jù)電磁波在理想均勻媒介中按直線傳播，且速度為常數(shù)，并在任兩種媒質(zhì)介面上一定產(chǎn)生反射，入射波和反射波同在一鉛垂面內(nèi)的特性，進(jìn)行導(dǎo)航定位。優(yōu)點(diǎn)：電磁波的傳播基本上不受晝夜、氣候、距離的影響；可對(duì)空中、海上與地面的各種運(yùn)動(dòng)載體進(jìn)行定位、導(dǎo)航。測(cè)

3、量快、準(zhǔn)確度高、可靠性高。缺點(diǎn)：電磁波難免受外界干擾衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)口NNSS子午儀系統(tǒng)口GPS口GLONASS系統(tǒng)口雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號(hào)）口北斗二號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)口GNSS加俐略系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航起源衛(wèi)星導(dǎo)航是從一起有趣的發(fā)現(xiàn)開(kāi)始的1957年1月4日，前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的吉勒(W.H.Gule和韋芬巴克G.C.Weiffenbach兩位科學(xué)家在用無(wú)電跟蹤人造衛(wèi)星時(shí)，發(fā)現(xiàn)接收到的電磁波頻率隨著衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化。其原因是由于衛(wèi)星相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)時(shí),電磁波在傳播過(guò)程中出現(xiàn)了多普勒效應(yīng)。于是他們研究出一種根據(jù)地面跟蹤站的位置和測(cè)量到的多普勒頻移來(lái)計(jì)算衛(wèi)星

4、運(yùn)行軌道的方法，從而確定了前蘇聯(lián)人造地球衛(wèi)星的軌道參數(shù)。衛(wèi)星導(dǎo)航起源-衛(wèi)星導(dǎo)航起源-衛(wèi)星多普勒定位技術(shù)11h多普勒效應(yīng)是1842年由奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的?？梢员硎鰹椋河捎诓ㄔ椿蛴^察者的運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)觀測(cè)頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象?？诓ㄔ聪鄬?duì)于觀測(cè)站運(yùn)動(dòng)所引起的多普勒頻移效應(yīng)可用下式表示:rCVas式中c為真空中的光速v為衛(wèi)星相對(duì)于觀測(cè)站的瞬時(shí)速度f(wàn)s為波源發(fā)射頻率，r為觀測(cè)站接收到的頻率，a為波源瞬時(shí)速度方向與波源至觀測(cè)站聯(lián)線的夾角。衛(wèi)星導(dǎo)航起源-衛(wèi)星導(dǎo)航起源-衛(wèi)星多普勒定位技術(shù)11度。由上式整理可得：dr=c(f-f)=c匈dtfrsf觀測(cè)站就可根據(jù)所測(cè)量的接收頻率而得出多普勒頻移Af，

5、進(jìn)而算出衛(wèi)星在某一瞬時(shí)與觀測(cè)站的距離差，從而確定觀測(cè)站的地心坐標(biāo)。也就是說(shuō)，當(dāng)?shù)孛娼邮諜C(jī)位置一定時(shí)，衛(wèi)星在通過(guò)接收機(jī)視界的時(shí)間內(nèi)，接收的無(wú)線電信號(hào)多普勒頻移曲線與衛(wèi)星軌道是已知的，只要能測(cè)得衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移，就可衛(wèi)星導(dǎo)航起源當(dāng)時(shí)任該應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研究中心主席的麥克盧爾(ETMeclure等人受此啟發(fā)運(yùn)用逆向思維方法認(rèn)為由已知的衛(wèi)星軌道和測(cè)得的多普勒頻移能確定地面接收站的位置。從而產(chǎn)生了衛(wèi)星導(dǎo)航的想法。根據(jù)這一原理，1958年由美國(guó)海軍武器實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始研制于1964年建成用來(lái)對(duì)核潛艇提供全球?qū)Ш蕉ㄎ坏淖游鐚?dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NavyNavigationSatelliteSysbiNSS)。又稱多普勒

6、衛(wèi)星定位系統(tǒng)?？贜NSS系統(tǒng)是人類歷史上誕生的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。NNSS系統(tǒng)由六顆獨(dú)立軌道的極軌衛(wèi)星組成軌道傾角90由六顆獨(dú)立軌道的極軌衛(wèi)星組成軌道傾角90;衛(wèi)星運(yùn)廳周期為T=107min;衛(wèi)星高度約為H=1075km。地面系統(tǒng)4個(gè)衛(wèi)星跟蹤站；一個(gè)計(jì)算中心;一個(gè)控制中心；2個(gè)注入站；1個(gè)天文臺(tái)。衛(wèi)星信號(hào)4.9996MHS準(zhǔn)中頻信號(hào)，倍頻和80倍，形成149.988MH和399.968MH的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。NNSS系統(tǒng)定軌精度廣播星歷所預(yù)報(bào)的衛(wèi)星位置的切向誤差為士17m;徑向誤差為士精密星歷所預(yù)報(bào)的衛(wèi)星位置精度為2m。定位精度利用廣播星歷的單點(diǎn)定位精度約為0m利用多次觀測(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可以達(dá)到35m的

7、精度。利用精密星歷并利用多次觀測(cè)數(shù)據(jù)可獲得定位精度為0.51m。1967年7月該系統(tǒng)由軍方解密供民間使用此。后用戶數(shù)量迅速增長(zhǎng)，最多達(dá)9.5萬(wàn)戶，而軍方用戶最多時(shí)只有650個(gè)。NNSS系統(tǒng)口在NNSS系統(tǒng)中當(dāng)衛(wèi)星通過(guò)接收機(jī)視界上空時(shí)連續(xù)接收衛(wèi)星的多普勒信號(hào)。NNSS雖可以提供全球定位但要間隔4一6小時(shí)才能得到一次定位的機(jī)會(huì)，且一次定位時(shí)要十幾分鐘才能得到結(jié)果，無(wú)法滿足連續(xù)實(shí)時(shí)定位的要求。此外，衛(wèi)星軌道低，信號(hào)頻率較低受電離層影響大，不能滿足精密大地定位的精度要求?？谠贜NSS的啟發(fā)下開(kāi)始研制全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSySjEH稱為GNSS)。GNSSGNSS系統(tǒng)組成由三部分構(gòu)成，分別為空間星座部分、地面監(jiān)控部分、用戶設(shè)備部分MasterStationMonitorStations構(gòu)成。毎顆衛(wèi)星廣播RF測(cè)距碼和導(dǎo)航電文。MasterStationMonitorMasterStationMonitorStationsGNSS系統(tǒng)組成導(dǎo)航電文；生成并發(fā)送用于導(dǎo)航定位的無(wú)線電信號(hào)；接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作。GNSS系統(tǒng)組成GNSS系統(tǒng)組成GNSSGNSS系統(tǒng)組成口組成：主控站、監(jiān)測(cè)站、注入站、通訊設(shè)施等。口組成：主控站、監(jiān)測(cè)站、注入站、通訊設(shè)施等。山口作用：監(jiān)測(cè)站：接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集氣象信息，并將所收集到