《北斗導(dǎo)航原理》課件

北斗導(dǎo)航原理北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。本課件將深入講解北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的原理，包括其發(fā)展歷程、組成部分、信號構(gòu)成、定位原理、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來發(fā)展趨勢。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)概述全球覆蓋北斗系統(tǒng)現(xiàn)已建成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。自主研發(fā)北斗系統(tǒng)是中國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。多系統(tǒng)兼容北斗系統(tǒng)與其他全球?qū)Ш较到y(tǒng)兼容互操作，提高定位精度和可靠性。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）簡介1美國GPS全球定位系統(tǒng)2俄羅斯GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)3歐洲Galileo全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)4中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)的發(fā)展歷程11994年北斗一號工程立項(xiàng)22000年北斗一號系統(tǒng)正式投入運(yùn)營32004年北斗二號工程立項(xiàng)42012年北斗二號系統(tǒng)正式投入運(yùn)營52017年北斗三號全球組網(wǎng)完成62020年北斗三號系統(tǒng)正式投入運(yùn)營北斗一號、二號、三號系統(tǒng)的區(qū)別北斗一號區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，覆蓋中國及周邊地區(qū)。北斗二號區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，覆蓋亞太地區(qū)。北斗三號全球?qū)Ш较到y(tǒng)，覆蓋全球。北斗系統(tǒng)的組成部分空間段衛(wèi)星星座地面段地面控制系統(tǒng)用戶段各類用戶終端空間段：衛(wèi)星星座1地球同步軌道衛(wèi)星3顆2中地球軌道衛(wèi)星27顆3傾斜地球同步軌道衛(wèi)星3顆地面段：地面控制系統(tǒng)主控站地面站數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)信號監(jiān)測站用戶段：各類用戶終端智能手機(jī)汽車導(dǎo)航儀船舶導(dǎo)航系統(tǒng)航空導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星的軌道特性地球同步軌道衛(wèi)星中地球軌道衛(wèi)星傾斜地球同步軌道衛(wèi)星地球同步軌道衛(wèi)星地球同步軌道衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)速度一致，在地球表面上空保持靜止，為用戶提供穩(wěn)定的信號服務(wù)。北斗系統(tǒng)使用地球同步軌道衛(wèi)星確保其對全球用戶的覆蓋。中地球軌道衛(wèi)星中地球軌道衛(wèi)星位于地球表面上空約20,000公里處，運(yùn)行速度比地球同步軌道衛(wèi)星快，但仍然比低地球軌道衛(wèi)星慢。北斗系統(tǒng)使用中地球軌道衛(wèi)星提供更廣泛的覆蓋范圍。傾斜地球同步軌道衛(wèi)星傾斜地球同步軌道衛(wèi)星相對于地球同步軌道衛(wèi)星有傾斜角，能夠增強(qiáng)對地球極區(qū)的信號覆蓋。北斗系統(tǒng)使用傾斜地球同步軌道衛(wèi)星提高其對高緯度地區(qū)的覆蓋范圍。北斗信號的構(gòu)成測距碼（PRN碼）用于測距導(dǎo)航電文提供衛(wèi)星位置和時(shí)間信息載波頻率用于接收機(jī)與衛(wèi)星同步測距碼（PRN碼）測距碼是偽隨機(jī)噪聲碼，每個(gè)衛(wèi)星使用不同的碼，接收機(jī)通過接收到的測距碼與已知的碼進(jìn)行比對，計(jì)算出信號從衛(wèi)星到接收機(jī)的傳播時(shí)間，從而推算出衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離。導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文包含衛(wèi)星的位置信息、時(shí)間信息以及其他導(dǎo)航參數(shù)。接收機(jī)通過解析導(dǎo)航電文，獲取衛(wèi)星的精確位置和時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出自身的位置和時(shí)間信息。載波頻率北斗信號使用多個(gè)載波頻率，每個(gè)載波頻率對應(yīng)不同的信號類型。接收機(jī)通過接收到的載波頻率與自身時(shí)鐘進(jìn)行同步，確保接收機(jī)與衛(wèi)星之間的時(shí)間同步。北斗信號調(diào)制方式北斗信號采用不同的調(diào)制方式，例如BPSK、QPSK、MBOC等。不同的調(diào)制方式對應(yīng)不同的信號帶寬、抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足不同應(yīng)用場景的需求。B1I、B1C、B2a、B2b等信號北斗系統(tǒng)使用多個(gè)信號，例如B1I、B1C、B2a、B2b等。不同的信號對應(yīng)不同的頻率、帶寬、碼率和調(diào)制方式，滿足不同用戶和應(yīng)用場景的需求。北斗定位原理偽距測量接收機(jī)通過測量衛(wèi)星信號傳播時(shí)間，計(jì)算出衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離?？臻g幾何定位利用多個(gè)衛(wèi)星的偽距信息，通過幾何計(jì)算確定接收機(jī)的位置。偽距測量偽距測量是指接收機(jī)通過測量衛(wèi)星信號傳播時(shí)間，計(jì)算出衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離。由于信號傳播時(shí)間受電離層、對流層、多徑效應(yīng)等因素影響，實(shí)際測量的距離與真實(shí)距離之間存在偏差?？臻g幾何定位空間幾何定位是指利用至少四顆衛(wèi)星的偽距信息，通過幾何計(jì)算確定接收機(jī)的位置。接收機(jī)通過解算方程組，確定其在三維空間中的坐標(biāo)。北斗系統(tǒng)使用至少四顆衛(wèi)星來提供精確的定位信息。誤差來源與消除電離層延遲誤差對流層延遲誤差多徑效應(yīng)誤差衛(wèi)星鐘差接收機(jī)鐘差電離層延遲誤差電離層延遲誤差是由于信號穿過電離層時(shí)，傳播速度發(fā)生變化而產(chǎn)生的誤差。電離層延遲與信號頻率相關(guān)，可以通過測量不同頻率的信號傳播時(shí)間來消除電離層延遲誤差。對流層延遲誤差對流層延遲誤差是由于信號穿過對流層時(shí)，傳播速度發(fā)生變化而產(chǎn)生的誤差。對流層延遲與氣象條件相關(guān)，可以通過氣象模型和大氣壓測量數(shù)據(jù)來消除對流層延遲誤差。多徑效應(yīng)誤差多徑效應(yīng)誤差是由于信號在傳播過程中被地面反射，造成多個(gè)信號到達(dá)接收機(jī)而產(chǎn)生的誤差。多徑效應(yīng)誤差可以通過信號處理技術(shù)來減輕。衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是指衛(wèi)星內(nèi)部時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的偏差。衛(wèi)星鐘差可以通過導(dǎo)航電文中提供的鐘差信息來校正。接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差是指接收機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的偏差。接收機(jī)鐘差可以通過接收機(jī)自身計(jì)時(shí)系統(tǒng)來校正。北斗差分定位技術(shù)差分GPS（DGPS）廣域差分系統(tǒng)（WAAS）北斗精密單點(diǎn)定位（PPP）差分GPS（DGPS）差分GPS（DGPS）是指通過參考站提供誤差改正信息，來提高接收機(jī)的定位精度。參考站接收衛(wèi)星信號，并與已知坐標(biāo)信息進(jìn)行對比，計(jì)算出誤差改正信息，再將該信息廣播給接收機(jī)，以提高接收機(jī)的定位精度。廣域差分系統(tǒng)（WAAS）廣域差分系統(tǒng)（WAAS）是基于衛(wèi)星的差分定位系統(tǒng)，可以覆蓋更大范圍。WAAS系統(tǒng)使用多個(gè)參考站，并通過衛(wèi)星將誤差改正信息廣播給接收機(jī)，以提高接收機(jī)的定位精度。北斗精密單點(diǎn)定位（PPP）北斗精密單點(diǎn)定位（PPP）是指接收機(jī)通過接收衛(wèi)星信號和導(dǎo)航電文，利用精密星歷和大氣模型，以及其他相關(guān)參數(shù)進(jìn)行精密定位。PPP技術(shù)能夠提供厘米級甚至毫米級的定位精度，廣泛應(yīng)用于高精度測量和導(dǎo)航領(lǐng)域。北斗增強(qiáng)系統(tǒng)星基增強(qiáng)系統(tǒng)利用衛(wèi)星廣播差分改正信息，提高定位精度。地基增強(qiáng)系統(tǒng)利用地面站提供差分改正信息，提高定位精度。星基增強(qiáng)系統(tǒng)星基增強(qiáng)系統(tǒng)是指利用衛(wèi)星廣播差分改正信息，提高接收機(jī)的定位精度。星基增強(qiáng)系統(tǒng)通常使用一顆或多顆專門的增強(qiáng)衛(wèi)星，將參考站測量的誤差改正信息廣播給接收機(jī)，以提高接收機(jī)的定位精度。地基增強(qiáng)系統(tǒng)地基增強(qiáng)系統(tǒng)是指利用地面站提供差分改正信息，提高接收機(jī)的定位精度。地基增強(qiáng)系統(tǒng)通常使用多個(gè)地面站，接收衛(wèi)星信號并計(jì)算出誤差改正信息，再將該信息發(fā)送給接收機(jī)，以提高接收機(jī)的定位精度。北斗系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)1精準(zhǔn)物流2智能交通3應(yīng)急救援4災(zāi)害監(jiān)測5精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)病蟲害防治等，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和資源利用率。精準(zhǔn)物流北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在精準(zhǔn)物流領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)車輛定位、路線規(guī)劃、貨物跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控等，提高物流效率和安全性。智能交通北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在智能交通領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，可以實(shí)現(xiàn)交通信息采集、交通擁堵監(jiān)測、車輛導(dǎo)航、交通信號控制等，提高交通效率和安全性。應(yīng)急救援北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在應(yīng)急救援領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)人員定位、救援車輛調(diào)度、物資運(yùn)輸路線規(guī)劃等，提高救援效率和安全性。災(zāi)害監(jiān)測北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測、洪水監(jiān)測、地震監(jiān)測等，提高災(zāi)害預(yù)警和防范能力。環(huán)境保護(hù)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、污染源定位、污染物排放監(jiān)控等，提高環(huán)境保護(hù)效率和效果。北斗在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用1地圖測繪2工程測量3形變監(jiān)測地圖測繪北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地圖測繪領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)地形地貌測量、地理信息采集、地圖制作等，提高測繪效率和精度。工程測量北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在工程測量領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，可以實(shí)現(xiàn)工程控制網(wǎng)測量、工程放樣、工程量計(jì)算等，提高工程測量精度和效率。形變監(jiān)測北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在形變監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)橋梁、大壩、隧道等工程結(jié)構(gòu)的形變監(jiān)測，確保工程結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。北斗在授時(shí)領(lǐng)域的應(yīng)用1電力系統(tǒng)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性2金融系統(tǒng)確保交易安全3通信系統(tǒng)提高通信網(wǎng)絡(luò)同步精度電力系統(tǒng)授時(shí)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在電力系統(tǒng)授時(shí)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，可以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。金融系統(tǒng)授時(shí)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在金融系統(tǒng)授時(shí)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以確保交易安全和數(shù)據(jù)同步，提高金融系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。通信系統(tǒng)授時(shí)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在通信系統(tǒng)授時(shí)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，可以提高通信網(wǎng)絡(luò)同步精度，確保通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。北斗在其他領(lǐng)域的應(yīng)用漁業(yè)管理北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在漁業(yè)管理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)漁船定位、漁汛監(jiān)測、漁業(yè)資源管理等，提高漁業(yè)生產(chǎn)效率和漁業(yè)資源保護(hù)能力。車輛監(jiān)控北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在車輛監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以實(shí)現(xiàn)車輛定位、行駛軌跡記錄、車輛狀態(tài)監(jiān)控等，提高車輛管理效率和安全性。個(gè)人導(dǎo)航北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在個(gè)人導(dǎo)航領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以提供精準(zhǔn)的路線規(guī)劃、導(dǎo)航引導(dǎo)、位置查詢等服務(wù)，為人們的出行提供便利。北斗與其他導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性GPSGLONASSGalileoGPS、GLONASS、Galileo北斗系統(tǒng)與其他全球?qū)Ш较到y(tǒng)如GPS、GLONASS、Galileo兼容，可以共同使用，提高定位精度和可靠性?；ゲ僮餍员倍废到y(tǒng)與其他全球?qū)Ш较到y(tǒng)互操作，意味著它們能夠共享數(shù)據(jù)，并相互補(bǔ)充，共同提供更完善的導(dǎo)航服務(wù)。北斗的未來發(fā)展趨