第一講-全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)概述2022優(yōu)秀文檔

身邊的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)車載導(dǎo)航儀1身邊的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)手持導(dǎo)航儀2身邊的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能位置速度時間手機(jī)基站作戰(zhàn)指揮線路規(guī)劃。。。32、導(dǎo)航的定義與作用GNSS：GlobalNavigationSatelliteSystem，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)導(dǎo)航，通過特定的辦法獲得目標(biāo)（本體）所在的空間物理位置以及自身速度信息；是一種為運載體航行時提供連續(xù)、安全和可靠服務(wù)的技術(shù)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一種天基的無線電導(dǎo)航定位和時間傳遞系統(tǒng)，能夠為地球表面和近地空間的各類用戶提供全天候、全天時、高精度的位置、速度和時間等信息服務(wù)。完整的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個全球性的蓬勃發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)?；咀饔茫阂龑?dǎo)飛機(jī)、船艦、車輛（總的稱作運載體），還有個人，安全準(zhǔn)確地沿著所選定的路線，準(zhǔn)時地到達(dá)目的地。53、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史司南(指南針)史上最早的導(dǎo)航工具73、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史經(jīng)度測量緯度測量83、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史LongitudeandTime地球自轉(zhuǎn)：24小時旋轉(zhuǎn)角度：360o確定經(jīng)度的方法：1、在A地對好時鐘（太陽在頭頂時，時鐘指向12點）2、航行到B地后，于本地時12時讀時鐘顯示數(shù)3、將時差換算為經(jīng)度93、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)系統(tǒng)復(fù)雜性集中于導(dǎo)航臺，船載設(shè)備簡單，可靠，易于推廣；作戰(zhàn)角度看，依賴導(dǎo)航臺及電波空間傳播，系統(tǒng)生存能力、抗干擾、反利用、抗欺騙能力等不利作用范圍有限天基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)受外界條件的限制較小導(dǎo)航定位精度高子午儀系統(tǒng)40～500m，GPS系統(tǒng)5～100m可靠性高，經(jīng)濟(jì)效益好作用范圍大133、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——美國子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

1964年在軍事上正式投入使用，為北極星導(dǎo)彈潛艇在遠(yuǎn)海中導(dǎo)航定位而研制的。1967年開始提供民用，目前已停止使用。子午儀系統(tǒng)由三部分組成，空間、地面監(jiān)控、用戶空間6顆衛(wèi)星，1000km高、6個軌道面、軌道傾角90度、周期108min、載波頻率400MHz(導(dǎo)航電文)和150MHz；地面衛(wèi)星跟蹤站、計算中心和注入站；用戶接收衛(wèi)星信號、測量多普勒頻移，計算用戶位置143、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——美國子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特點提供二維導(dǎo)航解；觀測時間8至10min；精度±40m；定位間隔1.5小時；長期觀測精度達(dá)到±3m至±5m。153、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——蘇聯(lián)的奇卡達(dá)(Tsikada)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)年代同子午儀系統(tǒng)；也由三部分組成，空間、地面監(jiān)控、用戶空間6顆衛(wèi)星，1000km高、6個軌道面、軌道傾角83度、周期105min、載波頻率400MHz(導(dǎo)航電文)和150MHz；163、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——GPS系統(tǒng)20世紀(jì)60年代：美國國防部(DOD)、國家航空航天局(NASA)、交通部(DOT)等政府機(jī)構(gòu)對發(fā)展用于三維定位的衛(wèi)星系統(tǒng)產(chǎn)生了興趣。他們認(rèn)為，最佳系統(tǒng)應(yīng)具有如下特性：全球覆蓋、連續(xù)/全天候工作、能為高動態(tài)平臺提供服務(wù)，以及高精度。1964年投入使用的子午儀系統(tǒng)受到廣泛的接受，但由于其存在定位時間長等一些缺陷，美國海軍希望對此進(jìn)行改進(jìn)，這就促成是Timation衛(wèi)星計劃。173、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——GPS系統(tǒng)空軍在此期間也進(jìn)行了記做為621B系統(tǒng)的衛(wèi)星定位概念研究軍方設(shè)想在三個軌道部署15-20顆衛(wèi)星，使用數(shù)字信號的偽隨機(jī)噪聲（PRN）調(diào)制來進(jìn)行測距。美國陸軍探討了諸多可選技術(shù)，如測距、測角、和多普勒測量。但最后也推薦利用PRN調(diào)制來測距。1969年，美國國防部長辦公室（OSD）建立了國防導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)計劃，擬將各軍種的研制工作統(tǒng)一起來，形成了NAVSTARGPS的概念，也就是著名的GPS。183、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——GPS系統(tǒng)實施的四個階段第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。1973年12月，國防部批準(zhǔn)研制GPS。1978年2月22日，第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。193、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——GPS系統(tǒng)實施的四個階段第二階段為1979-1983年全面研制和試驗階段。第三階段：1983-1987系統(tǒng)應(yīng)用研究（設(shè)備定型投產(chǎn)）。從1979年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實驗表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。203、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——GPS系統(tǒng)實施的四個階段1995年，美國國防部公布系統(tǒng)具有軍用完全工作能力；此后幾年GPS的定位技術(shù)運用在民用方面有巨大的突破，已經(jīng)滲透到生活的諸多的方面。2000年5月1日午夜取消了對GPS的SA技術(shù)干擾，使得民用定位精度得到大幅度提升。224.GPS的系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)由三部分組成空間部分地面控制部分用戶設(shè)備部分234.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的空間部分GPS的空間部分的組成GPS衛(wèi)星星座6個軌道面平均軌道高度20200km軌道傾角55周期11h58min（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次）24GPS衛(wèi)星星座設(shè)計星座：21+321顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的備用衛(wèi)星保證在每天24小時的任何時刻，在高度角15以上，能夠同時觀測到4顆以上衛(wèi)星當(dāng)前星座：28顆4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的空間部分254.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的空間部分26GPS衛(wèi)星的地面軌跡4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的空間部分27GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲導(dǎo)航電文生成用于導(dǎo)航定位的信號（測距碼、載波）發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測距碼和導(dǎo)航電文）接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。主要設(shè)備太陽能電池板原子鐘（2臺銫鐘、2臺銣鐘）信號生成與發(fā)射裝置

4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的空間部分28GPS衛(wèi)星（續(xù)）類型試驗衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲星歷能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲星歷能力為180天，SV35和SV36帶有激光反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設(shè)第三民用頻率4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的空間部分29BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同類型的GPS衛(wèi)星4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的空間部分30地面監(jiān)控部分（GroundSegment）組成主控站：1個監(jiān)測站：5個注入站：3個通訊與輔助系統(tǒng)4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的地面控制部分31地面監(jiān)控部分（GroundSegment）（續(xù)）4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的地面控制部分科羅拉多阿松森群島（大西洋）迭戈加西亞（印度洋）卡瓦加蘭（太平洋）夏威夷（太平洋）32監(jiān)測站（5個）作用：接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集氣象信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站。地點：夏威夷、主控站及三個注入站。4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的地面控制部分33主控站（1個）作用：管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作，收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星，監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令；衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。地點：美國科羅拉多州法爾孔空軍基地。4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的地面控制部分34注入站（3個）作用：將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。地點：阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的地面控制部分35組成用戶接收設(shè)備接收設(shè)備GPS信號接收機(jī)其它儀器設(shè)備4.GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的用戶部分36GPS系統(tǒng)的定位過程可描述為:圍繞地球運轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星連續(xù)向地球表面發(fā)射經(jīng)過編碼調(diào)制的連續(xù)無線電信號；信號中含有衛(wèi)星信號準(zhǔn)確的發(fā)射時間,以及不同的時間衛(wèi)星在空間的準(zhǔn)確位置(由衛(wèi)星運動的星歷參數(shù)和歷書參數(shù)描述)；衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)接收衛(wèi)星發(fā)出的無線電信號,測量信號的到達(dá)時間,計算衛(wèi)星和用戶之間的距離；用導(dǎo)航算法(最小二乘法或濾波估計方法)解算得到用戶的位置。37已知一顆衛(wèi)星的位置和接收器到它的距離，就可以確定接收器在一個球面上。已知兩顆衛(wèi)星的位置和接收器到它們的距離，就可以確定接收器在一個環(huán)上。如果知道三顆衛(wèi)星的位置和接收器到它們的距離，通?？梢源_定接收器一定位于兩點之一。若排除一點接收器的位置就確定了?！敖粫ā倍ㄎ?8理想定位模型39理想定位模型40實際定位模型41實際定位模型426、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用交通運輸業(yè)中的應(yīng)用航運、航空搜索陸路交通（車輛導(dǎo)航、監(jiān)控）船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水446、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用測量中的應(yīng)用大地測量地殼運動監(jiān)測工程測量工程變形監(jiān)測資源勘查…456、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用其他領(lǐng)域應(yīng)用精細(xì)農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星定軌資源勘探個人旅游及野外探險電力、廣播、電視、通訊等網(wǎng)絡(luò)的時間同步、時間傳遞…466、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用高精度應(yīng)用城市規(guī)劃的應(yīng)用大中比例尺地形圖測繪和更新市國土地和房屋管理的應(yīng)用土地規(guī)劃市公安交通及公路管理的應(yīng)用公路規(guī)劃、設(shè)計、勘查測量汽車自動駕駛476、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用高精度應(yīng)用水利部門的應(yīng)用水下地形測量工程應(yīng)用大型結(jié)構(gòu)物安全監(jiān)測大壩位移滑坡監(jiān)測氣象應(yīng)用大氣探測486、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用測繪應(yīng)用496、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用大中比例尺地形圖測繪和更新50AutomatedLaneTransitionLaneManualLanereferencestation自動駕駛系統(tǒng)6、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用516、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用水下地形測量52深圳地王大廈風(fēng)荷載位移測量6、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用——大型結(jié)構(gòu)物安全檢測536、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用——大型結(jié)構(gòu)物安全檢測虎門大橋546、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用——大型結(jié)構(gòu)物安全檢測556、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用

——自動化安裝吊裝566、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用

——農(nóng)業(yè)飛防57模擬電路、數(shù)字電路、EDA、嵌入式微處理技術(shù)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)（原理/Linux/Unix）、C語言程序設(shè)計系統(tǒng)復(fù)雜性集中于導(dǎo)航臺，船載設(shè)備簡單，可靠，易于推廣；GPS的系統(tǒng)組成

——GPS的空間部分7、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理DSP設(shè)計：ADI公司的VDSPMentor公司的ModelSimTransitionLane2、航行到B地后，于本地時12時讀時鐘顯示數(shù)收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星，適用情況：對誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗公式系統(tǒng)復(fù)雜性集中于導(dǎo)航臺，船載設(shè)備簡單，可靠，易于推廣；3、衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展史

——GPS系統(tǒng)實施的四個階段7、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理數(shù)字信號處理模塊實現(xiàn)碼跟蹤、載波跟蹤等處理，輸出測量結(jié)果；ManualLane陸路交通（車輛導(dǎo)航、監(jiān)控）586、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用

——氣象探測596、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用

——滑坡監(jiān)測607、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理

——測距碼測距原理距離測定的基本思路信號（測距碼）傳播時間的測定信號傳播時間的測定617、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理

——測距碼測距原理利用測距碼測距的必要條件必須了解測距碼的結(jié)構(gòu)利用測距碼進(jìn)行測距的優(yōu)點采用的是CDMA（碼分多址）技術(shù)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號可提高測距精度便于對系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的偽隨機(jī)噪聲碼微弱信號的捕獲627、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理接收機(jī)框圖63定位解算處理模塊根據(jù)導(dǎo)航電文獲取衛(wèi)星坐標(biāo)信息和其它信息，利用多顆衛(wèi)星的偽距等導(dǎo)航信息結(jié)果進(jìn)行用戶坐標(biāo)定位解算，最終輸出NMEA0183標(biāo)準(zhǔn)的用戶坐標(biāo)、時間等數(shù)據(jù)。1967年開始提供民用，目前已停止使用。1、在A地對好時鐘（太陽在頭頂時，時鐘指向12點）算法仿真：Matlab收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星，子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特點其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。GPS的空間部分的組成7、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理第三階段：1983-1987系統(tǒng)應(yīng)用研究（設(shè)備定型投產(chǎn)）。7、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理

——測距碼測距原理原理：采用參數(shù)估計的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來2、航行到B地后，于本地時12時讀時鐘顯示數(shù)周期11h58min（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次）7、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理天線單元接收衛(wèi)星信號，經(jīng)低噪放大器濾波放大后輸出；射頻模塊進(jìn)行下變頻、功率放大、濾波等處理，輸出中頻模擬信號；信號采樣對中頻模擬信號進(jìn)行AD采樣，輸出數(shù)字中頻；數(shù)字信號處理模塊實現(xiàn)碼跟蹤、載波跟蹤等處理，輸出測量結(jié)果；定位解算處理模塊根據(jù)導(dǎo)航電文獲取衛(wèi)星坐標(biāo)信息和其它信息，利用多顆衛(wèi)星的偽距等導(dǎo)航信息結(jié)果進(jìn)行用戶坐標(biāo)定位解算，最終輸出NMEA0183標(biāo)準(zhǔn)的用戶坐標(biāo)、時間等數(shù)據(jù)。導(dǎo)航信息處理模塊得到標(biāo)準(zhǔn)NMEA0183數(shù)據(jù)后，根據(jù)應(yīng)用功能的不同，將實現(xiàn)不同的作用，如顯示、導(dǎo)航控制等。用戶接口實現(xiàn)用戶與接收機(jī)的交互以及控制。信號處理流程647、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理射頻單元放大、下變頻、信號濾波抑制帶外噪聲和鏡像頻率干擾提供各級本振的載頻以及數(shù)字電路部分的基準(zhǔn)時鐘自動增益控制可以用來調(diào)整信號的動態(tài)范圍667、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理數(shù)字信號處理單元中頻模擬信號采樣；導(dǎo)航信號的載波同步；導(dǎo)航信號的碼同步；數(shù)據(jù)的解調(diào)、位同步、幀同步和導(dǎo)航電文的提??；導(dǎo)航信號的快速搜索和捕獲；677、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理導(dǎo)航信息處理單元導(dǎo)航電文解析；進(jìn)行定位解算，得到用戶坐標(biāo)和時間；針對當(dāng)前可視衛(wèi)星，進(jìn)行星座分析和最優(yōu)星座選擇；自我完好性方案設(shè)計；采用NMEA0183接口輸出用戶坐標(biāo)值、速度等信息；68與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)與傳播途徑有關(guān)的誤差電離層延遲對流層延遲多路徑效應(yīng)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化接收機(jī)鐘差接收機(jī)內(nèi)部噪聲7、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理

——GPS測量誤差的來源697、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理

——消除或消弱各種誤差影響的方法模型改正法原理：利用模型計算出誤差影響的大小，直接對觀測值進(jìn)行修正適用情況：對誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗公式所針對的誤差源相對論效應(yīng)電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星鐘差限制：有些誤差難以模型化707、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理

——消除或消弱各種誤差影響的方法求差法原理：通過觀測值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測值中所包含的相同或相似的誤差影響適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時間或其它類型的相關(guān)性。所針對的誤差源電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星軌道誤差…限制：空間相關(guān)性將隨著測站間距離的增加而減弱717、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理

——消除或消弱各種誤差影響的方法參數(shù)法原理：采用參數(shù)估計的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來適用情況：幾乎適用于任何的情況限制：不能同時將所有影響均作為參數(shù)來估計727、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作原理

——消除或消