《衛(wèi)星導航》PPT課件

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1、衛(wèi)星導航王伶Email:lingwang@nwpu.edu.cn西北工業(yè)大學電子信息學院無線通信與導航實驗室2014.112Overview1.全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介2.衛(wèi)星導航定位基本原理3.GPS系統(tǒng)組成4.GPS信號組成及特點5.信號捕獲6.信號跟蹤7.定位原理8.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其發(fā)展1全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)導航定義Navigation源于海洋中船舶的航行，起初人們通過羅盤和天文等手段對航行在海洋中的船舶進行導向和領航，后來發(fā)展到陸地車輛以及空中飛行器的領航，Navigation逐漸被譯成“導航”1全球衛(wèi)星導

2、航系統(tǒng)導航定義導航——確定當前位置和目標位置，并參照地理、環(huán)境信息修正航線、方向、速度，抵達目的地的手段定位≠導航定位+制導（參照）=導航定位方法有多少，導航方法就有多少1全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)美國GPS歐盟伽利略俄羅斯GLONASS中國北斗1全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)到2020年，四大系統(tǒng)衛(wèi)星在軌數(shù)量變化情況2020年GPS36顆GLONASS30顆北斗35顆GALILEO30顆2衛(wèi)星導航定位基本原理經(jīng)典導航定位D12αβ2衛(wèi)星導航定位基本原理跟蹤站1跟蹤站2跟蹤站3跟蹤站n未知點2衛(wèi)星導航定位基本原理(X1-Ux)2+(Y

3、1-Uy)2+(Z1-Uz)2=(c(T1-Cb))2(X2-Ux)2+(Y2-Uy)2+(Z2-Uz)2=(c(T2-Cb))2(X3-Ux)2+(Y3-Uy)2+(Z3-Uz)2=(c(T3-Cb))2(X4-Ux)2+(Y4-Uy)2+(Z4-Uz)2=(c(T4-Cb))2Xi、Yi、Zi第i顆衛(wèi)星坐標Ux、Uy、Uz用戶待定坐標c為光速Ti接收機接收信號的時間長度Cb用戶接收機鐘差3GPS系統(tǒng)組成GPS定位系統(tǒng)包括三大部分：（1）地面監(jiān)控部分；（2）空間衛(wèi)星部分；3）用戶接收部分。3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)

4、組成-地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控站在GPS定位系統(tǒng)試驗階段和工作階段有所不同。試驗衛(wèi)星的地面監(jiān)控站由設在范登堡空軍基地的一個主控站、一個注入站和一個監(jiān)測站及其它地方的四個檢測部分組成。作用：監(jiān)測和控制衛(wèi)星運行，編算衛(wèi)星星歷（導航電文），保持系統(tǒng)時間。3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成-地面監(jiān)控部分1.主控站的作用主控站擁有以大型電子計算機為主體的數(shù)據(jù)收集、計算、傳播等設備，其主要作用如下：1）收集數(shù)據(jù)收集各監(jiān)測站獲得監(jiān)測的偽距和偽距差觀測值、衛(wèi)星時鐘和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、氣象、監(jiān)測站自身狀態(tài)以及參考星歷等數(shù)據(jù)。2）數(shù)據(jù)處理根據(jù)所收集

5、的前述數(shù)據(jù)計算各衛(wèi)星的星歷、時鐘改正、衛(wèi)星狀態(tài)、大氣傳播改正等，并將這些數(shù)據(jù)按一定格式編制成導航電文，并將導航電文及時傳送給注入站。3）監(jiān)測與協(xié)調(diào)主控站一方面承擔控制和協(xié)調(diào)各監(jiān)控站與注入站的工作，另一方面還要監(jiān)測整個地面監(jiān)控系統(tǒng)是否正常，檢驗注入衛(wèi)星的電文是否正確，監(jiān)控衛(wèi)星是否按預定狀態(tài)將電文發(fā)送給用戶。4）控制衛(wèi)星修正衛(wèi)星的運行軌道，調(diào)用備用衛(wèi)星去接替失效衛(wèi)星的工作。3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成-地面監(jiān)控部分2.監(jiān)控站的作用監(jiān)控站是無人值守的數(shù)據(jù)自動采集中心，其位置經(jīng)精密測定。主要設備包括1臺雙頻接收機、一臺高精

6、度原子鐘、一臺電子計算機和若干臺環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。監(jiān)控站根據(jù)其接收到的衛(wèi)星擴頻信號求出相對于其原子鐘的偽距和偽距差，檢測出所測衛(wèi)星的導航定位數(shù)據(jù)。利用環(huán)境傳感器測出當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。然后將算得的偽距、導航數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送給主控站，為主控站編算導航電文提供可靠的數(shù)據(jù)。3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成-地面監(jiān)控部分3.注入站的作用注入站是無人值守的工作站，設有3.66m拋物面天線，1臺C波段發(fā)射機和一臺電子計算機。其主要作用是將主控站需傳輸給衛(wèi)星的資料以既定的方式注入到衛(wèi)星存儲器中，供衛(wèi)星向用戶發(fā)送。地面監(jiān)控系

7、統(tǒng)的工作程序方框圖如下圖所示：3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成-空間部分1.GPS衛(wèi)星星座設計星座：21+321顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的備用衛(wèi)星。6個軌道面，平均軌道高度20200km，軌道傾角55?，周期11h58min保證在24小時，在高度角15?以上，能夠同時觀測到4至8顆衛(wèi)星3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成-空間部分1.GPS衛(wèi)星作用：發(fā)送用于導航定位的信號其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。主要設備：原子鐘（2臺銫鐘、2臺銣鐘）、信號生成與發(fā)射裝置3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成-空間部分1.GPS衛(wèi)星類型試驗衛(wèi)星：Blo

8、ckⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡBlockⅡABlockⅡRBlockⅡF（新一代的GPS衛(wèi)星）3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成-空間部分3GPS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成-空間部分第一代衛(wèi)星現(xiàn)已停止工作。第二代衛(wèi)星用于組成GPS工作衛(wèi)星星座，通常稱為GPS工作衛(wèi)星。BlockⅡA的功能比BlockⅡ大大增強，表現(xiàn)在軍事功能和數(shù)據(jù)存儲容量。BlockⅡ只能存儲供45天用的導航電文，而BlockⅡ