Galileo卫星导航定位系统及其应用研究
武汉大学
硕士学位论文
Galileo卫星导航定位系统及其应用研究
姓名：柳景斌
申请学位级别：硕士
专业：大地测量学与测量工程
指导教师：王泽民;程鹏飞
20040402
伽利略（Ｇａｌｉｌｅｏ）计划是由欧洲空间局和欧洲联盟共同发起的一项空间信息基础设施建设计划。旨在建设一个全球卫星导航定位系统（ＧＮｓｓ）一Ｇａｌｉｌｅｏ系统。本文首先系统介绍了目前的几种卫星导航定位系统，分析了它们各自的优缺点以及Ｇａｌｉｌｅｏ系统建设的必要性，详细介绍了Ｇａｌｉｌｅｏ系统的星座参数设计、。频率设计、地面控制设施的配置、Ｇａｌｉｌｅｏ系统提供的服务以及系统建设的现状等。
本文以自行编制的“卫星导航定位仿真演示系统”为基础，分析了地面监测站对Ｇａｌｉｌｅｏ卫星定轨和钟差确定的影响以及在我国境内布设若干个Ｇａｌｉｌｅｏ地面核心监测站的必要性、可行性，并给出了在我国布设Ｇａｌｉｌｅｏ地面核心监测站的数量和分布的具体建议。
本文还进行了与Ｇａｌｉｌｅｏ／ＧＮＳＳ的应用相关的一些基础研究。首先系统地介绍了评价卫星星座对绝对定位精度影响的理论及方法，定义了各类ＤＯＰ值以定量描述卫星几何图形强度因子，以各类ＤＯＰ值作为主要评价指标，分析了卫星星座设计对导航定位精度的影响，并与ＧＰＳ系统比较，证明了Ｇａｌｉｌｅｏ系统的星座设计的先进性。利用Ｇａｌｉｌｅｏ系统的四个载波观测值，可以形成诸多有良好特性的组合观测值，本文对用Ｇａｌｉｌｅｏ系统的相位组合观测值进行导航定位应用的模型进行了初步研究，介绍了四个频率进行组合的一般理论，在保持组合观测值模糊度的整周特性的前提下，得到了两组具有良好特性且有实用价值的组合观测值。
关键词：伽利略系统；全球卫星导航定位系统：ＧＰＳ；组合观测值：误差分析：地面监测站；几何图形强度因子
ＴｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎＥｕｒｏｐｅａｎｇｌｏｂａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙｓｔｅｍ（ＧＮＳＳ）～Ｇａｌｉｌｅｏｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓａＥｕｒｏｐｅａｎｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｐａｔｉａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｅｉｎｇｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｍｍｕｎｉｔｙａｎｄＥｕｒｏｐｅａｎＳｐａｃｅＡｇｅｎｃｙｍａｉｎｌｙ．Ａｔｆｉｒｓｔｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｃｕｒｒｅｎｔｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｉｒｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇＧＰＳ，ＧＬＯＮＡＳＳａｎｄＢｅｉｄｏｕ，ｔｈｅｎａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆＧａｌｉｌｅｏｐｒｏｊｅｃｔ，Ｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｐｒｅｓｅｎｔｓＧａｉｉｌｅｏｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｃｏｎｔｒｏｌｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｇａｌｉｌｅｏｓｅｒｖｉｃｅｓａｎｄｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｄｅｔａｉｌ．
ＴｈｅａｕｔｈｏｒｐｒｏｇｒａｍｓｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｄｅｍｏｎｓＴａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｏｆｔｗａｒｅｐａｃｋａｇｅ：ＧａｌｉｌｅｏＤｅｍｏ，ｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｎａｌｙｓｅｓｂａｓｅ．ＴｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｏｆＧａｌｉｌｅｏｇｒｏｕｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅｏｒｂｉｔｓａｎｄｃｌｏｃｋｅｒｒｏｒｓ，ａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈｅｓｅｔｕｐｏｆＧａｌｉｌｅｏｇｒｏｕｎｄｃｏｒｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｓｉｎＣｈｉｎａｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅ，ａｎｄｇｉｖｅｓｓｏｍｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒａｄｖｉｃｅｓａｂｏｕｔｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｒｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｓｉｎＣｈｉｎａａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＩＧＳｔｒａｃｋｓｔａｔｉｏｎｓｉｎＣｈｉｎａ．
Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｓｏｍｅｂａｓｉｃｉｓｓｕｅｓａｂｏｕｔＧａｌｉｌｅｏ／ＧＮＳＳａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｉｍｐａｃｔｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｓｔｕｄｙｏｎｍｏｄｅｌｏｆｉｎｔｅｒ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉＯＩｌＳ．Ｆｏｒｔｈｅｆｏｒｍｅｒ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｄｅｆｉｎｅｓｆｉｖｅ“ＤＯＰ”ｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃｆｉｇｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｎａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｔｈｅｏｕｔｐｕｔｗｉｔｈＧＰＳ’Ｓ，ｔｈｅｎｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈｅｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆＧａｌｉｌｅｏｉｓｍｏｒｅｓｅｎｓｉｂｌｅｔｈａｎＧＰＳ’Ｓ．Ｆｏｒｔｈｅｌａｔｔｅｒ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｉｌｔｓｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｏｆ４Ｇａｌｉｌｅｏｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ．Ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｔｈｅｏｒｙｏｆ４ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ，ａｎｄｇｉｖｅｓｔｗｏｌｉｓｔｓｏｆａｐｐｌｉｅｄｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｗｉ也ｇｏｏｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ａｂｏｖｅａ１１．ｔｈｅｉｎｔｅｇｅｒｎａｔｕｒｅｏｆｔｈｅａｍｂｉｇｕｉｔｉｅｓｉＳａｌｗａｙｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｆｏｒａｌｌｏｆｔｈｅｓｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇａｌｉｌｅｏｓｙｓｔｅｍ；ＧＮＳＳ；ＧＰＳ；Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ＥｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓＧｒｏｕｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔｍｉｏｎ；ＤＯＰ
ｉＩ
第一章绪论
§１．１现代卫星导航定位系统概述
ｔ９７８年２月２２日第一颗ＧＰＳ试验卫星的入轨运行，开创了以导航卫星为动态己知点的空基无线电导航定位的新时代。１９９４年，ＧＰＳ系统全面建成，不仅导致无线电导航一场深刻的技术革命，而且为大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学提供了一种高精度和全天候的测量新技术。卫星导航的应用前景得到世界各国的普遍承认和关注，各国不仅在ＧＰＳ的应用研究与ＧＰＳ信息资源开发中倾注了巨大的人力和物力，而且不少国家和地区亦在积极研制自己的卫星导航系统。前苏联于１９９５年建成了ＧＬＯＮＡＳｓ系统，我国于２０００年基本建成了“北斗卫星导航系统”，欧盟和欧洲空间局正在联合研制“Ｇａｌｉｌｅｏ卫星导航定位系统”，计划２００８年系统投入运行。此外，许多国家和地区的不同部门和组织建立了各自的ＧＰＳ外部增强系统，典型的有：欧洲的ＥＧＮＯＳ系统，美国的ＷＡＡＳ系统，日本的ＭＳＡＳ系统，以及美国航天部门的ＧＤＧＰＳ全球差分系统等。来来将是～个多系统融含的全球卫星导航系统（（ＮＳＳ）时代。
卫星导航的基本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。卫星导航定位技术目前己基本取代了无线电导航、天文测量、传统大地测量技术，并推动了全新的导航定位技术的发展，成为人类活动中普遍采用的导航定位技术，而且在精度、实时性、全天候等方面对这一领域产生了革命性的影响。
１．卫星导航为民用领域带来巨大的经济效益
卫星导航广泛应用于海洋、陆地和空中交通运输的导航，推动世界交通运输业发生了革命性变化。例如，卫星导航接收机已成为海洋航行不可或缺的导航工具：
国际民航组织在力求完善卫星导航可靠性的基础上推动以单一卫星导航取代已有的其他导航系统；陆上长、短途汽车正在以装备卫星导航接收机作为发展时尚。
卫星导航在工业、精细农业、林业、渔业、土建工程、矿山、物理勘探、资源调查、陆地与海洋测绘、地理信息产业、海上石油作业、地震预测、气象预报、环保研究、电信、旅游、娱乐、管理、社会治安、医疗急救、搜索救援以及时间传递、电离层测量等领域己得到大量应用，己显示出巨大的应用潜力。
卫星导航还用于飞船、空间站和低轨道卫星等航天飞行器的定位和导航，提高了飞行器定位精度，并简化了相应的测控设备，推动了航天技术的发展。
卫星导航已经渗透到国民经济的许多部门。随着卫星导航接收机的集成微小型化，可以被嵌入到其他的通信、计算机、安全和消费类电子产品中，使其应用领域更加扩展。卫星导航用户接收机生产和增值服务本身也是一个蓬勃发展的产业，是重要的经济增长点之一。
当今社会，卫星导航已成为经济社会发展的强大发动机，导航卫星系统已成为一个国家或地区重要的基础设施。
２．军事应用历来是卫星导航的重要领域
卫星导航可为各种军事运载体导航。例如为弹道导弹、巡航导弹、空地导弹、制导炸弹等各种精确打击武器制导，可使武器的命中率大为提高，武器威力显著增长。武器毁伤力大约与武器命中精度（指命中误差的倒数）的３／２次方成正比，与弹头ｎ叮当量的１／２次方成正比。因此，命中精度提高２倍，相当于弹头ＴＮＴ当量提高８倍。提高远程打击武器的制导精度，可使攻击武器的数量大为减少。卫星导航已成为武装力量的支撑系统和武装力量的倍增器。
卫星导航可与通信、计算机和情报监视系统构成多兵种协同作战指挥系统。
卫星导航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。
卫星导航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。当今世界正面临一场新军事革命，电子战、信息战及远程作战成为新军事理论的主要内容。导航卫星系统作为一个功能强大的军事传感器，已经成为天战、远程作战、导弹战、电子战、信息战的重要武器。并且敌我双方对控制导航作战权的斗争将发展成为导航战。谁拥有先进的导航卫星系统，谁就在很大程度上掌握未来战场的主动权。
然而，目前的ＧＰＳ系统、ＧＬＯＮＡＳＳ系统以及我国的北斗卫星导航系统均不同程度的存在系统缺陷。
ＧＰＳ是第一个全球性、全天候、全天时、商精度的导航定位和时间传递系统。空间部分由２４颗卫星组成（目前实际有２８颗卫星在轨运行），卫星高度２０１８２千米，位于６个倾角为５５度的轨道平面内，周期近１２小时。卫星用２个Ｌ波段频率发射单向测距信号，区别不同卫星采用码分多址。它是一个军民两用系统，提供两个等级的服务，即为军事用户提供精密定位服务（ＰＰＳ，可加反欺骗（ＡＳ）Ｙ密码），为其他用户提供标准定位服务（ＳＰＳ）。ＧＰＳ系统是目前系统最完善、应用最广泛的全球导航定位系统。但是由于ＧＰＳ系统由美国军方控制，因为系统设计和政策的原因，对于民闯用户和他国军方用户的安全性无法保障，评价一个卫星导航定位系统的四项指标：可用性、精度、完好性、连续性也均不是最优，甚至系统本身无法提供给用户可用性和完好性信息。ＧＰＳ系统的这些缺陷已经成为ＧＰＳ进一步扩展应用领域的障碍，也成为竞争者建设其他卫星导航定位系统的重要理由。在保护军方利益的前提下，为了让ＧＰＳ系统能够发挥更大的效益，继续保持其在市场上的领导优势，美国提出了ＧＰＳ系统现代化，其主要内容分军用部分和民用部分：Ｉ．军用部分军事用户对ＧＰＳ的需求大体有以下４个主要方面：
１．在今后“信息战”、“电子战”的背景下，ＧＰＳ必须要有更好的抗电子干扰能力：
２．要有安全的ＧＰＳ使用范围，这包括两方面的含义，一是ＧＰＳ用户能安全使用，二是对不同类型ＧＰＳ用户要有不同使用范围．要区别对待：３．ＧＰＳ用户要有更短的首次初始化时间：
４．和其他军事导航系统和各类武器装备要相互配适。
ＩＩ．民用部分为更好地满足民用导航、定位、大气探测等方面的需求，ＧＰＳ现代化包括以下５个主要方面：
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．注意与现有的和将来的其他民用空间导航系统的匹配和兼容。
ＩＩＩ．ＧＰＳ现代化计划的进程安排：
１．ＧＰＳ现代化第一阶段
发射１２颗改进型的ＧＰＳＢＬＯＣＫＩＩＲ型卫星，它们具有一些新的功能。
既能发射第二民用码，即在也上加载ＣＡ码；在Ｌ１和Ｌ２上播发Ｐ（Ｙ）
码的同时，在这两个频率上还试验性的同时加载新的军码（Ｍ码）；ＩＩＲ型
的信号发射功率，不论在民用通道还是军用通道上都有很大提高。
２．ＧＰＳ现代化第二阶段
发射６颗ＧＰＳＢＬＯＣＫＩＩＦ（“ＩＩＦＬｉｔｅ”）。ＧＰＳＢＬＯＣＫＩＩＦ型卫星除
了有上面提到的ＧＰＳＢＬＯＣＫＩＩＲ型卫星的功能外，还进一步强化发射Ｍ码
的功率和增加发射第三民用频率，即Ｌ５频道。ＧＰＳＩＩＦ型卫星的第一颗的
发射不迟于２００５年。到２００８年在空中运行的ＧＰＳ卫星中，至少有１８颗ＩＩ
Ｆ型卫星，以保证Ｍ码的全球覆盖。到２０１６年ＧＰＳ卫星系统应全部以ＩＩＦ
卫星运行，共计２４＋３颗。
３．ＧＰＳ现代化计划的第三阶段
发射ＧＰＳＢＬ（ＨＯＫｍ型卫星。在２００３年前完成代号为ＧＰＳＩｎ的ＧＰＳ完
全现代化计划设计工作。目前正在研究未来ＧＰＳ卫星导航的需求，讨论制
定ＧＰＳｍ型卫星系统结构，系统安全性、可靠程度和各种可能的风险，计划
在２００８年要发射ＧＰＳＩⅡ的第一颗实验卫星。计划用近２０年的时间完成ＧＰＳ
ＨＩ计划，取代目前的ＧＰＳＩＩ。
４
俄罗斯计划用２０年时间发射７６颗ＧＬＯＮＡＳＳ卫星，１９９５年完成２４颗中高度圆轨道卫星加１颗备用卫星组网，耗资３０多亿美元，由俄罗斯国防部控制。ＧＬＯＮＡＳＳ空间部分也由２４颓卫星组成，卫星高度１９１３０千米，位于３个倾角为６４．８度的轨道平面内。这～高度除避免和ＧＰＳ同一高程以防止两个星座相互影响外，其周期为１ｌ小时１５分钟，８天内卫星运行１７圈回归，３个轨道面内的所有卫星都在同一条多圈衔接的星下点轨迹上顺序运行，这有利于消除地球重力异常对星座内各卫星的影响差异，以稳定星座内部的相对布局关系。系统工作基于单向伪码测距原理，不过它对各个卫星采用频分多址，而不是码分多址。它的码速率是ＧＰＳ的一半。ＧＬＯＮＡＳＳ未达到ＧＰＳ的导航精度。它的主要好处是没有加ＳＡ干扰，民用精度优于加ＳＡ的ＧＰＳ（美国已经于２０００年５月１日停止ＳＡ政策）。其应用普及情况则远不及ＧＰＳ。ＧＬＯＮＡＳＳ卫星平均在轨道上的寿命较短，后期增长为５年。前一时期由于经济困难无力补网，原来在轨卫星陆续退役，目前在轨卫星较少，不能独立组网．只能与ＧＰＳ联合使用。其计划改进型卫星ＧＬＯＮＡＳＳ－－Ｍ平均寿命７年，民用频率将由１个增加到２个，正在对外寻求合作以弥补经费不足。
北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域性导航系统。这个系统建成后，主要为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航服务，对中国国民经济建设将起到积极推动作用。
北斗系统由２颗经度上相距６０度的地球静止卫星（ＧＥ０）对用户双向测距（另有一颗备份星），由１个配有数字高程模型的地面中心站定位，另有几十个分布于全国的参考标校站和大量用户机。它的定位原理是：以２颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成２个球面，用户机必然位于这２个球面交线的圆弧上。电子赢程地图提供的是一个以地心为球?１１，、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点即可获得用户位置。它将导航定位，双向数据通信和精密授时结合在一起，系统自身包含广域差分标校以提高定位精度。当用户提出申请或按预定间隔时间进行定位时，不仅用户知道自己的铡定位置，而且其调度指挥或其他有关单位也可得知用户所在位置。北斗导航系统在国际电信联盟登记的频段为卫星无线电定位业务频段，上行为Ｌ频段（频率１６１０～
１６２６，５ＭＨｚ），下行为ｓ频段（频率２４８３．５～２５００ＭＨｚ）：登记的卫星位置为赤道面东经８０度、１４０度和１１０．５度（备份星星位）。
北斗导航系统需要中心站提供数字高程图数据和用户机发上行信号，从而使系统用户容量、导航定位维数、隐蔽性等方面受到限制，在体制上不能与国际上的ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ及将来的伽利略系统兼容。因此，中国还需要在第一代导航卫星系统成就的基础上发展第二代导航卫星系统，以满足今后国家对卫星导航应用和长远经济发展的需求。
２００２年３月２４日，欧盟首脑会议冲破美国政府的干扰，终于批准了建设伽利略（Ｇａｌｉｌｅｏ）卫星导航定位系统的实施计划。开发者给Ｇａｌｉｌｅｏ系统的定位是：Ｇａｌｉｌｅｏ系统是一个由欧洲民间控制的、独立性的、提供全球导航和定位服务的ＧＮＳＳ系统。Ｇａｌｉｌｅｏ系统将是第一个由民间开发、主要为民间服务的高效经济的ＧＮＳＳ系统，确保系统的安全性在欧洲人的控制之下，从而使欧洲在经济、政治、技术上摆脱对美国的过分依赖；Ｇａｌｉｌｅｏ系统为欧洲的高科技产业界创造了一个新的巨大的全球卫星导航市场，为他们进入这一市场提供了关键技术平台；为全球的导航定位用户提供了一个独立于美国ＧＰＳ系统的新的选择，这对欧洲和全世界都是必要的，因为现有的ＧＰＳ系统并不足够先进、高效和可靠，单一ＧＰＳ系统也不能够满足未来大规模全球导航定位市场的需要和对全球覆盖的要求。伽利略系统独立于ＧＰＳ，频段分开，但将与ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ系统兼容和相互操作，包括时间基准和测地坐标系统、信号结构以及两者的联合使用。
由欧盟和欧洲空间局联合开发的Ｇａｌｉｌｅｏ卫星导航定位系统在某种程度上吸取了现有系统的经验和教训，并进行了大量的前期定义工作，系统的每一个关键参数如星座设计、频率计划等，都进行了大量的仿真模拟试验，因此Ｇａｌｉｌｅｏ系统的设计功能丰富，具有ＧＰＳ系统所没有的技术优势和服务内容，它的建成将明显改善全球卫星导航定位领域的服务质量，例如ＧＰＳ系统难以完全覆盖北部欧洲，Ｇａｌｉｌｅｏ系统却能够克服这个缺点，为整个欧洲和全球其他地区提供出色的导航定位等多种服务。因此，全球用户，特别是发展中国家的广大用户期待Ｇａｌｉｌｅｏ系统能够按计划投入运行。
§１．２本文研究的主要内容
本文以空间大地测量学、ＧＰＳ原理等为理论基础，详细介绍了Ｇａｌｉｌｅｏ导航定位系统的定义、设计，就Ｇａｌｉｌｅｏ系统建设和应用中的几个专题进行了一些基础研究与探索。本文主要研究了以下内容：
１．以卫星大地测量学、卫星轨道理论为理论基础，以Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋、ＯｐｅｎＧＬ等为程序开发工具，研制了ＧＮＳＳ卫星导航定位星座演示系统软件包，该演示系统是进一步研究和的基础和平台：
２．根据中国与欧盟关于Ｇａｌｉｌｅｏ计划合作的内容与方案，以卫星导航定位星座演示系统为分析平台，仿真分析了地面监测站对Ｇａｌｉｌｅｏ卫星轨道和钟差确定的影响，在此基础上分析了在我国境内布设若干Ｇａｌｉｌｅｏ地面核心监测站的必要性、可行性以及具体的布站方案：
３．以卫星几何图形强度（ＤＯＰ值）为主要评价指标，分析了Ｇａｌｉｌｅｏ系统的星座设计对导航定位精度的影响。通过分析ＤＯＰ值随时间、空间的分布情况，
以及与ＧＰＳ系统相应分布的比较，证明了Ｇａｌｉｌｅｏ系统星座设计的先进性：４．对用Ｇａｌｌｌｅｏ系统的相位组合观测值进行导航定位应用的模型进行了初步研究。给出了四频组合观测值的一般定义，介绍了四个频率进行组合的一般理论，在保持组合观测值的整周模糊度为整数的前提下，得到了两组具有良好特性且有实用价值的组合观测值。
７
第二章伽利略系统介绍
Ｇａｌｉｌｅｏ系统是由欧洲空间局和欧洲联盟共同发起建设的一项空间信息基础设施，它是第一个由非军方投资建设、非军事国际组织控制、主要为民间用户服务的新一代ＧＮＳＳ系统。２００２年３月２４日，欧盟首脑会议批准了建设伽利略卫星导航定位系统的实施计划，同年３月２６日，欧盟交通部长理事会随即通过了经过长期论证的系统定义最终方案，并决定“采取一切必要措施”加速Ｇａｌｉｌｅｏ系统的开发和建设，系统进入正式建设阶段。伽利略系统的建设由欧盟和欧洲空间局提供主要资金支持，同时吸引欧洲投资银行和其他第三投资方参与建设，不仅能够使欧洲在交通管理和遥测设施建设方面摆脱对美国和俄罗斯的依赖，而且还能给欧洲的设备制造和应用服务产业带来巨大的经济效益，同时创造许多全新的就业机会。
Ｇａｌｉｌｅｏ系统主要由三大部分组成：空间星座部分、地面监控与服务设施部分
■
和用户设备部分。此外Ｇａｌｉｌｅｏ系统还提供与外部系统（如ＣＯＳＰＡＳ．ＳＡＲＳＡＴ系统）以及地区增值服务运营系统的接口。Ｇａｌｉｌｅｏ系统的体系结构及服务模式见图２－１
ＵＳＥＲＳｅＧ埘ＥＮＴ
图２－１伽利略系统的构成及体系结构
§２．１Ｇａｌｉｌｅｏ系统的空间部分
Ｇａｌｉｌｅｏ系统的卫星星座由分布在三个轨道面上的３０颗中等高度轨道卫星（ＭＥＯ）构成，每个轨道面１０颗卫星，其中一颗备用（其优化设计见［２５】）：轨道顷角５６度：卫星距地面高度２３６１６公罩：卫星运行周期约１４小时４分．地面跟踪重复时间是１０天：卫星设计寿命２０年，设计重量６８０公斤，功耗１．６千瓦：每颗卫星上装载的原子钟为氢钟和铷钟各两台，其中一台启用，其余备份，可自动切换。
图２－ＺＧａｌｉｌｅｏ系统的星座
Ｇａｌｉｌｅｏ系统和ＧＰＳ系统类似，采用被动式导航定位原理和扩频技术发送导航定位信号。但是Ｇａｌｉｌｅｏ系统提供较ＧＰＳ系统更多的载波频率．四个载波频率分别为：Ｅ２．Ｌ１．Ｅ１：１５７５．４２ＭＨｚ，Ｅ６：１２７８７５ＭＨｚ．Ｅ５ｂ：１２０７１４ＭＨｚ（１１９６．９１ＭＨｚ—１２０７１４ＭＩ－Ｉｚ，待定１和Ｅ５ａ：１１７６．４５ＭＨｚ（即与ＧＰＳ现代化后的Ｌ５频率相同Ｊ：使用较ＧＰＳ信号更复杂的信号结构，Ｇａｌｉｌｅｏ信号分为公用信号和专用信号（专门为商业服务和对政府事业部门的有控服务设立的，且被加密），采用数据压缩技术进行某些分量的编码，提高导航卫星的多用性，缩短首次导航定位的时间。
Ｇａｌｉｌｅｏ系统的主要特点是多载波、多服务、多用途。它不仅具有与ＧＰＳ系统相同的全球导航定位功能．还具有全球搜救（ＳＡＲ，ＳｅａｒｃｈＡｎｄＲｅｓｃｕｅ）功能。为
此，每一颗Ｇａｌｉｌｅｏ卫星还装备一种ＳＡＲ信号收发器，接收来自遇险用户的救援信号，并将它转发给地面救援协调中心，后者组织对遇险用户的救援。同时，Ｇａｌｉｌｅｏ系统还向遇险用户发送救援安排通报，以便遇险用户等待并配合救援。
圈２－３Ｇａｌｉｌｅｏ系统频率分配计划
根据欧盟和欧洲空间局共同制订的Ｇａｌｉｌｅｏ系统建设实施计划，２００１年以前为系统定义阶段：２００１－－２００５年为系统开发和在轨验证阶段：这一阶段将进一步完善系统定义，建设部分地面控制设施，发射２—４颗卫星并进行在轨试验；２００６—２００７年为系统部署阶段：将发射余下的２６—２８颗卫星并布网，完成整个地面设施的安装和系统联合调试：２００８年以后系统投入运行（图２－３）。
圈２－４Ｇａｌｉｌｅｏ系统建设实施进度计划
§２．２Ｇａｌｉｌｅｏ系统的地面控制设施
Ｇａｌｉｌｅｏ系统的地面部分是连接系统的空间段和最终用户的一个中间环节：对于空间段要承担导航的控制和星座管理，对于用户段要为用户提供系统完好性数据的监测结果，为用户安全可靠地使用整个Ｇａｌｉｌｅｏ系统提供的全部服务提供保障。
２．２．１地面部分总体结构设计目标
１）通过地面设施的协同工作，使得地砸站的数量最小。
２）通过商度自动化和远程控制，使由人工值守的站最少。
３）充分利用欧洲已有的设施和服务。
４１考虑到将来系统升级。
２．２．２地面部分的主要基础设施
１）监测站（ＧａｌｉｌｅｏＳｅｎｓｏｒＳｔａｔｉｏｎ，ＧＳＳ）监测站进行被动式测距并接收卫星信号以进行定轨、时间同步、完备性监测并对系统所提供的服务进行监管。
全球大约有３０个监测站。
２）遥测、遥控和跟踪站（Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ，ＴｅｌｅｅｏｍｍａｎｄａｎｄＲａｎｇｉｎｇ，ＴＴ＆Ｃ）负责控制Ｇａｌｆｌｅｏ卫星和星座，５个ＴＴ＆Ｃ站分布于全球，配有１１米长的Ｓ波段碟
形天线。
３）注入站（Ｕｐ－ＬｉｎｋＳｔａｔｉｏｎ，ＵＬＳ）在Ｃ波段上行注入导航、完备性、ＳＡＰ．和其他与导航相关的信号。注入站的功能是（１）每１００分钟注入更新的导航数
据；（２）向一个子卫星群注入实时分发的完备性数据（因此要求ｕＬＳ站与目
标卫星能够实现实时连接）。全球大约有１０个站，每个站最多备有４个Ｃ波段的碟形天线，以实现完备性数据的实时分发。
以上三部分组成了导航系统的地面监测站网。
４）～个互联的高性能通讯网络ａ
５）互为备份的两个Ｇａｌｉｌｅｏ控制中一ｔｊ，（ＧａｌｉｌｅｏＣｏｎｔｒｏｌＣｅｎｔｅｒ，ＧＣＣ）负责卫星星座控制、卫星原子钟同步、所有内部和外部数据完好性信号处理、分发。
这两个中心将在地理上和政治上都足够“独立”，以抵抗自然突发事件和政治动荡对系统可能造成的影响。
２．２．３地面部分的功能
从功能上，Ｇａｌｉｌｅｏ系统地面设施主要由两部分组成：地面控制部分（ｇｒｏｕｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｅｇｍｅｎｔ，ＧＣＳ）和地面任务部分（ｇｒｏｕｎｄｍｉｓｓｉｏｎｓｅｇｍｅｎｔ，ＧＭＳ）。
Ｉ．地面控制部分（Ｇｃｓ）主要负责：ＯＧａｌｉｌｅｏ星座管理。处理卫星调度、维持、补充等，具体包括制定长期和中期的任务计划，确保信号的全球覆盖和连续性；卫星总体星座的维持；按计划补充足够的卫星；处理意外事件和失效卫星，将它们对服务的影响降到最小。②卫星控制。负责监视和控制每颗卫星各方面的状态，保证卫星和有效荷载的正常运行以及在意外事件发生时对～些突发性事件处理，包括卫星遥测遥控、测量站星往返距离、制定通过全球ＴＴ＆ｃ站对每一颗卫星作遥测遥控和测距的计划并估计每颗卫星发生意外事件的可能性；计划并执行轨道调度、平台维持等；支持在轨软件维护。
Ⅱ．地面任务部分（ＧＭＳ）负责Ｇａｌｉｌｅｏ系统的主要服务功能：①监测站将观测数据传送到Ｇａｌｉｌｅｏ控制中心（ＧＣＣ），在此进行定轨、时间同步、估计信号精度（ＳｉｇｎａｌＩｎ－ＳｐａｃｅＡｃｔｕａｒｙ），确保导航数据质量，任务控制设施（ＭｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＦａｃｉｌｉｔｙ，ＭＣＦ）监视并控制上述过程；②监测站观测数据传送到ＧＣＣ，由完备性处理设施（Ｌｕｔｅ鲥ｔｙＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＦａｃｉｌｉｔｙ，ＩＰＦ）产生完备性数据．并通过注入站注入到卫星；③通讯网络及其管理。Ｇａｌｉｌｅｏ系统地面部分的网络体系包括从ＧＣＣ分别连接到监测站、遥测遥控跟踪站和注入站的数据分发网络和连接ＧＣＣ与系统外部网络的外部服务数据网络（ＥｘｔｅｒｎａｌＳｅｒｖｉｃｅｓＤａｔａＮｅｔｗｏｒｋ，ＥＳＤＮ］｝；④搜救ＳＡＲ服务；⑤与导航相关的其他服务。Ｇａｌｉｌｅｏ系统十分复杂且规模庞大，必须
在设计上考虑到系统可以控制、容忍和隔离各种潜在的危险事件的发生，这也是确保高性能的生命安全服务和公共服务所必须的。
２．２．４地面部分设计参数
１．地面控制部分设计参数
地面控制部分的设计主要由下列因素决定：与卫星通讯的常规任务、遥测数据量、遥控数据量、双程测距的需求以及ＴＴ＆Ｃ站支持非常规任务和处理意外事故的能力，见表２－１。
袁２－１：地面控制部分的设计参数
例需尊帱输的疆涮特据罟ｆ锰掰甲犀短夭）６４ＭＲ，ｒ）
行
操遥测数据下载速率２０ｋｂｐｓ
作
要求的可税通讯性能最小每个轨道４５ｒａｉｎ
ＴＣ（ＴｅｌｅＣｏｒｒａｒｍａｄ）上行速率Ｉ～４ｋｂｐｓ
特
殊嗣步通讯的数量
操
最大的ｉ可隔期基于例行操作决定
作
最大的可视通讯期
ＴＴＣ截至高度角５’
２．导航部分的设计参数
定轨和时间同步算法对系统性能的要求决定了导航控制部分的设计。为了保证星历、钟差和模型对用户测距误差的影响少于６５厘米，有下列一些要求（表２．２）。
表２．２：导航部分的设计参数
采样率３０Ｓ
数截至高度角１５’
据
采接收机数量１＋１
集
扑获到的频段ａｌｌ（Ｅ５４，Ｅ５ｂ，Ｅ６，Ｌ１）
接收机通道１５
ＯＤＴＳ对用户测距误差的影喃６５ｃｍ
导
航
信预报星历的有效时间１２ｈ
息
钟参数的有效时间ｌｏｏｍｉ．（ｍ盯ｓ）／８．３ｈｒ（ＰＨＭ）
注：ＰＨＭ－－Ｐ越ｓｉｖｅＨｙｄｒｏｇ％Ｍａｓｔｅｒ，ＲＡＦＳ－－ＲｕｂｉｄｉｕｍＡｔｏｍｉｃＦｒｅｑｕ∞ｃｙＳｔａｎｄａｒｄ
信号精度估计的置信水平在有效估计区间的末期主要由钟的性能和钟参数的改正模型决定，因此为了保证广播信号的精度，其更新周期应该与卫星钟参数的更新周期一致，约１００分钟。
３．完备性监测系统的参数
完备性监测系统由一组完备性监测设施组成，完备性信息随导航数据一起发送给用户。完备性监测系统设计参数见表２－３。
表２－３：完备性监测系统设计参效
警告时间６Ｓ
完备性采样频率１秒
数据采集完备性监弱误差Ｏ，７ｍ
在轨信号精度更新１００ｎａｎ
由
完备性标志更新ｌＫｚ
各
性完备性数据截至高度角ＩＯ。
信
息发送完备性数据钓最小可视卫星数２
注入站截至高度角５。
§２．３Ｇａｌｉｌｅｏ系统的服务
２．３．１ＧＮＳＳ系统的完备性
由于系统设计上的原因，ＧＰＳ系统本身不能提供系统的完备性信息，对于导航定位用户，尤其是需要实时导航定位且与生命安全高度相关的用户，这是一个致命的缺陷，以至许多相关用户如国际民航组织、国际海事组织等均拒绝将ＧＰＳ作为导航的手段或是唯一手段。为了弥补这一缺陷，很多组织不得不建立起自己的完备性监测网，作为外部增强系统的一部分。Ｇａｌｉｌｅｏ系统在设计上，除了关注导航定位的精度以外，很注重系统的可靠性，其中一项重要的措施就是在导航定位信号中给用户提供完备性信息。
完备性是用户对系统提供的信息的正确性的可信程度的一种度量，包括系统
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给用户提供及时有效的警告信息的能力。完备性是一个保证用户安全性的重要参数，当系统误差超过限值时警告用户。
与完备性相关的另一个参数是完备性风险，即系统发送的信号的误差超过限值但是却没有给用户警告信息的概率。
因此，完备性信息通常由三个参数组成：警告限值、警告时间和完备性风险。
理论上，用户根据卫星信号（或辅以其他的差分改正信号）确定自己的位置，与自己的真实位置的差值即为定位误差ＰＥ，定位误差应小于警告限值。然而，用户的真实位置不能获得，定位误差也就是未知数，因此必须寻找另外的参数来表征完备性。接收机依据各种误差源的误差（或差分改正后的残余误差）连续为每一个位置解预估定位误差，即保护水平（ＰＬ）。考虑到完备性风险，按概率适当放大，故保护水平总比定位误差大（ＰＬ＞ＰＥ）。完备性评价基于保护水平和警告限值。接收机估计定位保护水平ＰＬ，并与警告限值ＡＬ比较，如果ＰＬ＞ＡＬ，则发出警告信息。估计完备性时有一个假设是ＰＬ＞ＰＥ，如图２．５所示，主对角线左边的区域是安全的。当ＰＥ＜ＰＬ＜ＡＬ时，系统能正常使用；如果在某些情况下ＰＬ＞ＡＬ，则系统给出警告信息，此时系统不可用。主对角线右边的区域ＰＬ＜ＰＥ，保护水平小于定位误差，完备性提供了误导信息，是不安全的。顺便指出理论上，在ＰＬ＜Ｉ吧＜ＡＬ的区域，ＰＬ和ＰＥ都没有超过警告限值，应该是安全的，但是提供的保护水平ＰＬ有误导性。
保
护
水皿
Ｉ．，’
ＩＡＬ＜ＰＥ＜ＰＬ／。
ＰＥ＜ＡＬ＜ＰＬ：系统不可用／。，
系统不可用
：，口≤ｃＰＬ。ＰＥ
‘．．．．‘‘‘系统不可用
：／７７误导信息
ｌ＿．．．
…日ｏ．．！堂曼怂……≥』二………．一
．．。Ｉ
９８‘９Ｌ＜Ａ。／／：ｐＬ＜ＡｋＰＥ
系统正常／‘７’！警危险的误
／ｊ＂／ＰＬ＜ＰＥ＜ＡＬ；毒导信息．，‘‘。。
误导信息：ＡＬ
／７７：
定位误差（ＰＢ】
图２－５ＧＮＳＳ完备性示意圈
２．３．２Ｇａｌｉｌｅｏ系统提供的服务及与频率、信号的对应关系Ｇａｌｉｌｅｏ系统的频率及信号结构见图２－６和表２。４。
图２－６Ｇａｌｉｌｅｏ空间信号
表２－４：伽利路信号特征
信号
信号中心频翠调制方式编码加密数据加密编号
ｌＥ５Ａ数据信号１１７６４－５ＭＨｚＢＰＳＫ（１０）无无
２ｌｑＳＡＢＩ导信号１１７６４５ＭＨｚＢＰＳＫ（ＩＯ）无无数据
３Ｅ５Ｂ数据信号１２０７．１４ＭＨｚＢＰＳＫ（１０）无无
４Ｅ５Ｂ引导信号１２０７．１４ＭＨｚＢＰＳＫ（ｔ０）无无数据
５Ｅ６分离频谱信号１２７８７５ＭＨｚＢＯＣ（１０，５）有（政府批准）有
６Ｅ６商业信号１２７８７５ＭＨｚＢＶＳＫ（５）有（商业）有
７Ｅ６引导信号１２７８．７５ＭＨｚＢＰＳＫ（５）有（商业）无数据
８Ｌ１分离频谱信号１５７５４２ＭＨｚＢＯＣ（ｒｌ，ｍ）有（政府批准）有
９Ｌｌ商业信号１５７５，４２Ｍｌ－ＩｚＢＯＣ（２，２）无无
１０ＬＩ引导信号１５７５．４２ＭＨｚＢＯＣ（２，２）无无数据
注：“信号编号”一栏即对应图２－６中的信号编号∞、④、＠……
Ｇａｌｉｌｅｏ系统提供两类核心服务：
Ｉ．导航定位、测速和定时服务
这一类服务包括四种：
１）公开服务（ＯｐｅｎＳｅｒｖｉｃｅ，ＯＳ）提供定位、导航和定时服务。这种服务面向大众导航定位应用领域，将与ＧＰＳ竞争（也是和ＧＰＳ兼容的），是免费的。公开服务的双频定位精度水平方向约为４米，垂直方向约为８米，单频定位精度水平方向则约为１５米，垂直方向约为３４米，可获得性为９９．８％，但是没有完
各性信息可用。ＧＰＳ现代化后，ＧＰＳ和Ｇａｌｉｌｅｏ双系统的定位垂直精度可以提高到４．５米，在有高遮挡的条件下可见性也大幅度提高。使用的频段有Ｅ５Ａ，Ｅ５Ｂ，Ｌ１，可以使用的数据信号有①，②，③，④，⑨，⑩。
２１商业服务（ＣｏｍｍｅｒｃｉａｌＳｅｉｗｉｅｅ，ｃｓ）在公开服务的基础上提供增值服务，由商业运营公司保证在世界范围内达到亚米级定位精度，若有局部增强增值服务，精度可提高到ｌＯ厘米以内。商业服务内容包括分发加密的导航相关数据，为专业应用领域提供测距和定时服务以及导航定位和无线通讯网络的集成应用。这种服务提供完备性信息，要收费，但服务质量有保证。使用的频段有Ｅ５Ａ，Ｅ５Ｂ．Ｅ６，Ｌ１，可以使用的数据信号有①，②，③，④，⑥，⑦，⑨，⑩。
３）生命安全服务（ＳａｆｅｔｙｏｆＬｉｆｅＳｅｒｖｉｃｅ，ＳｏＬ）这种服务的设计符合某些国际组织（如国际民航组织ＩＣＡＯ，国际海事组织ＩＭＯ）的相关要求，包括完备性要求，主要应用于这些领域，相关参数见表２－Ｓ。使用的频段有Ｅ５Ａ，Ｅ５Ｂ，Ｌ１，可以使用的数据信号有①，②，③，④，⑨，⑩。
表２．５：Ｇ－ｍ∞生命安全服务系统参数
覆盖范圉全球
精度（９５％，双频）４－６米
警告限值ＡＬＨ：４米Ｖ：８米【１】Ｈ：５５６米【２】
越
嘲警告时间６秒１０秒
假
完备性风险１．５×１０－７／１５０ｓｅｅ１０－７／ｈｏｕｒ
连续性风险８ｘｌＯ＿６／１５ｓｅｅ１酽一１矿／ｈｏｕｒ
定时精度５０ｎｓｅｅ
可靠性验证是
可获得性９９８％
【１１：关键级应用，【２】非关键级应届
４）公共管制服务（ＰｕｂｆｉｃＲｅｇｕｌａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅ，ＰＲＳ）这种服务有稳定的信号并在欧盟成员国政府的控制之下，保证其他服务停止后欧盟成员国对Ｇａｌｉｌｅｏ系统的特殊使用（如用于国防、执法等），相关参数见表２－６。使用的频段有Ｅ６，Ｌ１，可以使用的数据信号有⑤和⑧。
北斗gps卫星定位系统定位原理
网址：https://www.wendangku.net/doc/679202235.html, 北斗gps卫星定位系统定位原理 北斗卫星定位系统哪家好？北斗卫星定位系统的原理是什么？八杰科技为您解答。 定位原理 35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成
网址：https://www.wendangku.net/doc/679202235.html, 若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。 卫星定位实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。 卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供接收机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离。 每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪。 卫星导航原理 踪卫星的轨道位置和系统时间。位于地面的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗卫星注入校正数据。注入数据包括：星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效。 卫星导航系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由美国海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10^-13秒。卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作。 卫星导航原理：卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。
北斗卫星导航定位系统简介
北斗卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后，第三个成熟的卫星导航系统。卫星导航系统是重要的空间基础设施，它综合了传统天文导航定位和地面无线电导航定位的优点，相当于一个设置在太空的无线电导航台，可带来巨大的社会经济效益。在测绘、电信、水利、公路交通、铁路运输、渔业生产、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域会逐步发挥重要作用。 世界上第一个全球卫星导航系统是美国从1973年开始实施的GPS系统，军民两用。但长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号――也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。为打破美国的垄断，俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统GLONASS。2002年，欧盟启动了伽利略（Galileo）全球卫星导航定位系统计划，将在2008年投入运营，预计投资36亿欧元。2003年，我国与欧盟签署了有关伽利略计划的合作协定，目前双方合作项目已有14个。我国自上世纪80年代引进首台GPS接收机以来，已成为GPS应用大国。作为一个拥有广阔领土和海域的国家，中国有能力也有必要拥有自己的全球定位系统。 北斗卫星导航定位系统的系统构成有：由两颗地球静止卫星(800E和1400E)、一颗在轨备份卫星(110.50E)、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达20纳秒的同步精度，水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。其精度与GPS相当。工作频率为2491.75MHz，系统容纳的最大用户数达每小时540000户，短报文通信一次可传送多达120个汉字的信息（GPS不具备此项功能），精密授时的精度达20纳秒。 2007年2月3日，第四颗试验“北斗星”在西昌成功发射。 这一系统目前共有四颗导航定位卫星，其发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日，第三颗是备用卫星。 2007年2月3日，北斗导航试验卫星升空。 中国向着努力开发一个堪与美国GPS系统和欧洲伽利略系统(Galileo)媲美的定位系统又迈进了一步。“北斗”导航卫星通过“长征三号甲”运载火箭成功发射，凸显中国政府发展航天工业的决心。此前数周，中国用一种由导弹发射的“动能拦截器”击毁了一颗老化气象卫星，美国对此表示担忧。 北斗卫星导航定位系统——英文名为“Compass”——的计划一直处于保密状态，官方一再拒绝透露意图。不过，最近的卫星发射，似乎是要加强一个相对不很精确的系统，该系统以2000年至2003年发射的三颗北斗卫星为基础。今年初将发射两颗地球静止卫星，使北斗卫星导航系统到2008年能够覆盖中国全境和邻近国家部分区域。北斗卫星导航系统最终将通过由30颗非静止轨道卫星组成的卫星“星座”，扩展到覆盖全球。它将类似于美国的GPS系统（全球定位系统）和欧洲的伽利略卫星网络。 更为精确的定位，对于中国军队来说将是一项重大财富。扩展后的北斗卫星导航系统，将使用与伽利略系统相同的无线电频率，可能也会与GPS系统相同，在战时使敌方更难以干扰网络。 北斗卫星导航系统的开发，可能会对伽利略系统的商业成功构成挑战。虽然中国是伽利略项目的合作方之一，中国政府和企业在相关设施及商业应用研究方面投入了2亿欧元（合2.6亿美元），但中国正成为该 项目的一个潜在竞争者。
全球卫星导航定位技术的原理及应用论文
浅析全球卫星导航定位技术原理及应用 一、前言 导航定位的需求，可以说不是历来就有的，在人类早期物质生产活动中以牧猎为主，日出而作，日落而息。当时人们离不开森林和水草，或是随着水草的兴衰而漂泊不定，根本不需要什么明确的定位。但是，随设社会的发展，到了农业时代，在人们开发农田，兴修水利等相应活动中就逐渐产生了测绘定位的需求，可以说在这时，导航定位就在慢慢酝酿之中。等到了工业时代，人类的活动遍及全球，而一些工程比如航海、航空、洲际交通工程，通信工程，矿产资源勘探工程，地球生态及环境变迁的研究，就需要精确地定位。这些需求促使导航定位技术的发展，并把这项技术带到一个前所未有的发展时期，它的手段也从光学机械过渡到光电子精密机械仪器的时代。社会是不断发展的，科技是不断进步的，20世纪末，出现了电子计算器技术、半导体技术、激光技术、航天科学技术，它们的出现，把人类带到了电子信息时代和航天探索时代。当1957年前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星，人类跟踪无线电信号中发现了卫星无线电信号的多普勒频移现象，这预示着一种全新的天空定位技术的可行性，由此，人类进入了卫星定位和导航的时代。 二、简介 1：全球卫星导航定位系统（global navigation and positioning satellite system）采用极轨道星座和无源定位方式为美国提供全球覆盖的导航及定位系统。简称GPS。其轨道高度约为2×104 km，在6条轨道上运行有24颗卫星，每12 h绕地球一周，能保证地球上任何地点的用户都能至少同时看到4颗卫星。它属于非静止卫星定位系统。移动用户利用导航定位接收机来接收4颗（或4颗以上）卫星的导航定位信号，并测量不同信号的到达时间，求出移动用户的三维空间坐标，自动给出经度和纬度显示，从而实现用户的自主定位。也可通过无线传输手段将用户定位信息传送到调度中心，实现对移动用户的调度控制。 GPS向用户广播的导航信号为双频，分别为1 575.42MHz 和1 226.60MHz。采用多种直接序列扩频码的码分多址和伪码测距技术。直接序列扩频码主要有P码和C/A码。P码的定位精度高，三维精度可达5 m之内；C/A码定位精度较低，三维精度在50m内。目前C/A 码是对民用免费开放的。因为它是无源定位系统，移动用户的数量没有限制。 2：全球定位系统（Global Positioning System） 简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。 全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。 3：卫星导航系统 顾名思义，就是“全球卫星导航系统”。主要采用最新GPS技术在导航通讯领域的最新应用系统。卫星导航全球性大众化民用,刚刚开始，有百种应用类型。卫星导航的生命期至
全球四大卫星定位系统
全球四大卫星定位系统 一．GPS系统（美国） 二．北斗系统（中国） 三．GLONASS系统（俄罗斯） 四．伽利略卫星导航系统（欧盟） GPS系统（美国） GPS系统是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资近200亿美元，于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统。GPS利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。如今，GPS已经成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。 GPS系统概述GPS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三部分组成。 （1）空间部分GPS系统的空间部分由空间GPS卫星星座组成。 （2）控制部分控制部分包括地球上所有监测与控制卫星的设施。 （3）用户部分GPS用户部分包括GPS接收机和用户团体。 主要功能： 导航 测量 授时
标准：全球定位系统(GPS)测量规范GB/T 18314-2001 Specifications for global positioning system (GPS) surveys 种类： GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。 北斗卫星导航系统 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System， 统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。 段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户 度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 系统构成 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨 道卫星组成，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，
北斗卫星定位系统工作原理
北斗卫星定位系统工作原理 北斗卫星定位系统是全球卫星定位系统的一种，他工作的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当北斗卫星行为系统的卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。北斗卫星定位系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于30 0m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0. 1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，
其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见北斗卫星定位系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。 工作原理1 北斗卫星定位系统接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及北斗卫星定位系统信息，如卫星状况等。 北斗卫星定位系统接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精
全球四大卫星导航系统
全球四大卫星导航系统 美国GPS系统 目前世界使用最多的全球卫星导航定位系统是美国的GPS系统。它是世界上第一个成熟、可供全民使用的全球卫星定位导航系统。该系统由28颗中高轨道卫星组成，其中4颗为备用星，均匀分布在距离地面约20000千米的6个倾斜轨道上。 俄罗斯格洛纳斯系统 格洛纳斯是前苏联国防部于20世纪80年代初开始建设的全球卫星导航系统，从某种意义上来说是冷战的产物。该系统耗资30多亿美元，于1995年投入使用，现在由俄罗斯联邦航天局管理。格洛纳斯是继GPS之后第2个军民两用的全球卫星导航系统。 欧洲伽利略系统 伽利略系统是欧空局与欧盟在1999年合作启动的，该系统民用信号精度最高可达1米。 计划中的伽利略系统由30颗卫星组成。2005年12月28日，首颗实验卫星Glove-A发射成功，第2颗实验卫星Glove-B在2007年4月27日由俄罗斯联盟号运载火箭于哈萨克斯坦的拜科努尔基地发射升空。 中国北斗系统 北斗全球卫星定位导航系统由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供开放服务和授权服务两种模式。根据系统建设总体规划，2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 2011年4月10日，我国成功发射第八颗北斗导航卫星，标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建设完成，我国自主卫星导航系统建设进入新的发展阶段。从当初的“最高机密”，到今日向民用市场推广，北斗计划已经走过了20多年。曾经的主力科学家已经成了白发苍苍的院士，北斗系统的理论创始人也已经故去。4月10日4时47分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第八颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。这是一颗倾斜地球同步轨道卫星。这颗卫星将与2010年发射的5颗导航卫星共同组成“3+3”基本系统(即3颗GEO卫星加上3颗IGSO卫星)，经一段时间在轨验证和系统联调后，将具备向我国大部分地区提供初始服务条件。今明两年，我国还将陆续发射多颗组网导航卫星，完成北斗区域卫星导航系统建设，满足测绘、渔业、交通运输、气象、电信、水利等行业，以及大众用户的应用需求。 中国卫星导航系统管理办公室负责人冉承其介绍，目前，北斗卫星导航系统正按照“三步走”发展战略稳步推进第一步，2003年建成北斗导航试验系统。系统由三颗地球同步静止轨道卫星和地面系统组成，可为我国及周边地区的中、低动态用户提供定位、短报文通信和授时服务，已应用于水利、渔业、交通、救援等国民经济领域，经济和社会效益显著。第二步，2012年左右，将建成由10余颗卫星组成的北斗区域卫星导航系统，具备覆盖亚太地区的服务能力，采用无源定位体制，具有定位、导航、授时以及短报文通信功能。第三步，2020年左右，建成由30余颗卫星组成，覆盖全球的北斗全球卫星导航系统，系统性能达到同期国际先进水平。 北斗卫星导航系统除了能够提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还保留了北斗卫星导航试验系统的短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是我国经济社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。
北斗卫星导航系统定位原理及应用
xxxx导航系统定位原理及其应用 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的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。。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日， 2007年4月14日，第三、四颗是备用卫星。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥?双保险?作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。北斗一号系统的基本功能包括： 定位、通信（短消息）和授时。北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。 其工作原理如下： ?北斗一号?卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标
全球四大卫星导航系统对比
简单对比全球四大卫星导航系统 2011年12月27日，对于中国的高精度测绘定位领域来说是一个不平凡的日子，中国北斗卫星导航系统(CNSS)正式向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务，这是世界上第三个投入运行的卫星导航系统。 在此之前，美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)早在上世纪90年代就已经建成并投入运行。与此同时，欧盟也在打造自己的卫星导航系统——“伽利略”计划。 那么，这四大卫星导航系统之间到底有着怎么样的区别和联系呢？下面，就让我们来逐个分析一下，通过四大卫星导航系统的优劣分析，给大家一个较为明显的概念。 四大卫星导航系统各有优势，详情如下： GPS：成熟 GPS，作为大家最为熟悉的定位导航系统，她最大的特点就是技术方面最为成熟。 美国“全球定位系统”（GPS），是目前世界上应用最广泛、也是技术最成熟的导航定位系统。GPS空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星。1994年3月，由24颗卫
星组成的导航“星座”部署完毕，标志着GPS正式建成。 中国北斗：互动开放 北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。目前市面上定位导航仪器公司如国外的天宝、拓普康，国内的华测导航等都已支持北斗卫星导航定位系统。 欧盟伽利略：精准 伽利略定位系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称。伽利略定位系统总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。 俄罗斯格洛纳斯：抗干扰能力强 早在美苏冷战时期，美国和苏联就各项技术特别是空间技术方面争锋相对，在美国GPS技术遍布全国的同时，苏联也没闲着，一直忙于研发自己的全球导航定位系统。俄罗斯的这套格洛纳斯系统便是其不断努力的结果。格洛纳斯由24颗卫星组成，也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定
中国北斗卫星导航系统——世界第三套全球卫星导航系统(图)来自网络
北斗卫星导航系统 ——世界第三套全球卫星导航系统 工程总投资：100亿元 工程期限：1994年——2020年 北京时间2007年2月3日凌晨零时28分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。 北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），
是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统。 该系统分为“北斗一代”和“北斗二代”，分别由4颗（两颗工作卫星、两颗备用卫星）和35颗北斗定位卫星、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，其精度与GPS相当。中国在2000年至2007年先后发射了四颗“北斗一号”卫星，这种区域性(中国境内)的卫星导航定位系统，正在为中国陆地交通、航海、森林防火等领域提供着良好服务。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造,四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 日期火箭卫星轨道 2000年10月31日长征三号甲北斗-1A 地球静止轨道140°E 2000年12月21日长征三号甲北斗-1B GEO 80°E 2003年05月25日长征三号甲北斗-1C GEO 110.5°E 第三颗是备用卫星 2007年02月03日长征三号甲北斗-1D GEO 86°E 第四颗是备用卫星 2007年04月14日长征三号甲北斗-2A 中地球轨道(21500KM) 北斗二代首颗卫星
军用新型北斗卫星导航手持机 北斗卫星导航系统的历史 我国早在60年代末就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于多种原因而夭折。在自行研制“子午仪”定位设备方面起步较晚，以致后来使用的大量设备中，基本上依赖进口。70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导航定位系统的体制研究。先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能够得到实现。 1983年，“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士和合作者提出利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想，经过分析和初步实地试验，证明效果良好，这一系统被称为“双星定位系统”。双星定位导航系统为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”。 双星定位导航系统是一种全天候、高精度、区域性的卫星导航定位系统，可实现快速导航定位、双向简短报文通信和定时授时3大功能，其中后两项功能是全球定位系统(GPS)所不能提供的，且其定位精度在我国地区与GPS定位精度相当。整个系统由两颗地球同步卫星(分别定点于东经80度和东经140度36000公里赤道上空)、中心控制系统、标校系统和用户机4大部分组成，各部分间由出站链路(即地面中心至卫星至用户链路)和入站链路(即用户机至卫星
全球四大导航系统
全球四大卫星定位系统 目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在建的"伽利略"系统、和中国的北斗卫星导航系统。 一、美国GPS长期垄断 美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。GPS全球定位系统计划自1973年至今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。GPS原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。以1986年为例，当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS"收获颇丰"。以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，2005年全球GPS市场已达到310亿美元。长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号--也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个"大概"。在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。 2003年3月20日，伊拉克战争爆发。大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号："斩首行动"；4月，一架B-1B"枪骑兵"轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。他们的目标都是一个人：萨达姆侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS。 由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。 二、俄罗斯GLONASS（格洛纳斯）系统 "格洛纳斯GLONASS"是俄语中"全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE"的缩写。作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。1995年俄罗斯耗资30多亿美元，完成了GLONASS导航卫星星座的组网工作。它也由24颗卫星组成，原理和方案都与GPS类似，不过，其24颗卫星分布在3个轨道平面上，这3个轨道平面两两相隔120°，同平面内的卫星之间相隔45°。每颗卫星都在19100千米高、64.8°倾角的轨道上运行，轨道周期为11小时15分钟。地面控制部分全部都在俄罗斯领土境内。俄罗斯自称，多功能的GLONASS系统定位精度可达1米，速度误差仅为15厘米/秒。如果必要，该
GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述之令狐文艳创作
GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述 一、 令狐文艳 二、基本介绍 ?GPS 数量：由２４颗卫星组成。 轨道：高度约２０２００公里，分布在６条交点互隔６０度的轨道面上。 精度：约为１０米。 用途：军民两用。 进展：１９９３年全部建成，正在实验第二代卫星系统，计划发射２０颗。 ?GLONASS 数量：２４颗卫星组成； 精度：１０米左右； 用途：军民两用； 进展：目前已有１７颗卫星在轨运行，计划２００８年全部部署到位。 ?GALILEO 数量：３０颗中高度圆轨道卫星组成，２７颗为工作卫星，３颗为候补；
轨道：高度为２４１２６公里，位于３个倾角为５６度的轨道平面内； 精度：最高精度小于１米； 用途：主要为民用； 进展：２００５年１２月２８日首颗实验卫星已成功发射，预计２００８年前可开通定位服务。 ?BDS 数量：３颗卫星组成，２颗为工作卫星，１颗为备用卫星； 用途：军民两用； 进展：前两颗分别于２０００年和２００３年发射成功。 二、系统组成 ?空间部分 ?GPS：GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星； 3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低?GLONASS：GLONASS系统采用中高轨道的24颗卫星星座，有21颗工作星和3颗备份星，均匀分布在3个圆形轨道平面上，每轨道面有8颗，轨道高度H=19000km，运行周期T=11h15min，倾角i=64.8°。 ?GALILEO：如下图所示，30颗中轨道卫星（MEO）组成
北斗卫星导航系统主要应用领域
北斗卫星导航系统主要应用领域 1、交通运输重点运输监控管理、公路基础设施、港口高精度实时定位调度监控； 2、海洋渔业船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港管理； 3、水文监测多山地域水文测报信息的实时传输； 4、气象监测气象测报型北斗终端设备，大气监测预警系统应用解决方案； 5、森林防火定位、短报文通信； 6、通信时统开展北斗双向授时，研制出一体化卫星授时系统； 7、电力调度基于北斗的电力时间同步； 8、救灾减灾提供实时救灾指挥调度、应急通信、信息快速上报、共享； 9、军工领域定位导航；发射位置的快速定位；搜救、排雷定位等。 国家积极推动北斗民用化进程，一系列的鼓励政策，为北斗的应用发展提供了广阔的空间。北斗卫星导航系统解决了精准定位的问题，靠一个北斗终端就能走遍大江南北。北斗系统的定位服务将在未来智慧生活中发挥巨大作用。 如今的北斗卫星导航系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，北斗卫星导航系统在使用中产生显着的经济效益和社会效益。 在气象行业，北斗卫星导航系统广泛应用于气象观测、灾害监测和气象信息的收集与发布，包括大气风向风速、水汽含量、海风海浪、雷电观测和预警等，极大提升气象观测、预报和灾害预警发布水平，增强气象领域防灾减灾能力。 中国海洋渔业水域面积300多万平方公里，现有渔船100多万艘、渔业人口2000多万，海洋渔业涉及渔民生命安全、国家海洋经济安全、海洋资源保护和海上主权维护，现已成为北斗民用规模最大的行业。北斗卫星海洋渔业安全生产信息服务系统的应用极大地保障了渔船的出海安全，巩固和发展了渔业生产，推动了“平安渔业”建设。以赴南沙生产作业的渔船为例。农业部南海区渔政局建立了“南沙渔船船位监控指挥管理系统”，系统建成后，监控中心能随时获知渔船方位，大大方便了相关职能部门对渔业生产的管理，实现看得见的管理调度。当渔民在海上遇险时，可以通过渔船上的卫星导航通信系统向监控中心发送遇险报告，监控中心收到报告时就可以根据卫星定位确定距离遇险渔船最近的船只，
全球卫星导航定位技术
全球卫星导航定位技术 摘要：卫星导航定位系统在国民经济建设中占有重要的位置，是国民经济信息化建设的重要组成部分和推进力量，是建设国家信息体系的重要基础设施，是直接关系到国家安全、经济发展的关键性系统技术平台。以GPS为代表的卫星导航定位(GNSS)应用产业已逐步成为一个全球性的高新技术产业。国家对卫星导航定位产业的发展高度重视，“十五”计划发展纲要确定卫星导航定位为国家高技术工程的12个专项之一，国家发改委在2002年实施了卫星导航产业化专项，以北斗卫星导航试验系统和其他卫星定位导航系统的广泛应用为推动力的我国卫星导航定位产业，正进入高速发展的关键时期。本文介绍了全球卫星导航系统的现状以及分析其原理，并分析了全球卫星导航的发展应用。 关键词：卫星导航定位系统；高新技术 Abstract: the satellite navigation and positioning system in the development of national economy, holds the important position, the informationization of the national economy is the important part of the construction and promote the strength, the construction of national information system is the important infrastructure, is directly related to national security, economic development and the key system technology platform. As a representative of the with GPS satellite navigation and positioning (GNSS) application industry has gradually become a global new high technology industry. National satellite navigation and positioning of the development of the industry, more attention of the tenth five-year plan to determine the program for the development of satellite navigation and positioning for the national high technology project of one of the 12 special, the national development and reform commission in 2002, the industrialization of the satellite navigation special to beidou satellite navigation test system and other positioning satellite navigation system for the wide application of driving force of China’s satellite navigation and positioning industry, entering the critical period of development. This paper introduces the present situation of the global satellite navigation system and analyzes the principle, and analyzed the development and the application of the global satellite navigation. Keywords: satellite navigation and positioning system; High and new technology 按照定位导航的方式可分成：卫星定位导航、自主式导航、组合导航以及无源导航。 1、全球卫星导航系统介绍 世界上现有卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧洲
全球四大卫星定位系统
全球四大卫星导航系统简介 一、美国的GPS 系统： 美国的GPS系统，由24 颗(3 颗为备用卫星) 在轨卫星组成。 的信号有两种GPS码。码，P C/A 米。一般的接收机利用29.3m 到2.93 民用：
C/A 码的误差是码计算 C/A 代中期为了自身的安全考虑，在信号上加入了90 定位。美国在 米左右。在 SA(SelectiveAvailability)，令接收机的误差增大，到100 精度应该能在GPS年2000 5 月2 日，SA取
消，所以，咱们现在的米以内。20 码P C/A 0.293 米是码的十分之一。但是2.93 军用：P 码的误差为米到 AS(Anti-Spoofing) 只能美国军方使用，码上加上的干扰信号。P，是在 二、中国的“北斗”卫星导航定位系统：“北斗”卫
星导航定位系统需要发射35 颗卫星，足足要比GPS多出11 颗。按照规划，“北斗”卫星导航定位系统将有 5 颗静止轨道 卫星和30 颗非静止轨道卫星组成，采用“东方红”-3 号卫星平台。30 颗非静止轨道卫 星又细分为27 颗中轨道(MEO)卫星和3 颗倾斜同步(IGSO) 卫星组成，27 颗MEO卫星平均分布在倾
角55 度的三个平面上， 轨道高度21500 公里。“北斗” 卫星导航定位系统将提供开放服务和授权服务。开放服务在服务区免费提供 纳秒，测速精度50 定位，测速和授时服务，定位精度为10 米，授时精度为 为0.2 米/ 秒。授权服务则是军事用途的马甲，将向授权用户提供更安全与更
高精度的定位，测速，授时服务，外加继承自北斗试验系统的通信服务功 能，精度可以达到重点地区水平10 米，高程10 米，其他大部分地区水平20 的水平是差不多的。秒。这和美国GPS 0.2 米/ 米，高程20 米；测速精度优于 另外，“北斗一号”还可以提供用户的双向通讯功能，
全球卫星导航系统原理与应用
第六章全球卫星导航系统原理及应用 第一节卫星定位技术简介 一、概述 具有全球导航定位能力的卫星定位导航系统称为全球卫星导航系统，英文全称为Global Navigation Satellite System，简称为GNSS。目前已有的卫星导航系统包括美国的全球卫星定位系统（GPS）、俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS、正在发展研究的有欧盟的GALILEO系统、中国北斗卫星导航广域增强系统。 全球定位系统（GPS）是众多卫星导航系统之一，GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词NAVSTAR/GPS的简称。它的含义是：利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了广泛的应用，在物探测量工作中广泛普及及应用。对于物理点的放样已经不再仅仅是采用测角和量距，而是借助GPS导航卫星信号来确定地面点的准确位置。 随着GLONASS系统、GALILEO系统以及中国的北斗系统逐步组网运营，综合各大导航系统的多星系统接收机逐步替代了先前的GPS定位的单一系统，其作业效率、定位精度、定位的稳定性与可靠性都得到了大幅度的改善。 二、卫星定位技术的发展 1957年10月4日，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星后，人们就开始利用卫星进行定位和导航的研究，人类的空间科学技术研究和应用跨入了一个崭新的时代，世界各国争相利用人造地球卫星为军事、经济和科学文化服务。同时，卫星定位技术在大地测量学的应用也取得了惊人的发展，迅速跨入了一个崭新的时代。 （一）早期的卫星定位技术 卫星定位技术是指人类利用人造地球卫星确定测站点位置的技术。卫星大地测量就是利用人造地球卫星为大地测量服务的一门学科。它的主要内容是在地面上观测人造地球卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大地测量任务，例如测定地面点的相对位置，测定地球的形状和大小等。 早期，人造地球卫星仅仅作为一种空间观测目标，由地面上的观测站对卫星的瞬间位置进行摄影测量，测定测站点至卫星的方向，建立卫星三角网。同时也可利用激光技术测定观测站至卫星的距离，建立卫星测距三角网。通过这两种观测方法，均可以实现地面点的定位，也能进行大陆同海岛的联测定位，解决了常规大地测量难以实现的远距离联测定位问题，这是常规定位技术望尘莫及的。 1966至1972年期间，美国国家大地测量局在英国和联邦德国测绘部门的协作下，用卫星三角测量方法测设了一个具有45个测站点的全球三角网，获得了±5m的点位精度。然而，
北斗星定位系统
北斗星定位系统 刘佳奇长春理工大学光电工程学院090211233 长春吉林130002 摘要：北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。目前全世界有4套卫星导航系统：中国北斗、美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、欧洲“伽利略”卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会经济效益。中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航定位系统。2000年以来，中国已成功发射了6颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统（第一代系统）。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和ＧＰＳ广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。本文通过课本以及在图书馆的资料阅读中，了解北斗星定位系统的意义，作用，发展历程，工作原理以及未来的发展前景。使得对系统有一个初步的了解。 对于步入二十一世纪的中国来说，信息的需求已经达到了空前的境界。然而，中国对信息的采集以及信息的处理技术都非常的落后。较发达国家相比，中国的很多信息都已经暴露在他国的监视之下，此时，北斗星定位系统应运而生。2000年以来，中国已成功发射了6颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统（第一代系统）。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和ＧＰＳ广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。可见北斗星定位系统已经成为我国重要的卫星系统之一，它可以随时勘测我国地理，位置信息等。[2] 首先，说一下北斗星定位系统的发展历程。早在上世纪60年代末，我国就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于诸多原因而夭折。自20世纪70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导
北斗卫星导航系统常识简介精编版
北斗卫星导航系统常识 简介 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
北斗卫星导航系统常识简介一、北斗卫星导航系统现状 中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。 2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°-140°，北纬5°-55°。北斗