第5章 - 其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

說明及致謝

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全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)增強(qiáng)

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)俄羅斯GLONASS系統(tǒng)GLONASS--全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GLONASS是俄羅斯/前蘇聯(lián)與美國GPS系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的天基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。由24顆中軌道(MEO)衛(wèi)星、地面控制機(jī)構(gòu)以及用戶設(shè)備構(gòu)成。采用FDMA技術(shù)，PRN測(cè)距。衛(wèi)星數(shù)量變化：

--1991[7]--2005[14]--2007[18]--2011[24]GLONASS系統(tǒng)構(gòu)成地面監(jiān)控系統(tǒng)衛(wèi)星接收機(jī)GLONASS與GPS的比較參數(shù)GLONASSGPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星數(shù)21＋321＋3軌道平面數(shù)36軌道傾角64.8°55°軌道高度19100km20180km軌道周期（恒星時(shí)）11h15min12h衛(wèi)星信號(hào)的區(qū)分FDMACDMAL1頻率1602~1615MHz頻道間隔0.5625MHz1575MHzL2頻率1246~1256MHz頻道間隔0.4375MHz1228MHzfk1=f01+k×Df1fk2=f02+k×Df2fk3=fk1*3/4f01=1602MHz;Df1=562,5kHzf02=1246MHz;Df2=437,5kHzGLONASS的FDMA俄羅斯GLONASS系統(tǒng)現(xiàn)代化改造：

GLONASS-M衛(wèi)星

GLONASS-K衛(wèi)星

--目標(biāo)是保持與GPS/GALILEO的兼容性。民用服務(wù)精度項(xiàng)目水平面垂直面規(guī)定值100m(2drms/95%)150m(95%)實(shí)測(cè)值26m(2drms/95%)45m(95%)GLONASS-K衛(wèi)星GLONASS衛(wèi)星發(fā)射GLONASS星座狀態(tài)

GLONASSconstellationstatus,06.05.2011GPS/GLONASS組合PPP的精度GPS/GLONASS組合PPP的精度中國參加Galileo系統(tǒng)建設(shè)中國與歐盟2003.10.30在北京簽署伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航合作協(xié)定“伽利略計(jì)劃”總共投資約33億歐元，按照中國和歐盟15個(gè)國家以平等地位參與合作的原則，中國將出資兩億歐元左右中方將參與管理層聯(lián)合執(zhí)行體，并享有20％的選舉權(quán)。中國參加伽利略計(jì)劃管理，參加伽利略計(jì)劃開發(fā)階段包括空間段、地面段、應(yīng)用段項(xiàng)目、提供資金等一系列具體的權(quán)利和義務(wù)安排。歐洲Galileo系統(tǒng)Galileo系統(tǒng)構(gòu)成5TT&C

Stations9Mission

Uplink

Stations3ControlCentres30-40Galileo

SensorStationsConstellationof

30MEOSatellitesUsers&ServiceProviders

IMS

TTC上行GCCL-band導(dǎo)航UHF搜救….區(qū)域設(shè)施局域設(shè)施COSPAS-SARSAT地面設(shè)施衛(wèi)星星座外部輔助系統(tǒng)C波段區(qū)域上行S波段

監(jiān)控站ICCIMSNetworkICCIMSNetworkIULS......NAVSISNAVSISNAVSISNAVSIS任務(wù)上行局域設(shè)施局域設(shè)施數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)鏈導(dǎo)航控制&星座維護(hù)中心完好性測(cè)試與發(fā)布全球設(shè)備用戶Galileo系統(tǒng)構(gòu)成Galileo提供的服務(wù)自由航空；大眾市場(chǎng)；簡(jiǎn)單的定位授時(shí)加密；有保障服務(wù)開放服務(wù)+

信號(hào)完好性加密；完好性；

連續(xù)可用性接近實(shí)時(shí)；高精度；

方便的信息反饋鏈路開放服務(wù)GalileoOpenService

OS

商業(yè)服務(wù)CommercialService，CS生命安全服務(wù)SafetyofLife，SoL公共特許服務(wù)PublicRegulatedService，

PRS導(dǎo)航搜索救援服務(wù)SearchandRescueService,SAR搜救Galileo搜索救援服務(wù)Galileo搜索救援服務(wù)Galileo定位信號(hào)Galileo實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星2005年12月28日發(fā)射Galileo實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)CONGOnetworksites(Feb2010)COoperativeNetworkforGIOVEObservation(CONGO)TheEuropeanGNSSProgrammes24GalileoSystemTestbedv1Validationofcriticalalgorithms2003GalileoSystemTestbedv22initialtestsatellites2005In-OrbitValidation4IOVsatellitesplusgroundsegment2011InitialOperationalCapabilityEarlyServicesforOS,SAR,PRS18satellites2014/2015FullOperationalCapabilityAllservices,30satellites2016/2017InorderforGalileotoberecognizedbythedownstreammarketasthesecondsatellitenavigationsystemofchoiceitiskeytodeliverearlyservicesassoonas2014/2015.Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)展時(shí)間表GalileoIOVvsFOCComponentIOVPhaseFOCPhaseSatellites427(+3)ControlCentres13MissionUplinkStations59TT&CStations25SensorStations2030-40IOV(InOrbitValidation),FOC(FullOperationalCapability)中國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展路線按照三步走的總體規(guī)劃分步實(shí)施：+第一步

1994年啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)(BNTS)建設(shè)2000年實(shí)現(xiàn)區(qū)域有源服務(wù)能力+第二步2004年啟動(dòng)北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)(COMPASS)建設(shè)2012年實(shí)現(xiàn)區(qū)域無源服務(wù)能力+第三步2020年實(shí)現(xiàn)全球無源服務(wù)能力北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)

（北斗一代）2000年分別發(fā)射北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)第一顆、第二顆衛(wèi)星，2003年發(fā)射第三顆衛(wèi)星，建成區(qū)域有源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，使我國成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。該系統(tǒng)可為我國及周邊地區(qū)的中低動(dòng)態(tài)用戶提供快速定位、短報(bào)文通信和授時(shí)服務(wù)。

導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星由三顆地球同步靜止軌道衛(wèi)星組成（其中一顆在軌備份），分別定點(diǎn)于140°E、80°E和110.5°E（備份星）。三星分別于2000年10月、12月和2003年5月成功發(fā)射、運(yùn)行，至今仍在工作。衛(wèi)星在軌工作示意圖北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)

（北斗一代）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)定位原理北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)定位原理

地面中心站經(jīng)兩顆衛(wèi)星傳送測(cè)距問詢信號(hào)，用戶若需定位則回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。地面中心站根據(jù)用戶應(yīng)答信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算衛(wèi)星-用戶距離，分別以兩顆衛(wèi)星為球心并以兩個(gè)衛(wèi)星-用戶距離為半徑作出兩個(gè)定位球面。+兩個(gè)定位球面與地球表面相交構(gòu)成兩個(gè)定位圓周，用戶必定位于兩個(gè)定位圓周相交的兩個(gè)交點(diǎn)上，兩個(gè)交點(diǎn)是以赤道面為對(duì)稱面的南北對(duì)稱。地面中心站計(jì)算用戶坐標(biāo)后，再根據(jù)坐標(biāo)上的地面數(shù)字高程模型查出用戶高程，由衛(wèi)星發(fā)送至用戶。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)定位原理北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)BNTS對(duì)服務(wù)區(qū)域用戶進(jìn)行全天時(shí)全天候的連續(xù)定位服務(wù)，定位精度較高；

BNTS星座構(gòu)成的衛(wèi)星數(shù)量較少(僅2~4顆)，建設(shè)成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)

BNTS具備消息通信功能，便于用戶-用戶、用戶-管理者的溝通；

BNTS能夠提供高精度的時(shí)間信息，可以用于時(shí)間同步。雙星有源導(dǎo)航定位體制，只能提供低動(dòng)態(tài)和靜態(tài)導(dǎo)航定位服務(wù)。需要中心站提供數(shù)字高程圖數(shù)據(jù)和用戶機(jī)發(fā)上行信號(hào)，定位精度低,隱蔽性差。系統(tǒng)用戶容量、導(dǎo)航定位維數(shù)有限無冗余測(cè)距信息，在體制上不能與國際上的ＧＰＳ、“GLONASS”及將來的“伽利略”系統(tǒng)兼容。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)缺點(diǎn)區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星由5GEO+3IGSO+4MEO混合星座組成。5顆地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）分別定點(diǎn)于東經(jīng)60°、80°、110.5°、140°、160°。3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星（IGSO）分別在間隔120°的三個(gè)軌道上，傾角55°，星下點(diǎn)軌道重合，交叉點(diǎn)為東經(jīng)118°，相位差120°。4顆中軌道衛(wèi)星（MEO）為Walker24/3/1星座的第一軌道面第7、8相位，第二軌道面第3、4相位，軌道高21528公里，傾角55°。我國區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星我國全球?qū)Ш叫l(wèi)星設(shè)想全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)面向全世界開放的衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)，在全球范圍內(nèi)提供基本的導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)在區(qū)域?qū)Ш交A(chǔ)上，增加MEO衛(wèi)星，由24MEO+3GEO+3IGSO混合星座組成。24顆MEO衛(wèi)星為Walker24/3/1星座，三個(gè)軌道面，各8顆衛(wèi)星均勻分布。北斗二代導(dǎo)航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)官方網(wǎng)站競(jìng)相發(fā)展的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)美國GPS歐盟伽利略俄羅斯GLONASS中國北斗內(nèi)容要點(diǎn)

全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)增強(qiáng)

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)日本QZSS系統(tǒng)的概念SignalfromhighelevationangleApplicabletonavigationservicesformountainareaandurbancanyonFootprintofQZSorbitCentered137EEccentricity0.1,Inclination45deg印度IRNSS區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)3GEOsatellitesat340,830,and131.50East4GSOsatellitesat290inclinationwithLongitudeCrossingat550and1110印度政府于2006年5月9日正式批準(zhǔn)建設(shè)的印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(IRNSS)，將由7顆衛(wèi)星(4顆同步軌道，3顆大橢圓軌道)及其地面控制系統(tǒng)組成，預(yù)計(jì)未來6年內(nèi)研發(fā)、制造和發(fā)射7顆衛(wèi)星的投資需要3.5億美元(160億盧比)。印度聲稱，該系統(tǒng)將完全由印度控制，所有IRNSS星座、地面控制系統(tǒng)和用戶接收機(jī)的研制和生產(chǎn)都由印度獨(dú)自主完成，這項(xiàng)工程的實(shí)施預(yù)計(jì)將會(huì)給印度航天部門和工商企帶來巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)和商機(jī)。區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)QuasiZenithSatelliteSystem

OperatedbyJapan

Numberofsatellites3

accurateto8-22metersIndian

Regional

Navigation

Satellite

System

OperatedbyIndia

Numberofsatellites7

Accurateto20metersBeidou

OperatedbyChina

Numberofsatellites4

Accurateto100meters內(nèi)容要點(diǎn)

全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)增強(qiáng)

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)GPS地基增強(qiáng)系統(tǒng)的工作原理(GroundBasedAugmentSystem:GBAS)GBASCat-1SydneyEquipmentontheHookatSydneyAirport(LocalAreaAugmentSystem:LAAS)GPS空基增強(qiáng)系統(tǒng)的工作原理

(SpaceBasedAugmentSystem:SBAS)上傳站：轉(zhuǎn)發(fā)誤差改正信息到地球靜止衛(wèi)星地球靜止衛(wèi)星：轉(zhuǎn)發(fā)誤差改正信息給用戶GPS星座主控中心：處理GPS數(shù)據(jù)以確定誤差大小GPS定位精度SBAS定位精度監(jiān)測(cè)站：接受GPS信號(hào)并發(fā)送到主控中心GPS空基增強(qiáng)系統(tǒng)的工作原理

(SpaceBasedAugmentSystem:SBAS)地球同步衛(wèi)星電離層IGPS衛(wèi)星用戶廣域參考站廣域參考站廣域參考站世界上應(yīng)用成熟的空基增強(qiáng)系統(tǒng)GLONASSEGNOSWAASMSASGPS美國的WASS系統(tǒng)*TheEuropeanGNSSProgrammesEGNOS

ServiceAreaEGNOSSatelliteFootprints3GEO

Satellites

2SupportFacilities6Navigation

LandEarth

StationsGPSsignals34Ranging&IntegrityMonitoring

Stations(RIMS)4Mission

Control

CentresSoontobereplacedbyASTRASIRIUS5ASTRA5B3GeostationarysatellitesINMARSAT3F2AOR-E(15.5°W)ARTEMIS(21.3°E)INMARSAT4F2歐洲的EGNOS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其服務(wù)區(qū)域DefinitionPhaseIOPPhase200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019EGNOSProgrammePhasesOperationalPhase(LongTermOperations,Extensions,Replenishments)EGNOS系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)度表MCSMasterControlStationMRSGMSGroundMonitorStationHitachiotaMCSSapporoGMSFukuokaGMSNahaGMSUserAustraliaMRSHawaiiMRSKobeMCSTokyoGMSGPSConstellationMTSATKDD64KbpsNTT64Kbps1MbpsMonitorandRangingStationL-bandK-bandGroundLink2GEO2MCS2MRS4GMS日本MSAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)TheWideAreaAugmentationSystem(WAAS)willprovideguidanceforenrouteflight,terminal,andapproachoperations.WAASsendsdifferentialcorrectionandintegritymessagestoaircraftviageostationaryearth-orbit(GEO)satellitesatthesamefrequenciesastheGPS.Inadditiontothedifferentialcorrections,theWAASsignalsprovideanadditionalrangingsourceforincreasedaccuracyandavailability.TheLocalAreaAugmentationSystem(LAAS)willmeettheguidancerequirementsforthemorestringentapproachandsurfaceoperationsinallweatherconditions.TheLAASisintendedtocomplementtheWAASandfunctiontogethertosupplyuserswithseamlesssatellite-basednavigationforallphasesofflight.Inpracticalterms,thismeansthatatlocationswheretheWAASisunab