《衛(wèi)星導(dǎo)航》PPT課件

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1、衛(wèi)星導(dǎo)航王伶Email:lingwang@nwpu.edu.cn西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院無線通信與導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)室2014.112Overview1.全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.衛(wèi)星導(dǎo)航定位基本原理3.GPS系統(tǒng)組成4.GPS信號(hào)組成及特點(diǎn)5.信號(hào)捕獲6.信號(hào)跟蹤7.定位原理8.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其發(fā)展1全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)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(duì)航行在海洋中的船舶進(jìn)行導(dǎo)向和領(lǐng)航,后來發(fā)展到陸地車輛以及空中飛行器的領(lǐng)航,Navigation逐漸被譯成“導(dǎo)航”1全球衛(wèi)星導(dǎo)

2、航系統(tǒng)導(dǎo)航定義導(dǎo)航——確定當(dāng)前位置和目標(biāo)位置,并參照地理、環(huán)境信息修正航線、方向、速度,抵達(dá)目的地的手段定位≠導(dǎo)航定位+制導(dǎo)(參照)=導(dǎo)航定位方法有多少,導(dǎo)航方法就有多少1全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)美國(guó)GPS歐盟伽利略俄羅斯GLONASS中國(guó)北斗1全球衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航定位基本原理經(jīng)典導(dǎo)航定位D12αβ2衛(wèi)星導(dǎo)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(diǎn)2衛(wèi)星導(dǎo)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(biāo)Ux、Uy、Uz用戶待定坐標(biāo)c為光速Ti接收機(jī)接收信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度Cb用戶接收機(jī)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(yàn)階段和工作階段有所不同。試驗(yàn)衛(wèi)星的地面監(jiān)控站由設(shè)在范登堡空軍基地的一個(gè)主控站、一個(gè)注入站和一個(gè)監(jiān)測(cè)站及其它地方的四個(gè)檢測(cè)部分組成。作用:監(jiān)測(cè)和控制衛(wèi)星運(yùn)行,編算衛(wèi)星星歷(導(dǎo)航電文),保持系統(tǒng)時(shí)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(jì)算機(jī)為主體的數(shù)據(jù)收集、計(jì)算、傳播等設(shè)備,其主要作用如下:1)收集數(shù)據(jù)收集各監(jiān)測(cè)站獲得監(jiān)測(cè)的偽距和偽距差觀測(cè)值、衛(wèi)星時(shí)鐘和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、氣象、監(jiān)測(cè)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(jì)算各衛(wèi)星的星歷、時(shí)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(dǎo)航電文,并將導(dǎo)航電文及時(shí)傳送給注入站。3)監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)主控站一方面承擔(dān)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(cè)整個(gè)地面監(jiān)控系統(tǒng)是否正常,檢驗(yàn)注入衛(wèi)星的電文是否正確,監(jiān)控衛(wèi)星是否按預(yù)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(yùn)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(dòng)采集中心,其位置經(jīng)精密測(cè)定。主要設(shè)備包括1臺(tái)雙頻接收機(jī)、一臺(tái)高精

6、度原子鐘、一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)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(kuò)頻信號(hào)求出相對(duì)于其原子鐘的偽距和偽距差,檢測(cè)出所測(cè)衛(wèi)星的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)。利用環(huán)境傳感器測(cè)出當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。然后將算得的偽距、導(dǎo)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(dǎo)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(shè)有3.66m拋物面天線,1臺(tái)C波段發(fā)射機(jī)和一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。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(chǔ)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(shè)計(jì)星座:21+321顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動(dòng)的備用衛(wèi)星。6個(gè)軌道面,平均軌道高度20200km,軌道傾角55?,周期11h58min保證在24小時(shí),在高度角15?以上,能夠同時(shí)觀測(cè)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(dǎo)航定位的信號(hào)其他特殊用途,如通訊、監(jiān)測(cè)核暴等。主要設(shè)備:原子鐘(2臺(tái)銫鐘、2臺(tái)銣鐘)、信號(hào)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(yàn)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(qiáng),表現(xiàn)在軍事功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。BlockⅡ只能存儲(chǔ)供45天用的導(dǎo)航電文,而BlockⅡ

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