《卫星导航概述》PPT课件

卫星定位基本原理—系统简介
系统简介
• 美苏空间信息激烈竞争，为卫星 导航系统提供了大量的资金支持。
• 通信技术的发展为卫星信号远距 离传输提供了可能。
• 电子技术进步为卫星的控制、制 造提供了强有力的保证。
• 经济社会的需求是卫星导航系统 持续发展的源动力。
美苏争霸
卫星导航系统有三部分组成：空间 星座部分，地面控制部分，用户终 端设备。
北斗系统的发展—四大系统
北斗系统建设原则
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—北斗三步走
第一步——试验系统，实现从无到有
• 1983年提出发展建设概念。 • 1994年北斗卫星导航系统工程启动，之前历经8年理论论证。 • 2000年发射第一颗卫星。 • 2003年完成试验系统。 最终成果：
网购物流查询
公交系统
公安执勤
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—载体导航
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—工程应用
工程测量
桥梁监测
地球形变测量
北斗导航与位置服务重点实验室|
内容概要
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—四大系统
四大导航系统
北斗导航与位置服务重点实验室|
单点定位 精度：3-10米
单站差分定位 精度：5厘米以内 范围：小于15km
距离小于15km 误差精度受距离影响明显
数据处理控 制中心
网络差分定位 精度：3厘米以内 范围：100km以上
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
载波相位定位
• 测距码: C/A码码长 293m（ 0.3）~3m P码码长29.3m （

地形辅助导航系统（TANS）
有源和无源无线电导航系统
电子测距系统
伏尔（VOR）
罗兰-C
•罗兰-C 是由美国的海岸警卫队在 50 年代末研制成功的。 •导航方式跟罗兰-A 基本相同，但作用距离可以达到 1000
海里，可以用作远程导航系统。
•目前，北大西洋、北太平洋、地中海、中国沿海、美国本土
北宋 （AD.960-1127）
北宋 （AD.960-1127）
航海过程
在 James Cook（1728－1779）以前，船的安全 行驶依靠原始的导航技术，这些技术能够粗略的给 出船的位置。
在航海的过程中，船员们需要知道两条信息： 他们在地球上的经度和纬度的位置坐标，以及精确 的将坐标值映射到地图上。
惯性导航系统（INS）
惯性导航系统的结构图
捷联惯性导航单元结构图
惯性导航系统（INS）
环行激光陀螺仪
MEMS-INS
CNS-天球导航系统
CNS-天球导航系统
地形辅助导航系统（TANS）
78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44
导航历史
早在公元前3500年前，人类就有历史记载用大船装在货物
进行商业贸易的历史。这标志了人类导航艺术的诞生。 早期的
导航家都是在靠近海岸线用肉眼观察陆地标记或者大地特性来
辨别方向的。他们通常白天行驶，晚上找个平静的港口抛锚。
他们没有航海图，但他们列出了所需的方向，类似于今天的巡
航向导.
.
导航历史
和苏联（现在的俄罗斯）总共建设了 60 多个台站。
•1975 年，罗兰-C 被美国宣布为标准航海导航系统。

《北斗卫星导航系统》 ppt课件
目录 CONTENT
• 北斗卫星导航系统概述 • 北斗卫星导航系统的发展历程 • 北斗卫星导航系统的应用场景 • 北斗卫星导航系统的优势与挑战 • 北斗卫星导航系统与其他卫星导
航系统的比较 • 北斗卫星导航系统的前景展望
01
北斗卫星导航系统概述
定义与特点
定义
北斗卫星导航系统是中国自主研 发的全球卫星导航系统，通过接 收卫星信号实现定位和导航功能 。
加强安全保障工作
建立健全安全保障体系， 采取有效的技术和管理措 施保障系统的安全稳定运 行。
加强国际化推广
积极参与国际合作与交流 ，加强国际化推广，提高 北斗卫星导航系统在国际 市场的认知度和接受度。
05
北斗卫星导航系统与其他 卫星导航系统的比较
GPS系统
01
全球定位系统（GPS）是一个由美国开发的全球卫星导航系统。它提供了高精 度的定位和时间服务，广泛应用于军事、民用和商业领域。
特点
具有自主可控、覆盖范围广、定 位精度高、服务连续稳定等特点 ，可广泛应用于军事、民用等领 域。
系统组成与结构
系统组成
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。 空间段包括多颗卫星，地面段包括主控站、监测站和注入站 等设施，用户段包括各种类型的北斗终端设备。
系统结构
北斗卫星导航系统采用有源定位和无源定位两种定位方式。 有源定位是通过接收卫星信号并发送回地面站来实现定位， 无源定位则是通过接收卫星信号并解算出位置信息来实现定 位。
提高社会管理效率
北斗系统在公共安全、交通、应急救援等领域的应用，将提高社 会管理效率。
推动数字经济发展
通过与新一代信息技术的融合，北斗系统将为数字经济提供重要 支撑和驱动力。

北斗卫星导航产品 市场需求及发展研究报告
1
国智恒集团
目录
第一章 产品简介 第二章 市场需求分析
一、市场环境分析 1、国家政策 2、行业现状 3、竞争对手分析 4、自我剖析
二、用户需求分析
第三章 发展趋势研究 第四章 结束语
2 国智恒集团
北斗卫星导航产品简介
• 定义：北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独 立运行的全球卫星导航系统。与美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、 欧盟伽利略系统并称全球四大卫星导航系统。 • 功能：在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精 度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能 力。 • 建设目标：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可 靠覆盖全球的导航系统。
4 国智恒集团
市场需求分析
3、竞争对手分析
全球四大卫星导航系统比较
历史渊源
覆盖范围 卫星数量
定位精度 用户容量 用途范围
美国GPS
70年代美国军 方开发，1994 年建设完毕 全球
24颗工作，另4 颗备用
10米
无限多
军主民辅
俄罗斯Glonass
1995年投入使用，与 GPS系统原理、功能 相似 全球
产品劣势：用户采取自动式定位；用户数目有限；定位数
据及时性差；保存能力不强，体系的抗干扰性较差；定位依
靠数字舆图等。
综上，我国北斗卫星导航系统在市场竞争中仍存在一定
阻力，在今后的研发提升过程中，应加大降成本力度，规范
市场竞争秩序。
7 国智恒集团
市场需求分析
• 用户需求分析 1）对北斗的观望态度是繁荣中国卫星导航市场的最大障碍。 2）国内市场需求日益迫切：
24颗
单点定位水平16米， 垂直25米 无限多

GPS导航的特点：用户多样、速度多样、定位实时、数据 和精度多变
6.2 GPS卫星导航原理
从目前GPS导航的应用看，主要分以下几种方法：
（1）单点动态定位 它是用安设在一个运动载体上的GPS接 收机，自主地测得该运动载体的实时位置，从而描绘出运动 载体的运行轨道。所以单点动态定位又叫做绝对动态定位。
如果及时将GPS改正值发送给若干台共视卫星用户的动 态接收机，而改正后者所测得的实时位置，便叫做实时差 分动态定位。
6.2 GPS卫星导航原理
差分动态定位
6.2 GPS卫星导航原理
r r
k
k
k
k
k
k
6.2 GPS卫星导航原理
当动态用户远离基准站在1000km以内时，则有:
dkj drj
j
1k
j
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.1 基本概念：
对于任何某一具体导航过程，首先必须确定本次航行的起始 点、目的点以及航行计划路径。路径的标定一般是用一系列均 匀分布于路径上的坐标点来确定(航路点)。
，
具体过程：
在航行过程中，GPS定位系统能够实时提供给航行体位置信息 (坐标)结合计算机中存储的航行路径中各航路点位置信息，可计 算出各种可用来纠正航行偏差、指导正确航行方向的制导参数。 利用制导参数，可计算出航行体的操纵指令，再通过控制系统， 可实现航行的自动化。
30
Y 4 X u0
40
Z 1 Z u0
10
Z 2 Z u0
20
Z 3 Z u0
30
Z 4 X u0
40
1
1Байду номын сангаас
1
1
6.2 GPS卫星导航原理

卫星定位基本原理—定位原理
定位原理
得到卫星和接收机之 间的距离后如何定位？
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
平面定位原理
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卫星定位基本原理—定位原理
卫星向地面发射电磁波，以光速传播。卫星距地面高度 约为20000km。
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
导航电文
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—计算延时
计算卫星信号传播时间
t0: 卫星发出码信号 t0: 接收机同步产生相同的码信号
Δt = ？
卫星基于电路产生的伪随机码相 位对齐方式实现时间延迟量的计算。
导航是确定怎么去
导航解决怎么走的问题。规划 路径，安排时间，力求省时省力。
例如从上海瀚文小学到北京天 安门，利用卫星导航可以准确规划 出最优路径，全程约1216公里，开 车前往大概需要13小时24分。
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卫星导航定位需求—日常生活
车载导航
运动记录
无处不在的卫 星导航定位
移动商店
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
迷路是不知道自己在哪里，不能和已 知的位置建立起方位和距离的联系。
定位，解决我在哪儿的问题。
怎么定位？
指南针
地图
灯塔
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
无线电定位
手机信号定位
卫星定位
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—导航
伪随机码（ Pseudo Random Noice，PRN）：

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。
5
二、北斗导航系统开发契机
6
2.1 美军首次使用GPS
电池容量：
6050mAH， 22.38WH
接口支持：USB、支
持USB2.0线、SIM卡、 3.5mm耳机接口
照相/录像支持：像
素1300万（CMOS， Auto Focus）、闪光 灯
卫星导航支持：北
斗RNSS导航定位、 北斗RDSS报文通信、 GPS导航定位
连接支持：蓝牙4.0、
Wi-Fi、IEEE 802.11b/g/n
前面板从左到右依次为： 防护胶垫、中文名称、电源开关、指示灯面板、保密模块板、防护胶垫。 后面板结构：
后面板从左到右依次为： 防护胶垫、天线接口、串口1接口、串口2接口、电源接口、保险管、 铭牌、防护胶垫。
46
北斗天线 指挥机电源线
指挥机串口线
5.6 北斗天线及配件
北斗天线馈线
整机接线后示意图
47
多媒体支持：录音
机、照像机、摄像机、 图片浏览
个人信息助理：日
历、计算器、电子标 签
传感器支持：指南
针、距离感应、光感 应、陀螺仪
55
七、通用软件操作说明
56
7.1 北斗应用主界面
北斗导航 北斗定位 卫星状态 北斗畅聊 照相机 应用程序
注：首次使用时，应 用程序—>北斗设置— >北斗服务。在北斗服 务界面打开北斗开关，
北斗服务未激活

d r )
及
X j Xk
2
Y j Yk
2
Z j Zk
2
1
2 dr
(6-8)
应
则基准/动态接收机的钟差之差所引起的距离偏差为：
用
dr cd k d r
(6-9)
如果基准/动态接收机各观测了4颗GPS卫星，则按（6-8）列 出4个方程式，可解出4个未知数（Xk，Yk，Zk，△dr）。
便得到线性方程：
用
X A1B
（6－2）
6.2.1 单点动态定位
G
其中矩阵:
P
X X u Yu Zu T
S 测 量 原
X
1
10
X u0
X2
X u0
Y 1 Zu0
1 0
Y 1 X u0
理
20
20
Z 1 Zu0
10
Z 2 Zu0
20
1
1
及 应
X 3 X u0
30
1 c
[ij I (t)
ijT
(t)]
上述计算可见，当观测站坐标已知时，只需观测1颗卫星，即可确定未知钟差
差数；如果观测站坐标未知，则至少同步观测4颗卫星，以便在确定观测站
G
位置的同时，确定接收机钟差（如前述的实时绝对定位）。
P
单站单机测时的目的在于确定用户时钟相对GPS时的偏差，进一步根据导航
S
及 由此可得载体运行方向的速度为 应
用
vs X 2 Y2 Z 2 1 2
上述测定航速的方法，不需要新的观测量，计算
简单，测速的实质仍是定位。上述计算是在时间段
G P
t内的平均速度，如果计算过程中所取时间间隔过

1 2 3
车辆导航
卫星导航系统能够为驾驶员提供准确的路线规划 和导航服务，帮助驾驶员找到目的地并避开拥堵 路段。
公共交通调度
卫星导航系统能够为公共交通调度提供实时、高 精度的车辆位置信息，提高公共交通的运行效率 和可靠性。
智能交通管理
卫星导航系统可以与智能交通管理系统相结合， 实现交通流量的实时监测和调控，缓解交通拥堵 和提高道路安全。
科学研究
地形测绘
卫星导航系统能够为地形测绘提供高精度、大面积的空间定位服务 ，有助于提高地形测绘的准确性和效率。
地球科学研究
卫星导航系统可以用于研究地球科学领域，如地球重力场、板块运 动等，提供高精度、长时间序列的数据支持。
海洋渔业
卫星导航系统可以帮助海洋渔业实现高精度、连续的定位和导航，提 高渔业生产的效率和安全性。
更加精确和可靠的服务。
组成
伽利略系统由30颗卫星组成，其中 27颗工作卫星和3颗备份卫星。地 面段包括卫星监控站、控制中心和 地面测控网等。
特点
伽利略系统具有高精度、高可靠性 、高完好性、高连续性等优点，能 够提供米级甚至厘米级的定位精度 。
格洛纳斯系统
概述
格洛纳斯系统是由俄罗斯建设和维护 的全球卫星导航系统，旨在提供全球 覆盖的导航服务。
PART 04
卫星导航的未来发展
技术创新与升级
导航芯片小型化
随着微电子技术的进步，卫星导航芯片将进一步小型化，提高集 成度和可靠性。
信号加密与抗干扰技术
加强卫星信号的加密和抗干扰技术，提高卫星导航系统的安全性和 稳定性。
多模融合导航技术
结合卫星导航与惯性导航、地图匹配等其他导航手段，实现更高精 度的定位。
保护措施