GPS导航定位系统综述

GPS导航定位系统综述

一、概况

GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。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，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。

该系统对于在地形表面的任何物体，只要上空没有足够厚的云遮挡或屏蔽，通过三颗以上卫星，就能准确地定位、跟踪，目前已形成了全球、全天候的导航能力，如今，昔日那高不可攀的全球卫星定位系统终于揭开神秘的面纱，从军用走向民用，并率先在汽车上得到广泛的应用。

二、应用规模和水平

GPS是现代高新技术实现军民两用的一个成功范例。GPS已逐步演变为一种世界性的高新技术产业。在GPS应用领域中，车辆应用所占的比重在各项应用中数它最大，约占总数的50％左右。GPS车辆应用系统一般分为两大业：车辆跟踪系统和车辆导航系统。

我国GPS车辆跟踪系统应用走过了极其起伏而缓慢的发展道路。经历了几起几落的艰难历程。1994-95年间是第一波，当时有成十上百家公司都来抢占GPS车辆跟踪系统市场，其中也不乏有几家具备经济实力的公司，但真正成功者不多。不少公司只好退出这个行业。是GPS车辆跟踪系统市场的整顿、巩固、充实、提高时期，1998年-2000年GPS车辆跟踪系统市场出现了快速增长的势头，此时的市场逐步趋于成熟，我国的GPS车辆跟踪系统的技术有了较大的提高与发展，作为系统的卡脖子问题的通信网络通过采用GSM公众网的短信息服务找到了新的出路，这对上档次上规模无疑是大有益处的，对GPS车辆跟踪系统市场造成一定的负面影响。在此同时，原先的常规网和集群网经过多年的历炼，系统与车台产品日趋成熟，达到上千辆，甚至数千辆的规模，至2000年底全国累计有近300个左右车辆跟踪网络，入网车辆为5-6万辆。如果把它从特种车辆应用扩展到私家车辆和公众车辆应用，特别是长途运输车辆的应

用，则在未来的几年之内每年能达到10万辆车以上的装车量每年的相关产值有可能达到7-10个亿。

卫星导航应用产品确实可以形成一个产业，其中车辆应用产品所占的份额接近50％，据相应的预测表明，2006年OEM接收板的产量达到150万片，其中极大部分用于车辆应用系统。

中国是个GPS应用大国，所有的GPS芯片和OEM接收板几乎都是靠进口，在GPS 车辆跟踪系统上，我国在应用面和规模上在国际上居于有特色的先行者地位，但是从系统的技术水平和产品的质量和成熟程度来说，我们还处在往上发展时期。

三、GPS导航系统的工作原理

GPS导航系统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记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GPS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。GPS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300m；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GPS导航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。

GPS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GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS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，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。

四、GPS定位系统的工作原理

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式

五、GPS系统组成部分

1.空间部分

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。

2. 地面控制系统

地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。

3.用户设备部分

用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数

据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。

六、GPS特点及前景

全球定位系统的主要特点：

(1)全球、全天候工作。

①定位精度高。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

②功能多，应用广。

GPS系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

1．定位精度高

应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7m，1000KM可达10-9m。在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。

2．观测时间短

随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。

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2000年至2006年期间，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。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场

将达到30亿美元，而在中国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS 技术市场的应用前景非常可观。

七、总结

目前，我国已悄然兴起GPS专业玩家一族，他们大部分是户外运动和汽车越野爱好者。这些使用者可以通过车载GPS了解车辆行使方向，这样就取代传统的高度计，还可以显示海拔高度等信息。通过GPS对卫星信号的接受计算，可以测算出行驶的具体速度。对于那些热爱户外运动，汽车越野爱好者来说GPS让他们再也不会为迷失方向而苦恼，因为GPS导航仪可以让驾车者对行驶道路了如指掌。GPS导航仪还提供全程语音提示，驾车者无须观察显示界面就可能实现导航的全过程，使得行车更加安全舒适。

随着科技人性化时代的到来，GPS车载导航系统逐渐显示出其强大的生命力和广阔的应用前景，市场潜力巨大。GPS导航系统将成为人们休闲、娱乐、旅游探险不可缺少的必备工具，引领时尚前沿消费市场。

北斗gps卫星定位系统定位原理

网址：https://www.wendangku.net/doc/d21523847.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/d21523847.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。

国外卫星导航应用标准综述概论

国外卫星导航应用标准综述 一、引言 全球卫星导航系统已深入到各国安全、经济领域的方方面面，已成为现代高新技术民用的成功典范。以产业化程度最高的GPS为例，已逐步演变为一种世界性的高新技术产业，它使航空、航海、测绘、时间及机械控制等传统产业的工作方式发生了根本的转变，它开拓了个人移动位置服务等全新的信息服务领域。随着卫星导航应用的逐步深入及应用领域的逐渐拓展，国外发布了大量卫星导航应用标准，本文将主要针对目前检索到的国外卫星导航应用标准进行梳理和分析。 二、国际及国外卫星导航相关标准化组织 卫星导航应用范围非常广，涉及卫星导航相关的国际和国外标准化组织也非常多，它们共同研究制定各国在航空、航海等领域赖以遵循、统一通用的导航条约法规、规范等标准。与卫星导航相关的国际级标准化组织主要有国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、国际电信联盟（ITU）。此外，还有其他比较权威的区域标准化组织和国际组织也参与制定和发布卫星导航技术标准。经过调研与分析，共整理出了24个与卫星导航相关的标准化组织，这些标准化组织并不能涵盖卫星导航应用的所有领域，但已反映了卫星导航应用主流领域的标准化组织情况，如表1所示。其中美国的标准化组织有8个，欧洲的标准化组织有4个，核心的标准化组织除ISO、IEC和ITU外，还有ARINC、ETSI、FAA、NMEA、RTCM 和RTCA。

三、国外卫星导航应用标准分析 通过对表1中24个组织和机构的调研，共检索到卫星导航应用相关标准191项。经过整理和分析， 表1 与卫星导航相关的国际、国外标准化组织和国际组织（双线分割）

可将其归纳为卫星导航系统标准、卫星导航应用基础标准、电子地图标准、接收设备数据格式标准、差分技术标准、接收设备性能要求与检测方法六类。其中，卫星导航系统标准主要是各卫星导航系统的接口标准、系统性能标准；卫星导航应用基础标准主要为术语类和时空系统类标准；接收设备数据格式主要为应用领域的接收设备通用数据格式要求标准，差分技术标准为增强导航定位精度采用的差分技术和格式标准；接收设备性能要求与检测方法主要是各类接收机的标准。 1.卫星导航系统标准 1.1系统接口标准 系统接口标准主要是各卫星导航系统研制国公布的接口控制文件。目前GPS系统、GLONASS系统和Galileo系统都已经公布了各自的接口控制文件。 以GPS系统为例，自20世纪90年代末美国政府提出GPS现代化计划以来，美国军方先后发布了IS-GPS-200、IS-GPS-705、IS-GPS-800和IS-GPS-870四类接口性能规范：IS-GPS-200对GPS空间段与GPS无线电频率链路1（L1）和2（L2）的用户接收机之间的接口要求进行了定义，最新版本为IS-GPS-200G； IS-GPS-705规定了GPS无线电频率链路5（L5）上全球定位系统空间段和导航用户段之间的接口要求，其最新版本为IS-GPS-705C； IS-GPS-800定义了无线电频率链路1（L1）上GPS卫星与导航接收机之间的信号传输特征。虽然广播频段L1内有多个信号，这个接口规范只定义了L1内的民用信号（L1C），其最新版本为IS-GPS-800C；

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

北斗卫星导航系统与应用综述

北斗卫星导航系统及应用综述 0引言 北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球围全天候、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，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。 1 北斗卫星导航系统基本信息介绍 中国在2003年完成了具有区域导航功能的北斗卫星导航试验系统，之后开始构建服务全球的北斗卫星导航系统，于2012年起向亚太大部分地区正式提供服务，并计划至2020年完成全球系统的构建。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 1.1 北斗卫星导航系统的定位原理 “北斗一号”卫星导航系统的定位原理与GPS系统不同,GPS采用的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的三维定位数据,而“北斗一号”卫星导航定位系统则采用主动式双向测距二维导航, 由地面中心控制系统解算供用户使用的三维定位数据。“北斗”卫星是中国“北斗”导航系统空间段组成部分,由两种基本形式的卫星组成,分别适应于GEO和MEO轨道。“北斗”导航卫星由卫星平台和有效载荷两部分组成。卫星平台由测控、数据管理、姿态与轨道控制、推进、热控、结构和供电等分系统组成。有效载荷包括导航分系统、天线分系统。GEO卫星还含有RDSS有效载荷。因此,“北斗”卫星为提供导航、通信、授时一体化业务创造了条件。“北斗”导航卫星分别在1559MH z～1610MH z、1200MH z～1300MH z两个频段各设计有两个粗码、两个精密测距码导航信号, 具有公开服务和授权服务两种服务模式[1]。 “北斗二号”导航卫星系统体制第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是: 第二代用户机可免发上行信号,不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信息,而是通过直接接收卫星单程测距信号来自己定位, 系统的用户容量不受限制,并可提高用户位置隐蔽性。

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

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，

全球卫星导航系统测量报告

全球卫星导航系统测量报告摘要： 全球卫星导航系统可以以高精度、全天候、快速地测定地面点的三位坐标，点间无需通视，不用建标，比常规测量方法的成本低，而且具有仪器轻巧，操作方便等优点，对传统测量的理论与方法产生了革命性的影响，促进了测绘科学技术的现代化，在军事、民用及其他领域都得到了广泛的应用。在工程测量的各个领域，从一般的控制测量到精密工程测量，都显出极大的优势。这种技术还可以应用在桥梁工程、隧道与管道工程、海峡贯通与连接工程、精密设备安装工程等。 全球卫星导航系统无疑极大地改变了以往需要巨大人力与精力来进行测量的局面，促进了生产力与各种工程领域的发展。因此，研究这一系统是有极大的必要性的。 正文： 一．全球卫星导航系统的发展 为了实现全球性、全天候、高精度地连续导航定位，美国国防部从1973年开始，进过二十多年的发展，号子三百亿美元，于1993年成功建立了第二代卫星导航系统——GPS卫星全球定位系统。GPS 是利用卫星发射的无线电信号进行导航定位，它有着良好的保密性与抗干扰性，同时也满足了人们对于开发这一系统的初衷。这是美国导航技术现代化的重要标志。 目前全球卫星导航系统除了美国的GPS系统外，还主要有俄罗斯的GLONASS、中国的北斗、欧盟的GALILEO等。

GLONASS系统开发于苏联时期，后来由俄罗斯建立了本国的全球卫星导航系统，1995年建成了由24颗卫星组成的卫星星座。这一系统至少需要18颗卫星来提供对俄罗斯全境的卫星定位与导航服务，如果要对全球来提供服务则需要24颗卫星。主要服务内容为确定陆地、海洋、空中目标的坐标与运动速度等信息。但由于各种因素的影响，该系统很长一段时间内不能进行正常的工作。目前该系统正在进行全面更新。 伽利略定位系统是由欧盟主导的一个正在建造的卫星定位系统。是继GPS和GLONASS之后第三个可供民用的定位系统。该系统由30颗卫星组成，于2005年发射了第一颗卫星，由于技术问题，完成目标由2008年延长到了2014年左右。 伽利略卫星导航系统是民用定位系统，不存在军用和民用冲突的问题。此外，其卫星运行高度高于GPS系统的卫星，因此覆盖率较高，定位精度将优于GPS全球定位系统。 北斗卫星导航系统是我国目前正在实施的自主开发、独立运行的主动式卫星导航系统。2000年发射了第一颗北斗卫星，到2003年，组成了第一代由三颗地球同步卫星组成的实验星座，可用于我国境内和周边地区的导航定位。 我国正在建设的北斗卫星导航系统空间段将有五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成。截止2012年，我国已经发射了16颗卫星。目前的开放服务对服务区内免费提供定位、测速和授时服务。授权服务将对授权用户提供更加安全的定位、测速、授时、通信和系

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

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。

我国及世界各国导航卫星发展状况综述

我国及世界各国导航卫星发展状况综述 China and the world of the development of navigation satellite 摘要随着卫星导航技术的飞速发展，卫星导航已基本取代了无线电导航、天文导航等传统导航技术，成为一种普遍采用的导航定位技术，并在精度、实时性、全天候等方面取得了较大提高。目前世界上采用的定位系统主要为美国的全球定位系统(GPS )，俄罗斯的全球卫星导航系统(GLONASS)，欧洲的伽利略系统(GALILEO )，中国的“北斗一号”导航系统以及日本的准天顶卫星系。 关键词GPS GLONASS 伽利略全球卫星导航定位系统“北斗一号”导航系统准天顶卫星系统 一、GPS全球定位系统 GPS是“Global Positioning System”即“全球定位系统”的简称。该系统原是美国国防部为其星球大战计划投资10多亿美元而建立的。其作用是为美军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。GPS系统的研制计划分为三个阶段。第一阶段(1973-1978)是方案论证阶段。第二阶段(1979-1985)是工程研制和系统试验阶段，测试结果令人满意，系统达到了预定设计目标，当时有7颗实验卫星在轨道上飞行，已提供了有限的导航能力。第三阶段为改善系统性能，为整个系统投人使用阶段。原计划从1986年起，由航天飞机分批把工作型卫星送入轨道，1989年系统全面组网实用，达到三维定位能力。由于航天飞机失事,GPS 系统的第三阶段计划被推迟到1989年2月才开始执行。1990年左右，轨道上已有12颗卫星，实现二维定位能力;1992年左右，GPS系统已全面组网进人实用阶段。1993年GPS太空卫星网完全建成。 GPS是24颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统。这24颗卫星分布在高度为2万公里的6个轨道上绕地球飞行。每条轨道上拥有4颗卫星，在地球上任何一点，任何时刻都可以同时接受到来自4颗以上卫星的信号。也就是说GPS 的卫星所发射的信息覆盖着整个地球表面。 目前GPS的发展主要分为以下几个阶段: 1、GPS现代化第一阶段：发射12颗改进型的GPS BLOCKⅡR型卫星，它们具有一些新的功能。既能发射第二民用码，即在L2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GPS BLOCKⅡF (“ⅡF Lite" )。GPS BLOCK ⅡF 型卫星除了有上面提到的GPS BLOCK ⅡR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ⅡF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：发射的GPS BLOCK Ⅲ型卫星，在2003年

全球卫星导航系统的发展现状

0.引言 GPS的投入运行对当今社会经济、军事产生了革命性影响，各个国家对它的依赖性不断加大。同时，为了避免受制于人，各国纷纷研制自己的全球卫星导航系统。紧随美国之后，俄罗斯建成了GLONASS 系统，但由于资金长期短缺以及其他种种原因，导致在轨工作卫星曾大量空缺，不能提供全天候、全球性的定位服务。而欧盟正在开发的伽利略(GALILEO)卫星导航系统是一个独立的，性能优于GPS，与现有全球卫星导航系统具有互用性的民用全球卫星导航系统。争奇斗艳的全球卫星导航定位系统将会给当今的信息社会带来深远的影响。 1.美国GPS的发展现状 1.1GPS导航定位原理GPS是在美国海军导航卫星系统的基础上发展起来的以卫星为基础的无线电导航定位系统。它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能，能为用户提供精密的三维坐标、速度和时间。 GPS系统由空间卫星星座、地面监控系统及用户设备组成。GPS 空间星座部分由24颗GPS卫星（含3颗备用卫星）组成，卫星均匀分布于倾角为55°的6个轨道面上，轨道平均高度约为20200km。每颗GPS卫星发射两个载波(1575.42MHz/L1和1227.60MHz/L2)信号，在其上用相位调制技术加载了测距码和导航电文，供用户接收机使用。地面监控系统由一个主控站、3个注入站和5个监控站组成，其主要功能是采集数据、编算GPS导航电文及系统维护等。用户设备是实现GPS卫星导航定位的终端设备，由GPS接收机硬件和数据处理软件组成，它通过接收并处理GPS卫星信号，可得到用户的时间、位置、速度等参数[1][2]。 1.2GPS自身的缺陷 现行的GPS系统存在如下的缺陷：BlockⅡ（BlockⅡA）GPS卫星信号的强度极其微弱（天顶运行的GPS卫星的信号强度仅有3.5E-16W），几乎淹没于背景噪音之下，并能被建筑物等阻挡物反射，产生多路径效应。 调制于L1载波上的C/A码和P码都位于L1的中心频带，易于受到人为干扰。通常情况下，对P码的捕获和跟踪是通过先捕获C/A码和巧用Z计数的方法实现的。这样，如果人为地干扰C/A码的接收，也就等效于P码受到干扰。 民间用户难以同时获得L1-P码伪距和L2-P码伪距，无法实现GPS双频观测的电离层效应距离偏差改正，限制了GPS单点定位精度的提高。 GPS的系统组成和信号结构都不能满足当前的需要。例如：在高纬度地区，严重影响导航和定位，在中、低纬度地区，每天总有两次盲区、每次盲区历时20～30分钟，盲区时，PDOP值远大于20，给导航和定位带来很大的误差。 为确保导航定位的精度，GPS的卫星导航电文必须每天更新一次，地面监控系统担负着编算和注入导航电文的重要任务，一旦地面监控系统受到破坏，军用和民用用户都不能得到高精度的GPS导航定位服务。 1.3GPS现代化的举措[3] 针对上述情况，GPS执行委员会(IGEB)、GPS顾问委员会(GIAC)和导航学会(ION)召开多次国际会议，讨论GPS现代化的问题。根据GPS 执行委员会有关资料，GPS现代化的主要措施主要有： 取消了GPS SA政策，给民用用户带来了明显的效益。 发射BlockⅡR卫星更换BlockⅡ/ⅡA卫星。与BlockⅡ/ⅡA卫星相比，BlockⅡR卫星在功能上有如下扩充：在L2载波上增设C/A码（或L2C码）；在L1和L2载波上各增设一个军用伪噪声码（M码）；可根据指令增强L2载波上的P（Y）码、L1载波上的P（Y）码和C/A的功率。BlockⅡR-M卫星的功能更进一步加强：能作卫星之间的距离测量；能在轨自主更新和精化GPS卫星的广播星历和星钟A系数；能进行星间在轨数据通讯，在无地面监控系统干预的情况下，可进行自主导航。 发射BlockⅡF卫星。BlockⅡF卫星除具有BlockⅡR卫星的全部功能外，还在保护波段增加第三民用信号L5（1176.45MHz），并增加了卫星间的数据通道。到2008年6月，GPS在轨卫星共有31颗，其中BlockⅡA卫星13颗，BlockⅡR卫星12颗，BlockⅡR-M卫星6颗。 发射BlockⅢ（GPSⅢ）卫星。目前正在研究未来GPS卫星导航的需求，讨论制定GPSⅢ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2009年发射GPSⅢ的第一颗实验卫星，2030年完成整个星座的更新。 地面监控系统现代化的措施主要有：给监测站装备数字式GPS 信号接收机和计算机；用分布式结构计算设备替换现有的主计算机；采用精度改善技术建立卫星控制集成网络，完善BlockⅡR卫星的全运行能力；在美国本土（卡纳维拉尔角）增建一个监控站（使监控站增至6个）；在范登堡空军基地建立一个备用主控站；增强BlockⅡR卫星的指令和控制能力。 2.俄罗斯GLONASS的发展现状 2.1GLONASS简介 为了应对美国的全球卫星定位系统GPS，前苏联从上世纪80年代初开始建设与美国GPS系统相类似的卫星定位系统GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System)，于1995年12月将其发展成为由24颗GLONASS卫星组成的工作星座。该系统也由空间卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。空间卫星星座为21颗卫星分布在夹角为120°的3个倾角为64.8°轨道面上，另外3颗卫星备用。GLONASS通过两个频率发射导航信号，但它的每颗卫星的频率都不相同。 GLONASS可供国防、民间使用，不带任何限制，也不计划对用户收费，并声明不引入选择可用性（SA）。但由于俄罗斯经济困难，卫星的补充和维护得不到保证，GLONASS在轨卫星曾大量空缺（2000年情况最严重时只剩下6颗卫星），破坏了其星座完整程度，致使该系统的可用性大大下降。 2.2GLONASS的恢复和现代化 GLONASS的危机引起了俄方的重视，俄罗斯认识到“出于国家安全战略的考虑，俄罗斯应该使用本国的GLONASS系统，而非美国的GPS或者是欧洲的GALILEO导航系统”。随着经济复苏，俄政府在本世纪初制定了“拯救GLONASS”的补星计划，并决定启动逐步改善和提高GLONASS性能的现代化改造。 补星和现代化计划共分三个阶段：第一阶段为补充新的卫星以满足GLONASS系统正常运行的最低要求。第二阶段为GLONASS－M计划，即研制新的GLONASS－M卫星。新的GLONASS－M卫星搭载了铯钟，增强了信号的稳定性；改善了信号结构，增加了附加信息；安装了滤波器，消除了1601.6MHz~1613.8MHz以及1660.0MHz~ 1670.0MHz频段的信号干扰；与此同时，其寿命也由原来的3年延长至7~8年；该阶段计划达到18颗在轨运行卫星(包括GLONASS卫星 全球卫星导航系统的发展现状 项鑫1刘红旗2李军杰3 （1.中国地质大学<武汉>地空学院湖北武汉430074；2.平顶山煤业集团土建公司河南平顶山467000； 3.河南城建学院河南平顶山467000） 【摘要】GPS现代化计划提出了更新星座和地面系统、增加第三民用信号L5、增加卫星间的数据通道、发射BlockⅢ（GPSⅢ）卫星等措施，GLONASS正在逐步实施补星和现代化计划，GALILEO可望提供六项更优的服务。分析了全球导航定位系统的发展与应用状况，讨论了导航定位信息的融合情况与应用前景。 【关键词】GPS；GLONASS；Galileo；CNSS；信息融合 66

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，