全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用

黑龍江八一農墾大學精準農業(yè)技術應用視頻公開課第二講全球衛(wèi)星導航技術應用莊衛(wèi)東教授

GNSS

是GlobalNavigationSatelliteSystem的縮寫。中文譯名：全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)，或：全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。一、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)1.美國全球定位系統(tǒng)（GPS）2.俄羅斯“格洛納斯”系統(tǒng)（GLONASS）3.歐洲“伽利略”系統(tǒng)（GALILEO）4.中國“北斗”系統(tǒng)（BDS,Compass）四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)：（一）全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)組成1.空間部分

由衛(wèi)星系統(tǒng)組成2.地面部分由主控站、注入站、監(jiān)測站和通訊輔助系統(tǒng)等組成；3.用戶部分由接收機組成。（二）全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)特點1.全天候；2.全球覆蓋；3.高精度（定位、測速、授時）；4.多用途。（三）全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的用途

1.陸地應用包括個人及車輛導航定位、資源勘探、工程測量、交通、物流、林業(yè)、農業(yè)等；

2.海洋應用包括海船導航定位，航線規(guī)劃、船只實時調度與導航、海洋救援等；

3.航空航天應用包括飛機導航、低軌衛(wèi)星定軌、導彈制導、航空救援等。

二、GPS系統(tǒng)簡介GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)。20世紀70年代由美國軍方聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。1995年4月宣布具有全運行能力。

1.空間部分GPS系統(tǒng)的空間部分是由24顆衛(wèi)星構成星座。距地表20200km，分布在6條軌道運行，每條軌道上有4顆，可保證在地球表面以上任何角落的GPS接收機在全天24小時至少能接收4顆衛(wèi)星的信號。

2.地面部分

地面部分包括1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。GPS地面控制站分布圖

1—主控站2—監(jiān)測站3—注入站

3.用戶部分

GPS接收機，由主機、天線、電源等組成?？山o用戶提供當前地理位置的經緯度、高度、速度、航向、時間等信息。

農業(yè)中常用的GPS接收機天寶（Trimble）麥哲倫（Magellan）諾瓦泰

（NovAtel）壁虎（Hemisphere）合眾思壯（UniStrong）三、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，英文名稱：Compass。

1.北斗一代2.北斗二代

1.北斗一代北斗一代是北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)，稱為“北斗一號”，是雙星定位系統(tǒng)，屬于有源定位系統(tǒng)。利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供定位、簡短數字報文通信和授時服務。北斗一代雙星有源定位示意圖2.北斗二代中國正在建設的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。在2013年，“北斗”系統(tǒng)已覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。北斗系統(tǒng)地面段北斗二代的服務及性能：1.開放服務：定位精度:10m測速精度:0.2m/s授時精度:50ns2.授權服務廣域差分服務定位精度:1m

短報文通信服務四、衛(wèi)星導航定位原理遠程的導航與定位系統(tǒng)可采用三種方法：（1）無線電導航系統(tǒng)；（2）天文導航系統(tǒng)；（3）慣性導航系統(tǒng)。無線電導航定位技術衛(wèi)星導航定位技術屬于無線電導航定位技術，無線電導航定位是建立在測距的基礎上的?，F代測距多使用無線電信號測量所測距離上的傳播延遲（傳播時間）來推測距離。無線電導航定位技術有兩種基本方式:1.地面導航定位技術以地面三角坐標為基礎的定位技術；2.衛(wèi)星導航定位技術

以衛(wèi)星測距為基礎的定位導航技術系統(tǒng)，用于確定機器在地球上的位置。地面平面三角坐標定位技術原理圖手機基站定位空間定位示意圖兩球相交于圓三球相交于2點四球相交于1點五、差分定位技術衛(wèi)星定位由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、電離層影響、大氣影響、多路徑效應等的影響，解算出的坐標與實際坐標是不一樣的，存在誤差。目前GPS單點定位精度一般在10m左右，不能滿足拖拉機導航自動駕駛等高精度作業(yè)的需求，需要提高定位精度。（一）差分GPS（DGPS）單基準站差分GPS（DifferentialGPS，DGPS）是根據一個基準站所提供的差分改正信息對用戶站進行改正的差分GPS系統(tǒng)。由基準站、無線電數據通訊鏈、用戶站三部分組成。位置差分：簡單易行，精度為米級；

發(fā)送基準站位置的改正量；

偽距差分：簡單易行，精度為亞米級；

發(fā)送所觀測到的所有衛(wèi)星的偽距改正量；

載波相位差分（RTK）：精度高，精度達到厘米級；

發(fā)送基準站的原始載波相位觀測數據。在差分應用中，常采用數傳電臺進行數據傳送?；臼褂冒l(fā)射臺，移動站使用接收臺。一般應覆蓋范圍：8-20km。數傳電臺可使用手機網絡作為無線電數據通訊鏈，抗遮擋、提高覆蓋面和易用性。如GPRS、CDMA2000，WCDMA等。（二）CORS系統(tǒng)利用多基站網絡RTK技術建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務綜合系統(tǒng)（ContinuousOperationalReferenceSystem，縮寫為CORS）。（三）星基增強系統(tǒng)SBASSatelliteBasedAugmentationSystems（SBAS）1.美國：WAAS（WideAreaAugmentationSystem)2.歐洲：EGNOS（EuropeanGeostationaryNavigationOverlaySystem）3.日本：MSAS（Multi-functionSatellite-basedAugmentationSystem）（四）RTG技術RTG（real-timeGipsy，又稱星鏈差分）是全球雙頻GPS差分系統(tǒng)。其GPS差分信號通過三顆同步國際海事衛(wèi)星進行廣播。RTG定位精度可達到分米級。用戶需要交海事衛(wèi)星信號服務費。六、全球衛(wèi)星導航技術農業(yè)應用1.農田地塊長度面積的測量GPS定位數據記錄手機GPS狀態(tài)軟件可顯示GPS和感應器的信息：

經度、緯度、速度、加速度、海拔高度、方位、俯仰角、滾轉角和電池狀態(tài)等。

2.農田三維地形測量

3.土壤取樣田間定位4.衛(wèi)星導航自動駕駛起壟作業(yè)衛(wèi)星導航自動駕駛5.精準施肥