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卫星导航系统分类及其作用

卫星导航系统由导航卫星、地面台站和用户定位设备三个部分组成。

①导航卫星:卫星导航系统的空间部分,由多颗导航卫星构成空间导航网。

②地面台站:跟踪、测量和预报卫星轨道并对卫星上设备工作进行控制管理,通常包括跟踪站、遥测站、计算中心、注入站及时间统一系统等部分。跟踪站用于跟踪和测量卫星的位置坐标。遥测站接收卫星发来的遥测数据,以供地面监视和分析卫星上设备的工作情况。计算中心根据这些信息计算卫星的轨道,预报下一段时间内的轨道参数,确定需要传输给卫星的导航信息,并由注入站向卫星发送。

③用户定位设备:通常由接收机、定时器、数据预处理器、计算机和显示器等组成。它接收卫星发来的微弱信号,从中解调并译出卫星轨道参数和定时信息等,同时测出导航参数(距离、距离差和距离变化率等),再由计算机算出用户的位置坐标(二维坐标或三维坐标)和速度矢量分量。用户定位设备分为船载、机载、车载和单人背负等多种型式。

3主要原理

卫星导航按测量导航参数的几何定位原理分为测角、时间测距、多普勒测速和组合法等系统,其中测角法和组合法因精度较低等原因没有实际应用。

导航卫星

①多普勒测速定位:“子午仪”卫星导航系统采取这种方法。用户定位设备根据从导航卫星上接收到的信号频率与卫星上发送的信号频率之间的多普勒频移测得多普勒频移曲线,根据这个曲线和卫星轨道参数即可算出用户的位置

②时间测距导航定位:“导航星”全球定位系统采用这种体制。用户接收设备精确测量由系统中不在同一平面的4颗卫星(为保证结果唯一,4颗卫星不能在同一平面)发来信号的传播时间,然后完成一组包括 4个方程式的模型数学运算,就可算出用户位置的三维坐标以及用户钟与系统时间的误差。

用户利用导航卫星所测得的自身地理位置坐标与其真实的地理位置坐标之差称定位误差,它是卫星导航系统最重要的性能指标。定位精度主要决定于轨道预报精度、导航参数测量精度及其几何放大系数和用户动态特性测量精度。轨道预报精度主要受地球引力场模型影响和其他轨道摄动力影响;导航参数测量精度主要受卫星和用户设备性能、信号在电离层、对流层折射和多路径等误差因素影响,它的几何放大系数由定位期间卫星与用户位置之间的几何关系图形决定;用户的动态特性测量精度是指用户在定位期间的航向、航速和天线高度测量精度。

4导航定位

导航定位分二维和三维。二维定位只能确定用户在当地水平面内的经、纬度坐标;三维定位还能给出高度坐标。多普勒导航卫星的均方定位精度在静态时为20~50 米(双频)及80~400米(单频)。在动态时,受航速等误差影响较大,定位精度会降低。时间测距导航卫星的三维定位精度可达十几米(军用),粗定位精度 100米左右(民用),测速精度优于0.1米/秒,授时精度优于1微秒。