GNSS的现状及发展.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,主要内容,GNSS,的概念,GNSS,的现状与发展,GNSS,的挑战,我国导航定位卫星系统,CORS,原理及在城市卫星综合服务系统的应用,一、,GNSS,的概念,GNSS,是,Global Navigation Satellite System,的缩写，应译为,“,全球导航卫星系统,”,，而不宜译成,“,全球卫星导航系统,”,。,“,全球导航,”,是相对于,陆基区域性导航,而言，以此体现卫星导航的优越性。,目前很多人将,GNSS,与,GPS,等系统,并列,而论，而,GPS,厂商却推出,GNSS,接收机,。这就存在一个问题：,GNSS,究竟是一个,单一系统,，还是一个,综合系统,？,GNSS,从它问世开始，就不是一个单一星座系统，而是一个包括,GPS,、,GLONASS,在内的,综合星座系统,。,早在,20,世纪,90,年代中期开始，欧盟一直在致力于一个雄心勃勃的民用全球导航卫星系统计划，称之为,Global Navigation Satellite System,。该计划分两步实施：,第一步,是建立一个综合利用美国的,GPS,系统和俄罗斯的,GLONASS,系统的第一代全球导航卫星系统,(,当时称为,GNSS-1,，即后来建成的如图所示的,EGNOS,系统,),；,第二步,是建立一个完全独立于美国的,GPS,系统和俄罗斯的,GLONASS,系统之外的第二代全球导航卫星系统，即正在建设中的,Galileo,卫星导航定位系统。,GNSS,是所有在轨工作的卫星导航系统的总称呼；目前主要包揽,GPS,卫星全球定位系统、,GLONASS,全球导航卫星系统、北斗卫星导航系统、,WAAS,广域增强系统、,EGNOS,欧洲静地卫星导航重叠系统、,DORIS,星载多普勒无线电定轨定位系统、,PRARE,精确距离及其变率测量系统、,QZSS,准天顶卫星系统、,GAGAN GPS,静地卫星增强系统，以及正在建设的,Galileo,卫星导航定位系统、中国的,CNSS,导航定位系统和,IRNSS,印度区域导航卫星系统。,一、,GNSS,的概念,GNSS,接收机,近年来，一些,GPS,信号接收机制造厂商，为了提高市场占有率，纷纷推出所谓,“,GNSS,接收机,”,；例如，,Trimble,公司于,2006,年春推向市场的,Trimble R8 GNSS,接收机，宣称它采用,Trimble R-,跟踪技术，能够接收和测量,GPS L2-C,和,L5,信号以及,GLONASS,信号；又如，拓普康,GNSS,接收机：,GB-1000,和,Hiper,系列接收机具有,40,个并行通用信道,最多可测量,20,颗,GPS,卫星和,GLONASS,卫星的双频信号，测量双频信号时将包括,L1-C/A,码和载波相位、,L1-P,码和载波相位、,L2-P,码和载波相位。由此可见，目前,GPS,信号接收机制造厂商所谓的,“,GNSS,接收机,”,，只不过是一种既能够接收,GPS,信号，又能够接收,GLONASS,信号的双系统信号接收机，而不是能够接收所有在轨工作的导航卫星信号的接收机。,只有能够接收所有在轨工作的导航卫星信号的接收机，才是真正的,GNSS,接收机。,二、,GNSS,的现况与发展,2007,年,11,月,5,日在轨工作的,GPS,卫星共有,31,颗,15,Block IIA+12 IIR+4 IIR-M,Block IIR-M,卫星，为全球广大用户提供一个新的民用伪噪声码,(L2-C,码，亦叫做,L2-RC,码,),，亦即，常说的,“,第二民用导航定位信号,”,(,实际上是第二个民用测距码,),2003,年,12,月,10,日，第一颗,GLONASS-M,卫星入轨运行，并于,2004,年,01,月,29,日开始向广大用户发送导航定位信号,(GLONASS-M,卫星的导航电文增修了,GPS,与,GLONASS,之间的系统时间差,GPS,等,8,个参数,),；这标志着,GLONASS,现代化迈出了坚实的第一步。但是，,2007,年,10,月,31,日，仅有,11,颗,GLONASS,卫星在轨正常工作，其中包括,2006,年,12,月,25,日发射的,3,颗,GLONASS,卫星。,GLONASS,M,卫星,欧洲伽利略导航卫星计划,GNSS1,是,GPS,和,GLONASS,的星基增强系统,EGNOS(,欧洲静止轨道导航重叠服务。,1995,年启动,2000,年运行,包括服务,:,辅助测距信息,;,完整性信息,;,广域差分改正信息。,欧洲意发展,GNSS,（,Global positioning and Navigation Satellite System,）,将建立包含,30,颗环绕地球卫星的网络，卫星高度,2,4,万公里，计划于,2008,年建成并投入使用,Galileo,组成,全球,设施,（,空间段和地面段,）,空间段,27/3/1,3,轨,面,56度,23616,km,20年,14,h4m,Galileo,组成,全球设施、区域设施、局域设施、用户部分,IMS,TTC,上行,GCC,L-band,导航,UHF,搜救,.,区域设施,局域设施,COSPAS-SARSAT,地面设施,卫星星座,外部辅助系统,C,波段,区域上行,S,波段,监控站,ICC,IMS,Network,ICC,IMS,Network,IULS,.,.,.,.,.,.,NAV SIS,NAV SIS,NAV SIS,NAV SIS,任务上行,局域设施,局域设施,数据链,数据链,导航控制&,星座维护中心,完好性测试,与发布,全球设备,用户,Galileo,服务,免费公共服务,：,免费使用,商业服务,：,高精度加密信息,、,区域差分信号等,生命保险服务,：,用于交通运输、航空、船只入港、铁路运输管制和航空管制,公共事业服务：,欧盟用，如国家安全、紧急救援、治安、警戒，及紧急的能源和通讯等。,搜寻与救援服务,：,优于国际通用的卫星,搜寻救援,系统,COSPAS-SARSAT,Galileo,系统提供四种服务模式,Galileo,系统，采用被动式导航定位原理和扩频技术发送导航定位信号。但它将其功能分成公开服务、人身安全、商务服务和公用管理等四种服务模式，每种服务采用不同的信号。从该表可见，只有公开服务和安全服务，是采用自由使用的信号；余者是需要经过特许，才可使用的。,EGNOS,中国测试项目,EGNOS,中国测试平台由三个参考站，六个测试站和相应的通讯链路组成。三个参考站是北京房山、武汉九峰和上海佘山。,测试期间由欧空局提供三个参考站的设备和用户接收机。三个参考站数据传输到欧洲,EGNOS,数据处理中心，经过改正后再通过印度洋上空的,IOR,卫星向东亚地区发布导航差分信号供测试。在测试过程中，除了六个测试站进行的静态精度测试外，还设计了上海,武汉间沿长江局部地段的水运导航应用测试，同时也作为,EGNOS,中国测试项目的动态精度测试内容,EGNOS,中国测试项目,中欧联合,“,EGNOS,中国测试,”,项目工作组于,2003,年,7,月,14,日,-17,日在北京中国地震局召开了工作会议。以欧洲空间局,EGNOS,项目负责人,Philippe Michel,为团长的欧方四人代表团参加了会议。中方项目承担单位中国地震局、中国科学院、国家测绘局、清华大学、交通部等相关部门项目人员,15,人参加了会议。,考察了拟作为,EGNOS,中国测试参考站的上海、房山、武汉,GPS,基准站，对三个基准站的设施条件与工作基础表示满意。会议制定了测试阶段详尽的工作日程，形成了会议文件,中国参加伽利略,中国与欧盟,2003.10.30,在北京签署伽利略卫星导航合作协定等三个文件,“,伽利略计划,”,总共投资约,33,亿欧元，按照中国和欧盟,15,个国家以平等地位参与合作的原则，中国将出资两亿欧元左右,.,中方将参与管理层联合执行体，并享有,20,的选举权,中国参加伽利略计划管理，参加伽利略计划开发阶段包括空间段、地面段、应用段项目、提供资金等一系列具体的权利和义务安排。,伽利略可能帮助为,2008,年北京奥运会这类的活动提供服务，但也有战略军事方面的用途。,美国对伽利略系统的态度,美国官员担心,“,伽利略,”,系统会威胁到依靠全球卫星定位系统（,GPS,）进行导航并确定士兵位置的美国及北约部队的军事行动，而且还可能干扰其,GPS-M,码绝密定位系统。,欧美官员,10,月份曾在伦敦开会讨论,“,伽利略,”,系统的开发计划，双方又出现严重分歧。欧洲代表声称，当整套系统启用后，假设美国卷入战争，如有敌国使用欧洲的卫星，欧盟也不会把卫星关掉或干扰敌国信号。当时，美国代表,“,反应平静,”,。但随后不久即传出美国扬言要击落欧洲卫星的消息。,美国空军,04,年,8,月份写成的新版本,太空对抗军事行动条例,AFDD2-2.1,的正文讲过：,“,10,年后，如果有一个敌国选择利用,GPS,系统或者欧洲伽利略系统去精确地攻击美国武装部队，令美国人的生命受到威胁，我们应该做些什么呢？,”,美国对伽利略系统的态度,美国早就对,“,伽利略,”,计划心存怀疑，因该计划可能成为美国发起的,“,全球定位系统,”,（,GPS,）的竞争对手,向伽利略卫星系统的威胁，其实质是把战火引向太空。最近，美国一些人不断为发展太空武器找借口，准备钻,外空条约,解释的空子，说激光武器、粒子束武器不是大规模杀伤性武器。,美国空军航天司令部,10,月,29,日称已经将可以干扰敌方空间系统的新式武器投入使用。新武器名为反通信系统（,CCS,）。它采用现有设备装配而成，由天线、接收器和发射器组成，能够被装载到拖车上，运送到各个地方。已经于上月末开始秘密地在科罗拉多斯普林斯的彼得森空军基地投入运作。这可移动干扰器可以通过发射电磁射频能量暂时干扰卫星通信，而且这种干扰是可逆的，并不会损坏卫星元件。反通信系统由第,76,空间控制中队操纵。自去年年底来，已经有,3,套这样的系统被交付给美国空军。,“,伽利略,”,首颗实验卫星升空,欧洲航天局在,2005,年,12,月,28,日发射了第一颗伽利略演示卫星,Giove A(GSTB-V2/A),由俄罗斯,“,联盟,FG,”,火箭从哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心发射升空,携带两个互为冗余的小型铷原子钟,(,稳定度为每天,10,毫微秒,),、两台信号发生器,(,一台能够产生一个简单的伽利略信号，另一台将产生多种典型的伽利略信号,),。进入高度为,23256,千米与赤道成,56o,倾角的圆形轨道上,确认由国际通信组织,(ITU),所规定的频率,演示伽利略卫星系统导航载荷的关键技术,掌握未来伽利略星座轨道上的辐射环境,第二颗演示卫星,Giove B,是由欧洲伽利略工业公司制造，目前正在测试中，将在,2007,年发射。它是为了演示一种无源氢脉泽,(PHM),，它的稳定度要优于每天,1,毫微秒，这将大大优于以前所发射的在轨原子钟,伽利略卫星传送试验用导航电文,5,月,2,日，由测量卫星技术公司,(Surrey Satellite Technology),制造的,伽利略,在轨验证装置,(GIOVE)-A,成功传送了首个导航电文，该电文包含了用户接收机计算位置时所需的信息。该电文是,5,月,2,日从地面站发送给,GIOVE-A,的，然后再从卫星传送给用户接收机，目前该导航电文仅用于验证目的。,伽利略,卫星发送的射频信号包括一个导航信号和一个导航电文，导航信号包含用来测量用户接收机至卫星的距离所需的信息，而导航电文提供了计算时间和卫星精确位置所需的定时数据以及卫星空间轨迹数据。首个,伽利略,导航电文是由泰莱斯,阿莱尼亚空间,(Thales Alenia Space),公司制造的导航信号发生装置产生的，它采用了由,GIOVE,的任务部分提供的数据。,DORIS,系统,卫星多普勒导航定位原理，也被现代在轨作业的,DORIS(Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite),星载多普勒无线电定轨定位系统所采用。,20,世纪,80,年代中期，法国国家空间研究中心（,CNES,）、法国国家大地测量研究所（,GRGS,）和法国国家地理研究所（,IGN,）共同研发了,DORIS,系统。该系统是一个与,TRANSIT,系统相反的“信标上行”系统，它不像,TRANSIT,系统那样，由子午卫星发送导航定位信号，而是由地面播发站向卫星播发无线电信标，星载,DORIS,接收机接收该无线电信标，进而测得,2036.25MHz,和,401.25MHz,的双频多普勒频移，依此而解算出该颗卫星的在轨实时位置。,DORIS,系统的组成部分：,(1),全球地面定轨播发网。该网是若干地面播发站组成的，各地面播发站以,2036.25MHz,和,401.25MHz,两种射电频率向星载,DORIS,接收机播发无线电信标，作为定轨信号；,(2),星载,DORIS,接收机。现已在下述卫星上装备了,DORIS,接收机：,SPOT 2,，,SPOT 4,，,SPOT 5,，,Topex-Poseidon,，,Jason 1,和,Envisat,；以及即将发射的,Cryosat,，,Jason 2,和,HY-2,海洋二号卫星,(,将于,2009,年冬季发射，,2008,年,9,月装备,DORIS,),。,(3)DORIS,控制中心。它的主要功能是，系统监测、设备管理、数据处理及其编档保存。,GNSS,的发展,GPS,现代化,对于民间用户而言，,GPS,现代化，主要是在,GPS IIR-M,卫星所发送的,GPS,第二导航定位信号上增设一个新的伪噪声码,L2-C,码,(,详见刘基余的“,GPS,卫星导航定位原理与方法”一书,8.6),，在计划,2009,年,1,月,始发的,GPS IIF,卫星上增设第三导航定位信号（,L5,），而形成用,3,个,GPS,信号（,L1,，,L2,，,L5,）同时进行导航定位的新格局；计划,2013,年开始发射的,GPS III,卫星，并在,GPS IIF,卫星所发导航定位信号的基础上，在第一导航定位信号（,L1,）上增加一个民用测距码,L1-C,码,，致使民间用户能够用,GPS III,卫星的,3,个,GPS,信号（,L1,，,L2,，,L5,）和,4,个民用测距码,同时进行导航定位测量。,GPS III,卫星,L1,的民用测距码能量分配,GPS III,卫星第一导航定位信号,(L1),的功率频谱密度,GPS,为何实施现代化,现行,GPS,存在下列问题：,(1),、,GPS,信号的易干扰性；,(2),、星历更新的强依他性；,(3),、,P,码捕获的非独立性；,(4),、,L1-P,码,/L2-P,码伪距的民用难用性。,现行,GPSII/IIA,卫星信号的频谱,：,GPS,现代化的目的,GPS,卫星自主在轨更新星历，而且能够使用户测距误差,(URE),在,6,个月内维持,7.4m,；,GPS,信号采用军民隔离，复用频谱；,采用点波束发射，强化美军实用功能。,(1),强化美国军用抗毁能力，紧握导航战的主动权。,(2),实施多种提高,GPS,导航定位精度措施，争夺卫星导航定位用户。,2000,年,5,月开始中止,GPS,卫星所用的,SA,技术，意图排挤,GLONASS,和,Galileo,用户；,增设,L2-C,码，为民用提供,GPS,双频测量便利,；,2005,年,9,月,26,日，第一颗增设了,L2-C,码的,Block IIR-M,卫星入轨运行。,GPS,现代化迈出了重要的一步。,增设第三导航定位信号,(L5),，可求解出稳定可靠的,5.865m,宽巷波长，将,GPS,动态载波相位测量精度提高到一个新水平；,将,L2-CL,码 的长度周期提升到,767250bits,，这可直接利用,L2-C/A,码和,L2-C,码的测量，精确测定站星距离值，而不需要借助其它辅助信号去解决所测站星距离的单值性,(3),改用高轨圆轨道和静地轨道相结合的,33,颗卫星构成的工作星座，增强,GPS,全球连续导航定位的可靠性和稳定性，力图夺取制航权。,GPS,的现行星座,GPS,现代化的效益,自,20,世纪,80,年代末期以来，,GPS,技术已在我国的测绘、地质、航空、航天、海洋、交通、航道、石油、水利、渔业、农业和信息等行业获得了广泛的应用。,GPS,现代化，将加速,GPS,技术在我国更多领域的应用开拓。,GPS,卫星导航定位技术与通信、遥感和电子消费产品的不断融合,，,又将创造出更多的新产品和新服务。,(1),新增民用信号拓宽,GPS,的应用,(2),航天高动态用户能够实现精确的实时自主导航,(,航天,),器载,GPS,测量具有下列优越性：,(1),、能够精确而自主地测定航天器在轨飞行时的实时位置与速度，甚至姿态参数：,(2),、能够实现在轨航天器的自主导航，而显著减少对地面测控系统的依赖；,(3),、能够为航天器上其它设备提供高精度的时间基准 而取代地面测控系统的时统子系统。,当航天高动态用户使用,GPS II/IIA/IIR,卫星信号时，精细剔除电离层时延改正误差影响，是自主精确定位的一个大难题。,L2-C,码、,L1-C,码和,L3,信号的增设，为解此难，开辟了技术新途径。,GLONASS,现代化的发展计划,2003,年开始发射,GLONASS MI,卫星和,GLONASS MII,卫星。它们的设计工作寿命分别为,5,年和,7,年；它们的在轨重量分别为,1480kg,和,2000kg,。且拟在,GLONASS MII,卫星上，增设第二个民用导航定位信号。,主要内容是：,2009,年开始研发第三代,GLONASS,导航卫星，称之为,GLONASS-K,卫星,(,如图,5,所示,),；该新型卫星上,拟增设第三个导航定位信号,；并将,GLONASS-K,卫星的设计工作寿命增长为,10,年。该种卫星是一颗基于非加压平台建造的全新小型卫星，较之以前所有的,GLONASS,卫星更加轻便，以致发射成本较低廉。,GLONASS-K,卫星拟增设的第三个导航定位信号的载波频率为：,1201.741208.51MHz,。,2015,年开始发射新型的,GLONASS-KM,卫星，增强系统的整体功能，扩大,GLONASS,的应用领域，提高,GLONASS,与,GPS,的竞争能力。且于,2002,年开始了,GLONASS-KM,卫星的预研工作,(,如表,4,所示,),。,Galileo,系统建设曲折前进,据新科学家网站,2007,年,3,月,14,日报道，政治斗争可能会破坏欧盟迄今为止最大的联合技术计划,Galileo,卫星导航定位系统的建设。欧盟原计划在,2011,年以前建设成功,Galileo,系统，从而结束欧洲对美国,GPS,系统的依赖。但是，欧盟挑选出八家欧洲公司组成的产业联盟，因公司之间的职权斗争可能妨碍,Galileo,系统的发展。一位技术分析家称，,Galileo,系统可能因此而需要在,2014,年,或更晚时间才能够建设成功。,CNSS,系统进入工程化建设阶段,我国的,“,北斗二代卫星导航定位系统,”,，称之为指南针导航卫星系统,(,Compass Navigation Satellite System=CNSS,),系统，它的,第一期星座,是由,12,颗,Compass,卫星组成的区域覆盖性星座；它包括,5,颗在,36000km,高度运行的地球同步卫星,(GEO),，,4,颗在,21500km,高度运行的中轨卫星,(MEO),和,3,颗分别处于三个轨道上飞行于,36000km,高度的斜轨卫星,(IGO),。,CNSS,系统与,GPS,和,GLONASS,系统最大的不同，在于它不仅能使用户能够精确测定自己的点位坐标，而且还可以告诉别人自己的在什么点位，特别适用于需要导航与移动数据通信场所，如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等。,第二期星座,是由,30,颗,MEO,卫星和,5,颗,GEO,卫星构成的,(30+5),全球性导航星座。,2007,年,4,月,14,日,4,时,11,分，在西昌卫星发射中心成功地发射了第一颗中轨工作卫星,(Compass-M1),。目前,星地试验工作进展顺利。我国第二代卫星导航系统将耗资,130,亿元，于,2008,年建成为一个区域性的系统；于,2010,年后建成为一个全球导航卫星系统。,IRNSS,系统开始建设,印度政府于,2006,年,5,月,9,日正式批准建设的印度区域导航卫星系统,(IRNSS),，将由,7,颗卫星,(4,颗同步轨道，,3,颗大椭圆轨道,),及其地面控制系统组成，预计未来,6,年内研发、制造和发射,7,颗卫星的投资需要,3.5,亿美元,(160,亿卢比,),。印度声称，该系统将完全由印度控制，所有,IRNSS,星座、地面控制系统和用户接收机的研制和生产都由印度独自主完成，这项工程的实施预计将会给印度航天部门和工商企带来巨大的技术挑战和商机。,三、,GNSS,的挑战,GNSS,全球导航卫星系统，主要包括,GPS,、,GLONASS,、,Galileo,、,DORIS,、,IRNSS,和,CNSS,诸系统。这,6,大导航卫星系统 给出的挑战是：,(1),系统作用；,(2),用户设备；,(3),应用领域。,对系统作用的挑战,四项技术指标衡量其性能优劣：,一,个卫星导航定位系统除了导航定位功能以外，还兼作其它用途；例如，,GPS,还用于情报收集、核爆监测和应急通信等一些军事目的,(L3/L4?),；,Galileo,系统除具有与,GPS,系统相同的全球导航定位功能外，还具有全球搜寻援救功能。,可用性,(Availability),：用户使用该系统作导航定位的正常 运行时间；,精度,(Accuracy),：该系统用于测得的运动载体在航位置与其真实位置的差异性；,完好性,(Integrity),：该系统不能用于导航定位的告警能力；,连续性,(Continuity),：该系统在一个导航周期内出现间断导航的概率,。,(2),对用户设备的挑战,卫星导航信号接收机的软件化，是迎接挑战的好方法；即仅用一个天线单元，接收、跟踪、变换和测量多种卫星导航定位信号。软件无线电技术的发展，为解决这个难题奠定了技术基础；它的核心技术是用,宽频带,无线接收机来代替原来的,窄频带,接收机，将宽带的,A/D,和,D/A,变换器尽可能地靠近天线，而尽可能多地采用软件来实现电台的功能。基于软件无线电技术的设计，,GPS,信号软件接收机就应运而生了,。,GPS,信号软件接收机的优点,1,、便于,GPS,信号接收机的更新换代,可以实现快速研发,/,升级新型接收机；,有利于降低接收机的升级成本；,易于实现一台接收机的多系统融合。,2,、便于研究与教育,便于,模拟新系统；例如，,Galileo,；,GPS L5,信号；,便于研,发新算法与测试平台；,便于,可视化展示接收机的内部运行。,(3),对应用领域的挑战,一个卫星导航定位系统应用领域的广大与否，不仅取决于它的导航定位精度，而且取决于它的导航信号的完好性、连续性和适用性。只有导航定位精度高、三性好的系统，才具有广大的应用领域；这是值得我国,CNSS,系统建设关注的重大问题！,四、我国导航定位卫星系统,1,“北斗一号”卫星定位系统由来,地球同步卫星定位系统是一种投入小、但具备导航功能、性能投入比较好的区域性定位系统。,由来：,70,年代末,80,年代初,Neifl,提出了地球同步卫星导航系统,1983,年底 作导航的模拟实验,80,年代中期 覆盖欧洲的,Locstar,80,年代初 陈芳允教授提出建议,1989,年,9,月,25,日 成功地进行了双星快速定位通信演示试验,2000,年,10,月,31,日,“,北斗一号,”,导航定位系统第一颗卫星,2000,年,12,月,21,日,“,北斗一号,”,导航定位系统第二颗卫星,“,北斗一号”卫星定位系统,2000,年,10,月,31,日，第一颗“北斗导航试验卫星”发射成功；,2000,年,12,月,21,日，第二颗“北斗导航试验卫星”发射成功；我国建成第一代卫星导航定位系统，该系统具有“,区域性,、,主动性,”的特点。,我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有卫星定位系统的国家。,北斗导航定位系统采用,主动式,定位原理，用户设备既接收卫星的定位信号，又向卫星转发信号，由地面中心解算用户的位置，并用通讯方式告知用户所测得的坐标值。,系统组成,“,北斗一号”卫星定位系统属于地球同步卫星定位系统，可以分为下面三部分：,空间部分,地面监控部分,用户部分,系统组成,空间部分,“,北斗一号,”,卫星定位系统，由在地球同步轨道上运行的三颗静地卫星构成空间导航定位信号收发台。,两颗工作卫星距地面高度,36000km,，经度相差,60,度，分别定点在东经,80,度和,140,度，备用卫星位于东经,110.5,度。,卫星载荷：变频转发器、,S,天线,(,两个波束,),和,L,天线,(,两个波束,),。,作用：,接收地面中心的出站信号并转发给用户；,接收用户的信号并转发到地面中心；,将地面中心解算的用户坐标发送给用户；,接收地面中心指令，确保卫星的正常运行；,地面部分,地面部分由,地面控制中心,数据处理中心,定轨观测网,地面控制中心,控制中心的主要功能：,控制卫星的在轨正确飞行；,控制卫星的转发器正常工作；,捕获和识别来自用户机发送的信号；,测量信号传播时间；,向用户发送定位位置；,产生导航定位信号，播发时间频率校准信息；,建立与数据处理中心联系、处理所接收的数据资料。,数据处理中心,数据处理中心,数据处理中心功能：,计算用户位置和轨迹；,对用户进行导航和交通管制；,识别用户身份、控制用户使用；,北斗用户机,用户机由混频器和放大器、信号接收机、发射装置、信息输入装置和显示装置等。,主要任务：接收中心站经卫星转发的询问信号，并向卫星发射应答信号。,种类：根据执行任务的不同，北斗用户机可分为定位通信型（基本型用户机）、通信型、授时型和管理型（指挥型用户机）；按照装载方式的不同，北斗用户机可分为手持式、车载式、船载式、机载式等类型。,用户机的功能和作用：,接收卫星转发的信号；,从接收的信号中提取数据信息和时间标识信息；,向卫星发送信号；,系统功能,北斗系统主要有三大功能：,快速定位：,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，定位精度与,GPS,相当；,简短报文通信：,北斗系统用户终端具有双向数字报文通信能力，用户可以一次传送多达,120,个汉字的简短报文信息；,精密授时：,北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供,20ns,时间同步精度。,定位原理,中心站,d,1,d,2,d,4,d,3,D,1,D,2,工作过程,控制中心向,2,颗卫星发送询问信号；,卫星接收到询问信号，经卫星转发器向服务区用户播发询问信号；,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；,卫星收到用户响应信号，经卫星转发器发回控制中心；,控制中心收到用户响应信号，解调出用户申请的服务内容；,控制中心计算出用户的三维坐标位置，再将它发送到卫星进行相应的处理；或者用户的通信内容再发送，卫星又收到控制中心发来的坐标数据或者通信内容，经卫星转发器发给用户或者收件人。,技术特点和优势,技术特点：,具有简短通讯功能,简化卫星载荷和用户机的技术要求,天然的差分系统,可控性强,地面中心技术密集，用户数量有一定限制,精度分布不均匀，空中和动态用户精度较低,陆地用户需要高程数据库的支持,同步卫星的定位特点,本身为二维导航系统，仅靠卫星不能完成定位，需要高程或高程库的支持。,观测量的获取、定位的解算在地面中心进行，卫星功能简单，仅有转发或收发功能。,完成一次定位，信号往返三次，具有一定的定位延迟（约为,0.72,秒）。,仅需两颗卫星，投入小。,“,北斗一号”卫星导航系统与,GPS,系统比较,覆盖范围：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约,70-140,，北纬,5-55,。,GPS,是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到,6-9,颗卫星,(,实际上最多能观测到,12,颗,),。,卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置,2,颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约,60,。,GPS,是在,6,个轨道平面上设置,24,颗卫星，轨道赤道倾角,55,，轨道面赤道角距,60,。导航卫星为准同步轨道，绕地球一周,11,小时,58,分。,“,北斗一号”与,GPS,系统比较,定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。,GPS,是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。,定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约,100ns,。,GPS,三维定位精度,P,码目前己由,16m,提高到,6m,，,C/A,码目前己由,25-100m,提高到,12m,，授时精度日前约,20ns,。,“,北斗一号”卫星导航系统与,GPS,系统比较,用户容量：北斗导航系统由于是主动双向测距的询问,-,应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。,GPS,是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此,GPS,的用户设备容量是无限的。,“,北斗一号”卫星导航系统与,GPS,系统比较,生存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号”基于中心控制系统和卫星的工作，但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性，,GPS,正在发展星际横向数据链技术，使万一主控站被毁后,GPS,卫星可以独立运行。而“北斗一号”系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。,“,北斗一号”卫星导航系统与,GPS,系统比较,实时性：“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。此外，“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短信通讯功能就是,GPS,所不具备的。,工作范围和精度,“,北斗一号”的覆盖范围是北纬,5-55,，东经,70,一,140,之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬,35,左右。,其定位精度为水平精度,100,米,(1),，设立标校站之后为,20,米,(,类似差分状态,),。,北斗导航系统,Vs,美国,GPS,的五大优势,北斗应用有五大优势：,它同时具备定位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持。而,GPS,只能定位。,覆盖范围大，没有通讯盲区。北斗系统覆盖了中国及周边国家和地区，不仅可为中国、也可为周边国家服务。,特别适合于集团用户大范围监控管理和数据采集用户数据传输应用。,融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源，因此也可利用,GPS,使之应用更加丰富。,自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用。,系统优缺点,优点：北斗导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。,缺点：不能覆盖两极地区，赤道附近定位精度差，只能二维主动式定位，且需提供用户高程数据，不能满足高动态和保密的军事用户要求，用户数量受一定限制。,最重要的是，“北斗一号”导航系统是我国独立自主建立的卫星导航系统，它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位，解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。它是一个成功的、实用的、投资很少的初步起步系统。,北斗一号的增强,“,天河网,”,组合导航系统的建立,北斗一号,+,长河二号,长波伪卫星测量拓展为无源定位；,覆盖东部沿海,定位误差,90m,；,无源定位方法,倒北斗系统,(,位置差分,);,三星定位,;,导弹快速无源定位系统,(,伪距差分,);,高精度连续导航系统,(,自差分,);,北斗二代卫星导航系统,星座设计,5GEO+3IGSO+4MEO,组成,五大系统,2010,前初见规模,五、,CORS,原理及在城市卫星综合服务系统的应用,