導(dǎo)航學(xué)4-3-2012

1、,導(dǎo) 航 學(xué),主講：朱 智 勤,(測(cè)繪工程專業(yè)）,其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),GLONASS系統(tǒng),GLONASS系統(tǒng)組成及各部分作用 GLONASS衛(wèi)星信號(hào) GLONASS導(dǎo)航電文 GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)性能,GLONASS系統(tǒng)組成及各部分作用,地面監(jiān)控系統(tǒng),衛(wèi)星,接收機(jī),系統(tǒng)總體構(gòu)成,www.glonass-ianc.rsa.ru/pls/htmldb,GLONASS系統(tǒng)組成及各部分作用,GLONASS衛(wèi)星星座配置,GLONASS系統(tǒng)衛(wèi)星星座 衛(wèi)星數(shù) 24 軌道數(shù) 3 傾角 64.80.3 軌道平面間距120 運(yùn)行周期 11h15min445s 軌道高度 25510 km,GLONASS系統(tǒng)組成及

2、各部分作用,GLONASS星座的衛(wèi)星分布,GLONASS系統(tǒng)組成及各部分作用,GLONASS衛(wèi)星的組成部分和功能 星載導(dǎo)航設(shè)備:記錄地面站發(fā)送來(lái)的衛(wèi)星星歷和歷書，將導(dǎo)航信息發(fā) 給用戶，完成星上設(shè)備的診斷。 星上控制設(shè)備:記錄導(dǎo)航信息，發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)，控制和調(diào)整星上的功 率分配。 姿態(tài)控制系統(tǒng): 完成衛(wèi)星的初始定向，調(diào)整衛(wèi)星縱軸使天線指向地球， 在整個(gè)衛(wèi)星壽命期內(nèi)維持其正常姿態(tài)。 機(jī)動(dòng)系統(tǒng): 使衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)于指定的軌道，維持衛(wèi)星的升交距角，并控 制衛(wèi)星的推進(jìn)系統(tǒng)。 溫控系統(tǒng):發(fā)散器件熱量，調(diào)整衛(wèi)星溫度。 電源系統(tǒng):為星載設(shè)備提供電源。 星載時(shí)鐘:為衛(wèi)星提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。,GLONASS系統(tǒng)組成及各部

3、分作用,地面控制部分 GLONASS的地面控制部分由系統(tǒng)控制中心和遍布前蘇聯(lián)的跟蹤網(wǎng)組成。 與GPS很相似。地面控制部分負(fù)責(zé)測(cè)量衛(wèi)星狀態(tài)，計(jì)算并向每顆GLONASS衛(wèi)星發(fā)送預(yù)報(bào)星歷、相位數(shù)據(jù)及24顆衛(wèi)星的歷書。在確定衛(wèi)星時(shí)鐘補(bǔ)償時(shí)考慮了GLONASS衛(wèi)星時(shí)與通用協(xié)調(diào)時(shí)（UTC）的差別，每隔30min向衛(wèi)星加載導(dǎo)航數(shù)據(jù)。衛(wèi)星測(cè)控和對(duì)星載設(shè)備的控制也由地面控制設(shè)備來(lái)完成。,GLONASS系統(tǒng)組成及各部分作用,地面控制部分包括6個(gè)組成單元 系統(tǒng)控制中心(SCC):設(shè)在莫斯科西南70km處的Golotsino， 由軍事航天部負(fù)責(zé)對(duì)所有系統(tǒng)功能的運(yùn)行 進(jìn)行協(xié)調(diào)和調(diào)度。 中央同步器(SC): 負(fù)責(zé)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)

4、的時(shí)間信號(hào)，并送往相位控制 系統(tǒng)。 指令跟蹤站(CTS): 測(cè)量各衛(wèi)星的軌道，向星上計(jì)算機(jī)發(fā)送所需 的控制信息和輔助信息。 相位控制系統(tǒng)(PCS)：監(jiān)視衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，預(yù)測(cè)衛(wèi)星測(cè)距信號(hào) 的修正量，測(cè)量衛(wèi)星頻標(biāo)與地面站頻標(biāo)之 間的相位差。 光量子跟蹤站(QOTS)：測(cè)定地球坐標(biāo)系和地球重力場(chǎng)模型。 導(dǎo)航數(shù)據(jù)控制設(shè)備(NFCE)：用于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的更新。,GLONASS系統(tǒng)組成及各部分作用,GLONASS 地面控制系統(tǒng)分布,GLONASS系統(tǒng)組成及各部分作用,用戶設(shè)備 GLONASS用戶設(shè)備(即接收機(jī))能接收衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)，并測(cè)量其偽距和偽距變化率，同時(shí)從衛(wèi)星信號(hào)中提取并處理導(dǎo)航電文。接收機(jī)處理器

5、對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算出用戶所在的位置、速度和時(shí)間信息。,GLONASS C/A碼接收機(jī)結(jié)構(gòu),兩種服務(wù)：標(biāo)準(zhǔn)精度（CSA）通道（民用用戶）；高精度（CHA） 通道（授權(quán)用戶）。,GLONASS衛(wèi)星信號(hào),GLONASS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成圖,GLONASS信號(hào)構(gòu)成,GLONASS衛(wèi)星信號(hào),多址方式 根據(jù)GLONASS衛(wèi)星在軌道上的分布位置從1至24順序編碼， 稱為ID碼，每顆衛(wèi)星使用特定的頻率工作，頻分多址(FDMA) 。 占用頻帶 L波段。L1頻段從1602.5625到1615. 5MHz，步進(jìn)量0.5625 MHz， L2頻段從1246.4375到1256.5MHz，步進(jìn)量0.4375MHz。 衛(wèi)

6、星頻率計(jì)算,GLONASS信號(hào)頻率,k=0，1，2，24,GLONASS衛(wèi)星信號(hào),GLONASS衛(wèi)星L1和L2頻譜,GLONASS衛(wèi)星信號(hào),改頻計(jì)劃 GLONASS采用頻分多址，24顆衛(wèi)星L1信號(hào)的總頻帶寬度為 16021615.50.51MHz。該頻段的高端頻率與傳統(tǒng)的射電天文頻 段（1610.61613.8MHz）重疊。另外ITU WARC-92又決定將1016- 1626.5MHz頻段分配給低地球軌道（LEO）移動(dòng)通信衛(wèi)星使用，因 此要求GLONASS改變頻率，即讓出高端頻率。,GLONASS衛(wèi)星信號(hào),三個(gè)階段 第一階段（1996-1998年） 載頻識(shí)別號(hào)k=16，1720的頻率（161

7、0.6MHz1613.8MHz） 完全停止使用，標(biāo)號(hào)為k=13，14，21的頻率有限制的使用。k=0，112的GLONASS將改用k=-7，-6-1的頻率。 第二階段（1998-2005年） 各衛(wèi)星無(wú)限制使用標(biāo)號(hào)為k=0，112的頻率，標(biāo)號(hào)為k=13的 頻率有限制地使用。 第三階段（2005年以后） 這一階段只使用標(biāo)號(hào)為k= -7+6的頻率，而標(biāo)號(hào)為k=+5和 +6的頻率僅在短時(shí)間內(nèi) （如衛(wèi)星替補(bǔ)期間）有限制地使用。,GLONASS衛(wèi)星信號(hào),GLONASS采用的偽隨機(jī)測(cè)距碼是一種最長(zhǎng)移位寄存器序列(M序列)。與GLONASS定位服務(wù)相對(duì)應(yīng)，分別為用于標(biāo)準(zhǔn)精度通道服務(wù)CSA的標(biāo)準(zhǔn)精度測(cè)距偽隨機(jī)碼

8、(C/A碼)和用于高精度通道服務(wù)CHA的高精度測(cè)距偽隨機(jī)碼(P碼)。 P碼用一種特殊的碼進(jìn)行加密，只能用于俄羅斯特許用戶。C/A碼由511個(gè)碼元組成，碼頻率為0.511MHz，周期1ms。P碼由5.11*106個(gè)碼元組成，碼頻率5.11MHz，周期1s。與GPS不同，由于采用頻分多址方式識(shí)別衛(wèi)星，所以所有衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼完全相同。,GLONASS測(cè)距碼,GLONASS衛(wèi)星信號(hào),GLONASS測(cè)距碼,GLONASS導(dǎo)航電文,概況,可操作信息每半小時(shí)更新一次。 非操作數(shù)字信息每24小時(shí)更新一次,GLONASS導(dǎo)航電文,電文結(jié)構(gòu),GLONASS導(dǎo)航電文,第14 幀結(jié)構(gòu)相同, 第5幀含有 2 個(gè)保留串,

9、以便將來(lái)更新導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)時(shí)使用。每幀的第14串含有發(fā)送該導(dǎo)航電文衛(wèi)星的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在一個(gè)超幀內(nèi)的內(nèi)容是相同的。每幀的第615 串含有 24 顆衛(wèi)星的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(歷書)。第14幀含有20顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù) (每幀5顆),第5 幀含有剩余4顆衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù) , 每顆衛(wèi)星的歷書占用2個(gè)字符串。同一個(gè)超幀中,每幀第5串含有的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是相同的。,超幀,GLONASS導(dǎo)航電文,超幀的基本結(jié)構(gòu),GLONASS導(dǎo)航電文,串是幀的基本單位。每個(gè)串分為數(shù)據(jù)位和時(shí)間標(biāo)記兩大部分。 一個(gè)串長(zhǎng)2s,在最后的0.3s傳輸時(shí)間標(biāo)記 ,時(shí)間標(biāo)記由30個(gè)碼元組成 ,每個(gè)碼長(zhǎng)10ms在前1.7s傳輸85個(gè)數(shù)據(jù)位。 每個(gè)串中的位

10、序號(hào)按從右至左順序排列。星歷數(shù)據(jù)占用第9 84位、漢明碼檢效碼(KX)占用第18位,最后1位(第85位)是空閑位 (“0”)。相鄰串間利用時(shí)間標(biāo)記MB相互隔離。,15子幀內(nèi)容及格式各異，6、8、10、12、14子幀內(nèi)容及格式相同，7、9、11、13、15子幀亦然。因此只要給出17子幀的詳細(xì)情況，便可以知道整個(gè)電文的情況。,串(子幀)的結(jié)構(gòu),GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)性能,可用GLONASS衛(wèi)星,GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)性能,GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)性能,定位精度,GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)性能,增加衛(wèi)星數(shù)量，開展新型衛(wèi)星的研制工作,地面控制部分的改進(jìn)使星歷精度提高30-40%，使導(dǎo)航信號(hào)相位同步的精度提高

11、12倍（15ns），以及可降低偽距誤差中的電離層分量。,性能改善措施,差分增強(qiáng)系統(tǒng) 進(jìn)一步提高GLONASS的精度，滿足三個(gè)類別的飛機(jī)精密進(jìn)近 著陸的要求： 1. 廣域差分系統(tǒng)（WADS） 為離站15002000km內(nèi)的用戶提供5-15m的位置精度。 2. 區(qū)域差分系統(tǒng)（RADS） 在一個(gè)很大的區(qū)域上設(shè)置多個(gè)差分站和用于控制、通信和發(fā)射的設(shè)備。離臺(tái)站400 至600km的范圍內(nèi)，為空中、海上、地面以及鐵路和測(cè)量用戶提供3-10m的位置精度。 3. 局域差分系統(tǒng)（LADS） 它采用載波相位測(cè)量校正偽 距，為離臺(tái)站40km以內(nèi)的用戶提供10cm量級(jí)的位置精 度。 LADS臺(tái)站可以是移動(dòng)系統(tǒng)，還可能

12、用地面小功率發(fā)射機(jī)-偽衛(wèi)星來(lái)輔助。,GLONASS局域差分系統(tǒng),GLONASS廣域差分系統(tǒng),GALILEO衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),系統(tǒng)簡(jiǎn)介,伽利略系統(tǒng)計(jì)劃耗資34億歐元,歐洲于90年代提出、2001年4月5日由歐盟交通部長(zhǎng)會(huì)議正式批準(zhǔn)建設(shè)的新一代民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。,系統(tǒng)建設(shè)情況：【1】研制和驗(yàn)證階段（2001-2005）：發(fā)射早期實(shí)驗(yàn)和工作衛(wèi)星，耗資12.5億歐元，目前已完成?！?】全面部署階段（2006-2007）：30顆衛(wèi)星、46個(gè)地面臺(tái)站，耗資21.5億歐元，目前尚未完成?！?】商業(yè)運(yùn)行階段（2008）：運(yùn)行維護(hù)耗資2.2億歐元/年，計(jì)劃已推遲至2012年。,Galileo可為用戶提供高精度定

13、位與導(dǎo)航、精確授時(shí)和生命安全及搜救服務(wù)，并且具有導(dǎo)航功能與移動(dòng)電話功能相結(jié)合、與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)越性能。,Galileo的信號(hào)與GPS、 GLONASS系統(tǒng)兼容（重點(diǎn)考慮與GPS兼容）。,衛(wèi)星星座,GALILEO系統(tǒng)由均勻分布在3個(gè)軌道上的30顆中等高度軌道衛(wèi)星(MEO)構(gòu)成 每個(gè)軌道面上有10顆衛(wèi)星，9顆正常工作，1顆作為備用 每顆衛(wèi)星上裝有氫鐘和銣鐘各一臺(tái)，一臺(tái)啟用，其余備用 軌道傾角為56度，軌道高度為23 616 km 衛(wèi)星運(yùn)行周期為14.4 h 衛(wèi)星的質(zhì)量為680 kg 衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為20年,系統(tǒng)組成,空間區(qū)段,系統(tǒng)組成,空間區(qū)段,導(dǎo)航模塊,搜救模塊,Galileo系統(tǒng)共向用戶

14、提供5種服務(wù)。,系統(tǒng)組成,地面支持系統(tǒng),Galileo的地面支持系統(tǒng)和GPS類似，都由監(jiān)測(cè)站、主控站和注入站組成。,相當(dāng)于GPS監(jiān)測(cè)站，共30個(gè)。,系統(tǒng)組成,地面支持系統(tǒng),相當(dāng)于GPS主控站，共建設(shè)2個(gè)。,OSPF,IPF,PTF,MGF,MCF,SCF,GACF,SPF,GCC,注入站,各GSS,系統(tǒng)組成,地面支持系統(tǒng),相當(dāng)于GPS的注入站，分為TTC和ULS兩種。,TTC： 遙測(cè)、跟蹤、控制 全球共有5個(gè) S波段 與SCF配合工作,衛(wèi)星狀態(tài)控制和監(jiān)測(cè),系統(tǒng)組成,地面支持系統(tǒng),相當(dāng)于GPS的注入站，分為TTC和ULS兩種。,ULS： 任務(wù)上行鏈路 全球共有9個(gè) C波段 與GMS配合工作,衛(wèi)星

15、星歷、時(shí)間校正、完好性信息,信號(hào)特點(diǎn)和兼容性,Galileo信號(hào)及頻段,E5a,E5b,GPS L5,E5,GPS L1,E6,E2-L1-E1,E6c,E6p,L1f,L1p,Glonass,Glonass,11641215,12601300,15591591,1544.2,信號(hào)特點(diǎn)和兼容性,Galileo信號(hào)及頻段,E5a,E5b,GPS L5,E5,GPS L1,E6,E2-L1-E1,E6c,E6p,L1f,L1p,Glonass,Glonass,11641215,12601300,15591591,1544.2,Galileo提供的服務(wù),公開服務(wù) Open Access Servic

16、e（OS）,一般大眾（如汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、移動(dòng)電話定位、或提供收訊者）。,定位、導(dǎo)航和授時(shí) 免費(fèi)提供精度無(wú)保障的定位、校時(shí)（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC)服務(wù)； 精度與差分GPS相當(dāng)，但無(wú)須任何地面設(shè)施的支持； 信號(hào)與GPS兼容，傳輸速率：250 bits/s。,GALILEO公開服務(wù)系統(tǒng)參數(shù),Galileo提供的服務(wù),商業(yè)服務(wù) Commercial Service（CS）,需要高精度支持的收費(fèi)用戶。,定位、導(dǎo)航和授時(shí) 提供精度有保障的位置和校時(shí)（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC) 等服務(wù)； 向用戶提供增強(qiáng)的星歷和校正，從而得到較好的定位精度：?jiǎn)晤l定位15mH-35mV，雙頻定位4mH-8mH，授時(shí)30ns； 所提供的信

17、號(hào)是經(jīng)過(guò)加密處理的，信號(hào)傳輸速率：1000 bits/s； 將商業(yè)服務(wù)信號(hào)和公開服務(wù)信號(hào)組合后，能提供TCAR應(yīng)用（減小TTF，增加實(shí)用性）。,Galileo提供的服務(wù),生命安全服務(wù) Safe of Life Service（SOL）,交通運(yùn)輸、引導(dǎo)船只入港、鐵路運(yùn)輸管制、交通管制及自動(dòng)化等。,以公開服務(wù)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，附加提供完好性等生命安全信息。 提供精度有保障的位置和校時(shí)（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC) 等服務(wù)； 提供完好性信息：完好性報(bào)警、完好性概率、連續(xù)性概率等； 提供空間信號(hào)精度信息； 基于雙頻接收的電離層校正。,GALILEO生命安全服務(wù)系統(tǒng)參數(shù),Galileo提供的服務(wù),公共特許服務(wù)

18、Public Regulated Service（PRS）,歐盟會(huì)員國(guó)政府，迫切性的能源、運(yùn)輸及通訊應(yīng)用，或與歐洲利益息息相關(guān)的經(jīng)濟(jì)或工業(yè)活動(dòng)。,歐盟會(huì)員國(guó)政府所規(guī)范之與國(guó)家安全、治安、警政、法律施行、緊急救助。 所提供的信號(hào)是經(jīng)過(guò)加密處理的，具有抗干擾和防黑客攻擊的能力； 提供完好性報(bào)警、完好性概率、連續(xù)性概率等完好性信息。,Galileo提供的服務(wù),搜救服務(wù) Search and Rescue Service（SAR）,緊急情況下的個(gè)人和單個(gè)交通工具。,非導(dǎo)航服務(wù)，主要提供人道主義救援。 履行IMO請(qǐng)求； 為搜救目的的精確定位； 每顆衛(wèi)星能同時(shí)響應(yīng)150個(gè)求救信標(biāo)的信號(hào)； 檢測(cè)和定出災(zāi)難位置的時(shí)間在10分鐘之內(nèi)，誤碼率10-5； 每分鐘播發(fā)100個(gè)字節(jié)的信息6條； 可靠性指標(biāo)：99.8%。,Galileo