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卫星导航的发展及GPS概述剖析课件

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卫星导航的发展及GPS概述 GPS卫星导航 课件卫星导航 的GPS发展 GPS的发展
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Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS系统原理与应用 桂林电子科技大学信息与通信学院 通信工程教研室 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 课程说明 n教材: 《GPS定位技术及其应用》 李明峰等 国防工业出版社 n参考: 《GPS原理与应用》 Elliott D. Kaplan,电子工业出版社 《GPS导航原理与应用》 王惠南 科学出版社 n答疑: 周三下午 3:00~5:00 2410 单击此处编辑母版标题样 式 单击此处编辑母版副标题样式 * * 3 3 卫星导航的发展及GPS概述 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 全球定位系统(全球定位系统(GPSGPS)) ——Navigation Satellite Timing and Ranging Global positioning System(NAVSTAR GPS) ——导航卫星定时测距全球定位系统 用途: 为全球陆、海、空各类军民载体提供全天候、 24小时连续、高精度的 三维位置 三维速度 精密时间 服务。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 前期导航定位历史 n早期:指南针、罗盘 n近代非电类导航:陀螺仪、惯性导航系统 n无线电导航系统 罗兰--C:工作在100KHZ,由三个地面导航台组成, 导航工作区域2000KM,一般精度200-300M。 Omega(奥米茄):工作在十几千赫。由八个地面导 航台组成,可覆盖全球。精度几英里。 多普勒系统:利用多普勒频移原理,通过测量其频 移得到测量参数。缺点:覆盖的工作区域小;电 波传播受大气影响;定位精度不高。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 卫星导航定位系统发展历史 • 1957年10月4日前苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星; • 美国科学家利用多普勒频移原理于1967年7月建成了卫星导 航定位系统 TRANSIT (子午卫星系统); • 美国国防部从1973年开始筹建GPS,整个GPS系统于1994年3 月全部建成。 GPS系统是20世纪空间技术上最重大的成就一,它是继阿 波罗计划、航天飞机计划之后的又一庞大的空间计划。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 海军导航卫星系统(又称NNSS) 1958年底美国海军武器实验室委托霍布金斯大学应用物理实验 室研究美国军用舰艇导航服务的卫星系统。 1964年1月用于北极星核潜艇的导航定位研制成功。 1967年7月,经美国政府批准,对其广播星历解密,提供民用 。 缺点: 1.卫星数少,卫星运行的 高度低。 2.运行周期长。 3.观测时间长。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS的发展简史——方案论证阶段 n1973年12月,美国国防部批准研制GPS。 n1978年2月22日,第1颗GPS试验卫星发射成 功。 n从1973年到1979年,共发射了4颗试验卫星 。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS的发展简史——全面研制和试验阶段 n从1979年到1987年,又陆续发射了7颗试验 卫星,研制了各种用途接收机。实验表明 ,GPS定位精度远远超过设计标准。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS的发展简史——实用组网阶段 n1989年2月14日,第1颗GPS工作卫星发射成 功。 n1991年,在海湾战争中,GPS首次大规模用 于实战。 n1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座 已经建成,今后将根据计划更换失效的卫 星。 n 1995年7月17日,GPS达到FOC – 完全运 行能力(Full Operational Capability) 。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS系统的组成 控 制 部 分 1 个 主 控 站 5 个 监 控 站 空 间 部 分 导 航 卫 星 : 导 航 信 息 卫 星 时 和 卫 星 钟 24 颗 卫 星 20200 Km 用 户 设 备 部 分 接 受 卫 星 信 号 ` Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 1. 空间部分 赤赤 道道 55 n24 颗 卫 星 n分 布 在 互 为 55 度 交 角 的 6 个 轨 道 平 面 上 , 每 个 轨 道 面 上 布 有 4 颗 卫 星 n卫 星 高 约 20200 Km •12 小 时 绕 轨 道 一 周 – 可 见 时 间 为 4-5 小 时 •设计寿命为 7.5 年 •卫 星 种类 区 分 – Block 1(一 代),Block 2, 2A(二 代), Block 2R,2 F(三 代) Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS卫星 n24颗卫星(21+3) n6个轨道平面 n55º轨道倾角 n20200km轨道高度(地面高度) n12小时(恒星时)轨道周期 n5个多小时出现在地平线以上(每颗星) n目前在轨实际运行的卫星个数已经超过32颗 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 2. 控制部分 n主 控 站 u负 责 收 集 由 监 控 站 传 来 的 卫 星 跟 踪 数 据 并 计 算 卫 星 星 历 和 时 间 参 数 n5 个 监 控 站 u负 责 对 卫 星 伪 距 数 据 的 观 测,这 一 卫 星 跟 踪 监 测 网 用 于 确 定 卫 星 广 播 星 历 及 卫 星 钟 模 式 u地 面 控 制 站 u负 责 向 卫 星 注入信 号 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 55 Hawaii AscencionDiego Garcia kwajalein Colorado springs 一个主控站:科罗拉多•斯必灵司 三个注入站:阿松森(Ascencion) 迭哥•伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷 (Hawaii) Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 用户设备部分 §用户设备部分 - GPS信号接收机及相关设 备(三角架、测尺(杆)、数据后处理软件 ) Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS系统的功能及特点 n基本功能:定位、定航迹、定姿态、定时授时 nGPS作为一种导航定位系统,以其高精度、全天候 、高效率、多功能、易操作、应用广等特点著称 。 定位精度高 全球全天候定位 功能多,应用广泛 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 美国的GPS政策 (1) 提供不同的用户服务方式 (2) 实施SA(选择可用性)政策 (3) 实施AS (精码加密)政策 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 精密定位服务 PPS(Precise Positioning Service) 标准定位服务 SPS (Standard Positioning Service) 不同的用户服务方式 SPS – 标准定位服务 使用C/A码,民用 水平=100 m 垂直=150-170 m 时间=340 ns PPS – 精密定位服务 可使用P码,军用 水平=22 m 垂直=27.7 m 时间=200 ns Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process SA----Selective Availability (选择可用性) SPS定位服务中加干扰技术 -技术 -技术 干扰 卫星星历 引入高频 抖动 实施SA政策:水平定位100米,垂直定位150米 (2000年5月前) SA政策 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process AS--Anti-Spoofing (精码P码加密) 反电子欺骗 P W Y AS政策 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process n建立独立的GPS卫星测轨系统 n建立独立的卫星定位系统 GLONASS GALILEO BD-2 n开发组合接收机和组合系统 GPS/GLONASS GPS/INS n发展差分GPS定位技术 n载波相位测量相对定位技术 反限制性政策的措施 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GLObal NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统) 前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫 星定位系统,也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三 部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。 GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成,均匀分布在3 个近圆形的轨道平面上,每个轨道面8颗卫星,轨道高度 19100公里,运行周期11小时15分,轨道倾角64.8°。 GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码:S码 和P码。 GLONASS系统从理论上有24颗卫星,实际上目前只有8颗。 GLONASS系统单点定位精度水平方向为16m,垂直方向为25m。 GLONASS Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GLONASS constellation GLONASS satellite P24 GLONASS Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GLONASS与GPS的比较 参 数GLONASSNAVSTAR GPS 系统统中的卫卫星数21+321+3 轨轨道平面数36 轨轨道倾倾角64.8 °55° 轨轨道高度19100km20180km 轨轨道周期(恒星时时 ) 11h15min12h 卫卫星信号的区分FDMACDMA L1频频率1602~1615MHz 频频道间间隔 0.5625MHz 1575MHz L2频频率1246~1256MHz 频频道间间隔 0.4375MHz 1228MHz Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process n系统组成: n①卫星星座:由3个独立的圆形轨道,30颗GNSS卫星组成(27颗工 作卫星,3颗备用卫星) 。卫星的轨道倾角i =56°;卫星的公转周期 T=14h23m14S恒星时;轨道高度H=23616km 。 n②地面系统:在欧洲建立2个控制中心;在全球构建监控网。 n③定位原理:与GPS相同。 n④定位精度:导航定位精度比目前任何系统都高。 n计划实施: n① 1994年开始进入方案论证阶段; n② 2003年开始发射两颗试验卫星进入试验阶段; n③ 2008年整个伽利略(GNSS)系统建成并投入使用; GALILEO Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process the Galileo satellite constellation GALILEO Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process 北斗1代卫星导航系统组成图 BD-1 n“北斗卫星导航系统”系 统是由空间卫星、地面 控制中心站和北斗用户 终端三部分构成。 n空间部分包括两颗地球 同步轨道卫星(GEO )组成。卫星上带有信 号转发装置,完成地面 控制中心站和用户终端 之间的双向无线电信号 的中继任务。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process BD-2 为了使我国的卫星导航定位系统的性能有 实质性的提高,中央已决定研制组建第二代北 斗卫星导航定位系统(BD–2)。从导航体制 、测距方法、卫星星座、信号结构及接收机等 方面进行全面改进。卫星星座计划由GEO卫星 ,IGSO卫星和MEO卫星组成。此项工作将成 为”十一五”期间的一项重要工作。 P33 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS现代化 n1999年1月25日,美国副总统戈尔宣布, 将斥资40亿美元,进行GPS现代化。 nGPS现代化实质是要加强GPS对美军现代 化战争中的支撑和保持全球民用导航领域 中的领导地位。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS现代化 n军事部分 1.增加GPS卫星发射的信号强度,以增加抗电子干 扰能力。 2.在GPS信号频道上,增加新的军用码(M码),要 与民用码分开。M码要有更好的抗破译的保密和安 全性能。 3.军事用户的接受设备要比民用的有更好的保护装 置,特别是抗干扰能力和快速初始化功能。 4.创造新的技术,以阻止和阻扰敌方使用GPS。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS现代化 n民用部分 1.改善民用导航和定位的精度; 2.扩大服务的覆盖面和改善服务的持续性; 3.提高导航的安全性(Integrity),如增强信号 功率,增加导航信号和频道; 4.保持GPS在全球定位系统中技术和销售的领先地 位; 5.注意和现有的和将来的民用其他空间导航系统的 匹配和兼容。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS现代化 nGPS现代化第一阶段 • 发射12颗改进型的BLOCK ⅡR型卫星。 n GPS现代化第二阶段 • 发射6颗GPS BLOCK ⅡF (“ⅡFLite”)。 nGPS现代化计划的第三阶段 • 发射GPS BLOCK Ⅲ 型卫星,在2003年前完 成代号为GPS Ⅲ的 GPS完全现代化计划设计 工作。 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS用途 GPS在军事中的应用 GPS导航的舰载飞 弹 配备GPS的士兵 美国海军核潜艇 Asymptomatic ulcerative colitis patients on an ProDepression A Risk Factor for Infant Mental HealthMammography Benchmarks Angoff Process GPS用途 GPS在交通运输业中的应用 n航运、航空搜索 n陆路交通(车辆导航、监控) n船舶远洋导航和进港引水
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