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其它典型卫星导航定位系统及其应用

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第六讲 典型卫星导航定位系统 及其应用 回顾与提问 1、简述常用导航方法。 2、简述卫星导航定位系统的定义、组成。 3、简述卫星导航定位系统的工作原理。 4、简述钟差、伪距与伪距变化率的概念。 5、简述卫星导航定位中基本观测量的测量方 法。 6、简述卫星导航定位系统中用户位置与速度 解算的基本过程。 2 第一节 美国GPS系统 1.GPS系统的组成及各部分的作用 • GPS系统由空间部分、地面控制部分和 用户设备三部分组成。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 4 (1) GPS系统的空间部分 • 由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成,24颗卫星分布在6 个轨道倾角为55°、半长轴约为26609km、轨道偏心率为 0.01的近圆形轨道上,轨道周期约为11小时58分。卫星的分 布使得地球上任何地方在任何时候都能看到至少4颗卫星(通 常都能观测到5~8颗卫星) 。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 60˚ 26609km 55˚ 5 各代GPS Block II卫星的发展过程 1176.45MHz1227.6 MHz1575.42Hz 发 展 过 程 军用信号(P(Y)码 ) 军用信号(M码) 民用信号C/A码 II/IIA/IIR IIR-M/IIF SV1~6 IIF SV7~ Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 6 (2) GPS系统的地面控制部分 • 地面控制部分具有跟踪、计算、更新及监视功能, 可以根据每一天的要求控制系统中所有的卫星,它由 设在美国科罗拉多州斯普林斯(Springs)的主控制站 (MCS)和5个相距很远的监测站所组成,除夏威夷监测 站,其它4个监测站兼作上行注入站,其中科罗拉多州 斯普林斯并址建设了主控站、监测站和注入站。 DIEGO GARCIADIEGO GARCIA COLORADOCOLORADO SPRINGSSPRINGS CAPE CANAVERALCAPE CANAVERAL ASCENSIONASCENSION HAWAIIHAWAII KWAJALEINKWAJALEIN MasterMaster ControlControl StationStation (1)(1) Monitor Station (11)Monitor Station (11) Ground Antenna (4)Ground Antenna (4) Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 7 GPS系统控制部分中各类站的主要功能及相 互间工作关系示意图 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 8 GPS系统的地面控制部分 • 监测站跟踪视野内的所有卫星,计算它们的距离 和多普勒数据。并把这些数据传输给主控站。 • 注入站负责将导航电文注入GPS卫星。 • 主控站一天24小时从监测站接收数据,用以确定 卫星是否有时钟或者年历变化以及检测设备功能是 否正常。主控站根据监测结果,计算出卫星的星历 、时钟漂移和传播时延,然后产生上行链路报文。 这些更新的信息被传送到卫星存储器,再作为导航 电文的一部分由卫星传给用户,每天至少传三次。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 9 (3) GPS系统的用户部分 • GPS用户部分是指所有用户装置及其支持设备的 集合。 • GPS系统是一个无源导航系统,用户终端是一个 单收系统,无需发送射频信号。 • 典型的用户设备包括一部天线、一部GPS接收机 /处理器、计算机和CDU(控制和显示单元)等4个主 要部件。这些设备捕获并跟踪视野内4颗或更多颗 卫星的导航信号,测出到这些卫星的伪距和伪距率 ,从而计算出用户的三维位置、速度和系统时间。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 10 典型GPS接收机的结构 前置滤波 /放大 天线 RF/IF下 变频 AD 频率合 成器 基准频率振荡器 通道1 通道2 通道N . . . 导航处 理器 RTC 显示控制 单元 电源 至DSP处理 非易失 存储器 接收单元 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 11 2. GPS系统提供的定位服务及特点 • GPS提供两种导航定位业务:民用的标准定位 业务(SPS)和军用的精确定位业务(PPS)。 –PPS授权的精密定位系统用户需要密 码设备和特殊的接收机。PPS的精度为: 水平精度22米,垂直精度27米,时间精度 200纳秒。 –SPS业务可供全世界用户免费、无限 制地使用。SPS的精度为:水平精度100米 ,垂直精度156米,时间精度340纳秒。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 12 • GPS接收机利用无源三角测量原理实现定位和授时。在GPS系 统中卫星位置是已知的,利用测得的到四颗GPS卫星的伪距就能 确定用户的位置和时间。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 3. GPS系统的工作原理 13 GPS接收机的工作过程 • GPS用户设备首先从所有可视的导航卫星中选 择最有利的4颗卫星,用本地时钟测量各颗卫星 信号的伪距,根据接收到的导航电文计算出各颗 卫星的位置,并利用接收到的星历和时钟校正参 数与GPS时钟同步。然后再确定用户在以笛卡尔 球心、地球固定的WGS-84坐标系中的三维位置 ,并通过计算4个距离方程式的联立解,确定用 户时钟和GPS时间的偏移量。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 14 • 假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机,就能 测量出卫星发射的GPS信号到达接收机所经历的时 间△t,再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数 据就可以得到如下四个方程式: • 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 15 •接收机是通过测过测 量GPS信号的传传播时时延来实现伪实现伪 距测测 量的。 •GPS信号是一个专专用的扩频扩频 信号, 每颗卫颗卫 星都用相同的 频频率发发送扩频扩频 信号,但使用的伪伪随机码码(PRC)对对于每 颗卫颗卫 星都是唯一的,即卫卫星之间间是靠PRC来区分的。 •GPS卫卫星在两个载载波上发发送信号: -L1载波:频率1575.42MHz -L2载波:频率为1227.60 MHz。 •GPS系统采用两种PRC来扩频: -C/A码:速率为1.023Mcps,码长1023,仅调制在L1载波上,供一 般民用。 - P码:速率为10.23Mcps,码序列每七天重复一次,同时调制在L1 和L2载波上,供军用。 4.GPS4.GPS信号和导航电文信号和导航电文 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 16 M-code will be used for military applications Present Signal (Block II/IIA/IIR) Next Generation Of Capability (Block IIR-M) Civil Safety of Life Applications (Block IIF and beyond) 1227.60 MHz1575.42 MHz 1176.45 MHz L2L1L5 P(Y)P(Y) C/AC/A P(Y)P(Y) MM P(Y)P(Y) P(Y)P(Y) L2CSL2CS P(Y)P(Y) C/AC/A P(Y)P(Y) L2CSL2CS MMM M MM MM GPS信号的频谱构成示意图 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 17 s(t) = P(t)D(t) cos(w1t) + A C(t)D(t) sin(w1t) •P(t)是P码(速率为10.23Mcps), •C(t)是C/A码(速率为1.023Mcps), •D(t)是50bps的数据流, •w1是角频率。 L1载波信号 1575.42 MHz 2.046 MHz 20.46 MHz C/A码 P码 18 GPS信号的形成示意图 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 19 • 扩频后的信号再进行BPSK调制,最后形成CDMA信号。 GPS信号的形成过程 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 20 GPS系统的导航电文 • 50bps的数据流提供导航电文,这是用户赖以 导航和定位的基础信息,以二进制码的形式发送 给用户,又叫数据码或D码。 • GPS系统导航电文的内容主要包括:卫星星历 、卫星时钟改正参数、电离层时延改正参数、卫 星工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息 、全部卫星的概略星历等。 • 接收机根据导航电文知道卫星的位置及信号的 发送时刻。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 21 导航电文的帧格式 • 导航电文是一个不归零的数据流,其基本单位 是主帧,每个主帧的电文长度为1500比特,历时 30秒。 • 一个主帧由5个子帧组成,第1、2、3子帧所发 送的数据是每30秒重复一次,而第4、5子帧的信 息包含有星座内所有卫星的天文历信息、卫星健 康状态、特殊报文以及GPS时间与协调世界时的 偏差等,共有25面数据,需要经过25个主帧才能 全部发送完毕,因此是每750秒重复一次。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 22 GPS导航电文的组成格式 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 23 GPS各帧导航电文内容 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 24 5. 差分GPS 将一台GPS接收机放置在基准站上进行观测。根据基准站 已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数,并由基准 站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同 时,也接收到基准站发出的改正数,并对其定位结果进行改正 ,从而提高定位精度。 25 6. GPS定位误差源分析 • 影响GPS定位精度的误差源: –与卫星有关的误差:包括卫星星历误差 、卫星钟差、SA误差和相对论效应误差等。 –与传播途径有关的误差:对流层折射误 差、电离层时延误差、多径效应误差。 –与接收机有关的误差:各通道不一致性 造成的观测误差、接收机钟差、计算误差和 天线相位中心误差等。 • 影响GPS定位精度的另一个因素是几何精 度稀释因子(GDOP)。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第一节 GPS系统 26 第二节 俄罗斯的GLONASS系统 1.GLONASS系统概况 • GLONASS是GLObal NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统)的字头缩写,是前苏联 从上世纪 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。 • 第一颗 GLONASS 卫星于 1982 年 10 月 12 日发 射升空,1995年底建成,1996年1月开始运行。 • GLONASS卫星用质子-K运载火箭以一箭三星方 式发射,采用三轴稳定方式,整星质量1400kg,设 计寿命5年和7年(M星)。 • 现在由俄罗斯空间局管理。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 28 2.GLONASS系统的组成 • GLONASS系统由卫星星座、地面支持系统和用户设 备三部分组成。 • 卫星星座由24颗卫星(21颗工作星和3颗备份星)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,轨道半径约为25478km,轨道倾角64.8°。 64.8˚120˚ 45˚ 25478km Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 29 GLONASS的地面支持系统 • GLONASS的地面支持系统由系统控制中心、 中央同步器、遥测遥控站(含激光跟踪站)和外 场导航控制设备组成。 • 地面支持系统的功能由设于前苏联境内的5个 跟踪站、9个监测站和1个主控站所完成。 • 苏联解体后,地面支持系统只限于俄罗斯境内 的场地,系统控制中心和中央同步处理器位于莫 斯科,遥测遥控站位于圣彼得堡、捷尔诺波尔、 埃尼谢斯克和共青城。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 30 GLONASS的用户设备 • GLONASS用户设备(即接收机)能接收卫星发 射的导航信号,并测量其伪距和伪距变化率,同 时从卫星信号中提取并处理导航电文。接收机处 理器对上述数据进行处理并计算出用户所在的位 置、速度和时间信息。 • GLONASS系统提供军用和民用两种服务。 • GLONASS系统单点定位精度在水平方向为 16m,垂直方向为25m。在探测各种目标的移动 速度时,卫星的误差不超过15cm/s。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 31 3.GLONASS系统的技术体制 • GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式, 根据载波频率来区分不同的卫星,同轨道面上的 对端卫星采用频分复用方式。 • 每颗卫星使用两个载波来传送定位信号,两种 载波的频率分别为L1=1602+0.5625k(MHz)和 L2=1246+0.4375k(MHz),其中k= -7~4 为 每颗卫星的频率编号。 • GLONASS卫星的载波上调制了两种PN码:S 码和P码。S码是民用码(标准定位服务),其码 率为511kbit/s;P码是机密的军用码(精密定位 服务),其码率为5.11Mbit/s。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 32 GLONASS系统中对端卫星之间的频率复用 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 33 GLONASS系统中载波频率计划 n: -7-6-5-4-3-2-101234f GLONASS L1 f01=1602MHz Δf1=0.5625MHz n: -7-6-5-4-3-2 -1 01234 f02=1246MHz Δf2=0.4375MHz GLONASS L2 f Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 34 4. GLONASS接收机的工作原理 • GLONASS接收机的工作原理与GPS接收机 大致相当。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 35 GLONASS系统提供的定位服务 • GLONASS系统提供军用和民用两种服 务。 • GLONASS系统单点定位精度在水平方 向为16m,垂直方向为25m。 • 在探测各种目标的移动速度时,卫星的 误差不超过15cm/s。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第二节 GLONASS系统 36 GPS与GLONASS系统比较 卫 星 星 座 参数GPS系统GLONASS系统 总卫星数21+324 轨道面数63 轨道面上卫星数4,不均匀分布8,均匀分布 轨道倾角55度64.8度 轨道高度20183公里19100公里 轨道周期11小时58分11小时15分 导 航 信 号 结 构 载波频率 L1:1575.42MHzL1:1602.56-1615.50MHz L2:1227.60MHzL2:1246.44-1256.50MHz 传输方式码分多址频分多址 扩频码C/A-码和P-码S码和P码 星历数据轨道开普勒根数地心直角坐标 D码码率50b/s50b/s C/A码码速率1.023Mcps0.511Mcps C/A码码长1023比特511比特 SA有(2000年5月1日取消)无 参考系 时间GPSTUTC(SU) 坐标系WGS-84PZ-90 37 第三节 欧洲的伽利略系统 伽利略系统概况 • 20世纪90年代开始,欧盟就“伽利略(Galileo)”系 统的可行性进行研究论证。 • 1996年7月23日,欧洲议会和欧盟交通部长会议制 定了有关建设欧洲联运交通网的共同纲领,其中首次 提出了建立欧洲自主的定位和导航系统。 • 2002年3月26日,欧盟交通运输部长会议通过了立 即开始伽利略项目的研制阶段的动议,标志着“伽利略 系统“的全面启动。 • 2000年5月8日,在土耳其伊斯坦布尔举行的2000年 世界无线电大会上,“伽利略“系统所需的频率得到了 认可。2001年2月13日,“伽利略“所用频率注册完毕 。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第三节 伽利略系统 39 伽利略系统概况 • 2001年9月13日,正式公布了伽利略系统的频 率结构和信号方案。 • 向全球播发十种导航信号和一种搜救信号。 • 每种信号都包含一种测距码和相应的数据。 • 导航信号工作频率: –1164-1215MHz(E5a-E5b); –1260-1300MHz(E6); –1559-1591(L1)。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第三节 伽利略系统 40 伽利略系统的体系结构 • 伽利略系统的星座由30颗MEO 卫星组成。卫星 轨道半径为23222km,轨道倾角为56°,3个轨道面 均匀分布赤道上,每个轨道面部署9颗工作星和1颗 在轨备份星。系统发射的信号到达地面的功率谱密 度为-155dBW/m2。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第三节 伽利略系统 56˚120˚ 40˚ 23222km 41 伽利略系统的定位业务类型 • 开放接入业务(OAS):向所有民用用户开放的 免费业务。 • 一类控制接入业务(CAS1):为商业应用提供 的并实施控制接入的有偿服务。 • 二类控制接入业务(CAS 2):为安全和军事应 用提供的并实施控制接入的有偿服务。 所有这三类服务的精度都优于10m。CAS 2 可实现水平4m、垂直16m的精度。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第三节 伽利略系统 42 伽利略系统提供的定位服务 • 公开服务:免费提供定位、导航及授时等服务。定位精度 :15-20m(单频)、5-10m(双频) • 商业服务:在公开服务基础上提供额外的服务。定位精度 为:5-10m(全球,双频)、1-10m(局部)。 • 生命安全服务:应用于交通运输、引导船只入港、铁路运 输管制、公共交通管制及自动化等。 • 公共规范服务 :向公共安全、紧急救助、能源、运输及 通信应用等相关部门提供的服务。定位精度:4-6m(全球, 双频)、1m(局部)。 • 由地区性单位提供的导航服务:通过差分或其它辅助信息 在一些受限的区域提供更高精度的定位服务。 • 搜寻与救援服务:提供与COSPAS-SARSAT兼容的服务 。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第三节 伽利略系统 43 第四节 中国的卫星导航定位系统 中国的卫星导航定位系统 • 中国的卫星导航定位系统分为二代三期: –第一代称为“北斗一号”卫星导航定位系统,英 文简称CNSS。20世纪80年代中期开始预研,1995 年正式启动工程研制,2001年投入实用,是一个区 域性有源定位(RDSS)系统。 –第二代称为“北斗二号”卫星导航定位系统,英 文简称COMPASS(即指南针)。分二期建设: •一期是一个区域性导航定位(RNSS+RDSS) 系统,20世纪90年代末期开始预研,2004年正式启动工程 研制,预期在2012年建成。 •二期是一个全球性无源定位(RNSS+RDSS) 系统,目前作为国家重大专项处于预先研究阶段。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 45 1. “北斗一号”系统概况 • 服务区:包括从东经70º至东经145º、北纬5º到 北纬55º的广大地区。 • 卫星:均为GEO卫星,定点位置为东经80度、 140度和110.5度(备份)。 • 2000年10月31日和12月21日相继发射了两颗卫 星,构成了一个初始系统。 • 工作频率:在国际电信联盟(ITU)登记的频段为 卫星无线电定位业务(RDSS)频段,用户上行为 L频段(频率1610~1626.5MHz),用户下行为S 频段(频率2483.5~2500MHz)。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 46 “北斗一号”卫星导航定位系统的三大功能 • 定位:北斗系统可为服务区域内用户提供全天候 、高精度、快速实时定位服务,在标校站覆盖区定 位精度可达到20m,无标校站覆盖区定位精度优于 100m(1σ); • 授时:北斗系统具有精密授时功能,定时精度可 达100ns(单向授时)和20ns(双向授时); • 短报文通信:北斗系统用户终端具有双向数字报 文通信能力,用户可以一次传送最多120个14bit汉 字或420个4bit BCD编码的短报文信息; Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 47 2. “北斗一号”系统的组成 • “北斗一号”卫星导航定位系统由空间卫星部分、 地面系统部分和用户设备3大部分组成。 –空间卫星部分:三颗“北斗一号”对地静 止轨道卫星(位于东经80º和140º的两颗工作 卫星,位于东经110.5 º的一颗备用卫星); –地面系统部分:一个位于北京的配有电 子高程图的地面中心站(含主控站和计算中 心)、和分布全国的二十余个测轨及标校站 ; –用户设备部分:大量的北斗用户设备。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 48 “北斗一号”系统的组成 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 车载用户设备 便携用户设备 舰载用户设备 指挥用户设备 空间卫星 用户设备 地面系统 测轨及标校站 地面中心站 L波段入站信号 S波段出 站信号 机载用户设备 49 3. “北斗一号”系统的工作原理 • “北斗一号”系统利用两颗GEO卫星实现定位, 其定位依据是三球交会测量原理: –分别以两颗卫星为球心,以卫星到用户接收 天线距离为半径,构成两个球面; –两球面相交得一圆(称为交线圆),该圆垂 直于赤道平面; –在地球不规则球面的基础上增加用户高程, 获得一个“加大”的不规则球面,该球面以地面数 字高程库的形式保存在地面中心站; –圆与不规则球面相交,得两个点,分别位于 南北半球,取北半球的点即为用户设备的位置。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 50 三球交会测量原理的示意图 卫星轨道 GEO1 GEO2 ρ1 ρ2 α 交线圆 51 “北斗一号”卫星导航定位系统的工作过程 (1)地面中心站向2颗卫星同时发送询问信号; (2)卫星接收到询问信号,并向服务区内的用户播发询问 信号; (3)用户响应其中1颗卫星的询问信号,并同时向2颗卫星 发送响应信号; (4)卫星收到用户响应信号,经卫星转发器发回地面中心 站; (5)地面中心站收到用户响应信号,解调出用户申请的服 务内容; (6)若是定位申请,地面中心站测出该定位申请经过2颗卫 星的传播时延,并据此确定用户位置; (7)若是用户通信申请,则把用户的通信内容再发送。 (8)卫星接收到地面中心站发来的坐标数据或者通信内容 ,转发给用户或者收件人。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 52 “北斗一号”系统的两种定位方式 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 中心站用户设备 卫星 卫星 中心站用户设备 卫星 卫星 53 “北斗一号”系统存在的不足 • (1) 有源工作方式,隐蔽性差,用户数量受 限,终端不能小型化; • (2) 定位精度受限,只能实现区域覆盖,高 纬度地区可用性差; • (3)依赖于地面中心站和两颗GEO卫星,系 统生存能力较弱; • (4) 定位实时性较差,不适于高速载体。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 54 4. “北斗二号”卫星导航定位系统 • 同时支持RDSS和RNSS业务 –RDSS与BD-1兼容; –RNSS与GPS功能相当; • 提供定位、测速、授时和通信服务; • 系统组成 –空间段:由5颗GEO卫星和30颗MEO卫星组成 ; –地面段:一个位于北京的地面中心站和分布全 国的二十余个时间同步/注入站和监测站; –用户段:各类北斗用户设备。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 55 “北斗二号”卫星导航定位系统的空间段 • “北斗二号” 系统空间段由5颗GEO卫星和30颗 MEO卫星组成。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 45˚ 21528km 55˚ 55˚ MEO 58.75˚E 80˚E 110.5˚E140˚E 160˚E GEO 56 “北斗二号”系统提供的服务及工作频率 • 提供两种服务: –开放服务:利用民码(相当于GPS的 C/A码)信号,在服务区免费提供定位、测速 和授时服务,定位精度为10m,授时精度为 50ns,测速精度0.2m/s。 –授权服务:使用军码(相当于GPS的P/Y 码)信号向授权用户提供比开放服务更安全 的定位、测速、授时和通信服务以及系统完 好性信息。 • 工作在L波段,包括B1、B2、B3三个频点 。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第四节 BD系统 57 第五节 卫星导航定位技术 的典型应用 卫星导航定位技术的应用 • 卫星导航定位的作用是向各类用户和运动 平台实时提供准确连续的位置、速度和时间 信息。 • 根据性质的不同,分为军用和民用两大领 域: –军事应用历来是卫星导航的重要领域; –卫星导航可为民用领域带来巨大的经济 效益。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 59 在军事领域中的应用 (1)用于远程制导和打击效果评估。 (2)用于实现飞机、车辆和舰艇等移动体的自主导航。 (3)用于战区移动目标的指挥监控。 (4)用于实现对部队的实时指挥控制。 (5)可在特种作战中发挥重要作用。 (6)可完成各种需要精确定位与时间信息的战术操作,如布 雷、扫雷、目标截获、全天候空投、近空支援、协调轰炸、 搜索与救援、无人驾驶机的控制与回收、火炮观察员的定位 、炮兵快速布阵以及军用地图快速测绘等。 (7)可用于靶场高动态武器的跟踪和精确弹道测量以及时间 统一勤务的建立与保持。 (8)用于军事后勤保障中对作战物资进行实时跟踪。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 60 各式GPS接收机 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 61 在民用领域中的应用 • 卫星导航的应用市场可以分为三大方面:专业市 场、批量市场和安防市场。 • 专业市场主要是指精密测量、油气和地质勘探、 土木工程、民用建筑、精细农业、物流管理、授时 、气象、地震,以及各种各样的科学研究。 • 批量市场主要是指车辆导航、船只导航、飞机导 航、个人导航、移动目标监控等。 • 安防市场主要是指货运、客运、紧急救援、抢险 救灾、安全防范、防盗报警、应急联动等。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 62 GPS 的应用只受到人们想象力的限制 •交通运输 –汽车 –铁路 –航海 –航空 –航天 •产业 –农业 –建筑业 –电子商务/金 融 –电力 –工程 –渔业 –林业 –制造业 –矿业 –油气业 –电信 •科学与环境 –气象预报 –污染监测 –生态与野生动物保护 –环保 –有毒废物/油污清理 –动物监护 –疾病控制 –地质灾害监测 –考古挖掘 –时间传递 •军用 –武装力量部署 –后勤支援 –车辆导航 –智能火器 •地理 –测量 –绘图 –大地测量 –地理信息系统 –土地使用规划 •个人消费(娱乐) – 消费电子 – 徒步旅行/捉迷藏 – 驾船/捕鱼 – 运动 – 旅游 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 63 自动驾驶车道 过渡车道 人工驾驶车道 参考站 车辆自动驾驶车辆自动驾驶 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 64 搜搜救救 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 65 空中交通管理 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 66 自动耕作与施肥自动耕作与施肥 The Applications Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 67 大型结构物安全性监测 深圳地王大厦风深圳地王大厦风 荷载位移测量荷载位移测量 GPS应用实例 68 69 全球卫星导航应用仪销量市场份额分布预测 70 中国的卫星导航产业潜力巨大 • 在安防、批量和专业应用三大市场上中国 卫星导航产业都有良好的发展前景,尤其 是中国的移动通信和汽车制造与消费领域 ,具有巨大的潜力。 • 截止2010年底,中国的移动通信用户数 量超过8亿户,机动车总量约2亿辆。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 71 72 回顾与小结 • 本章对国内外典型卫星导航定位系统的 概况进行了介绍,重点研究了典型系统的 组成和工作原理,分析了国内外应用情况 。 • 要求掌握美国GPS系统和中国北斗系统 的组成及工作原理,理解各卫星导航定位 系统的主要性能参数及应用。 Ø 第六讲 典型卫星导航系统及应用第五节 典型应用 73 思考题 1、简述卫星导航定位系统的基本概念。 2、简述GPS系统的组成及各部分的功能。 3、简述GPS系统的工作原理。 4、简述GLONASS和伽利略系统空间段的组成。 5、简述“北斗一号”卫星导航定位系统的组成、各部 分功能及工作原理。 6、简述“北斗二号”卫星导航定位系统的组成和提供 的服务。 7、简述卫星导航定位系统几种典型的军事和民用应 用。 74 作业 1、航天测控系统由哪几个组成部分,分为哪几类? 2、航天测控体制有哪几种?简述其工作原理。 3、小卫星测控的主要特点是什么? 4、运载火箭一般由几级?每一级都包括哪些组成部分? 5、发射三要素各指什么? 6、小卫星有哪几种发射方式,各有什么特点? 7、简述卫星导航定位系统的定义、组成及工作原理。 8、简述钟差、伪距与伪距变化率的概念。 9、简述卫星导航定位中基本观测量的测量方法。 10、简述GPS系统的组成及各部分的功能。 11、简述GLONASS和伽利略系统空间段的组成。 12、简述北斗导航定位系统的组成、功能及工作原理。 13、简述“北斗一号”卫星导航定位系统的组成、各部分功能及工作原 理。 14、简述“北斗二号”卫星导航定位系统的组成和提供的服务。 15、简述卫星导航定位系统几种典型的军事和民用应用。 75
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