全球卫星导航系统-第一讲a

卫星导航系统简介卫星导航系统，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少还有50年，GPS概念的提出已有三十年，真正应用只有十来年，现在GPS现代化，GPS III新阶段，延续到2020年。

GPS国际协会已统计出GPS的117种不同类型的应用。

蜂窝通信的集成和汽车应用还是当前最大的两个市场。

卫星导航系统已经在大量应用中广泛使用，而且总的发展趋势是为实时应用提供高精度服务。

中国这个要逐步扩展为全球卫星导航系统的北斗导航系统(COMPASS)，将主要用于国家经济建设，为中国的交通运输、气象、石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、公安以及其他特殊行业提供高效的导航定位服务。

建设中的中国北斗导航系统(COMPASS)空间段计划由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。

北斗卫星将逐步扩展为全球卫星导航系。

中国将陆续发射系列北斗导航卫星，逐步扩展为全球卫星导航系统。

全球定位系统(GPS)是本世纪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。

构成全球定位系统由三部分构成：(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；(2)空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；(3)用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。

全球定位系统的主要特点：(1)全天候；(2) 全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率；(5)应用广泛多功能。

全球定位系统（GPS）术语及定义全球定位系统（GPS）术语及定义【中华人民共和国国家标准GB/T 19391-2003 】2004-12-24 5:55:151范围本标准规定了全球定位系统（GPS）常用术语及定义。

本标准适用于GPS专业范围内的各种标准的制定、各类技术文件的编制，也适用于科研、教学等方面。

2通用术语2.1全球定位系统global positioning system（GPS）导航星navigation by satellite timing and ranging（NA VSTAR）一种卫星导航定位系统。

由空间段、地面控制段和用户段三部分组成.为伞球用户提供实时的三维位置、速度和时间信息。

包括主要为军用的精密定位服务（PPS）和民用的标准定位服务（SPS）。

2.2全球导航卫星系统global navigation satellite system（GLONASS）一种全球卫星导航定位系统：为全球用户提供实时的三维位置、速度和时间信息。

包括军用和民用两种服务。

2.3伽利略系统Galileo system一种民用全球卫星导航系统；2.4全球导航卫星系统global navigation satellite system（GNSS）由国际民航组织提出的概念。

GNSS的最终目标是由多种民用卫星导航系统组成，向全球民间提供服务。

并将由多国民间参与运行和控制的卫星导航系统。

GNSS也已经为国际海事组织（IMO）所接受。

欧洲的GNSS计划分为两个阶段，即GNSS-1和GNSS-2。

GNSS-1为EGNOS（欧洲地球静止轨道卫星导航重叠服务）系统，GNSS-2为Galileo（伽利略）系统。

2.5静地星/定位星系统Geostar/Locstar system一种卫星定位系统，利用两颗地球轨道静止卫星双程测距而实现定位功能，兼有简短报文通信能力。

2.6海军导航卫星系统navy navigation satellite system（NNSS）子午仪Transit是1960年由美国研制的卫星导航系统，为固定用户或低动态用户提供不连续定位信息。

——四大全球卫星导航系统概述一、GPS系统二、GLONASS系统三、伽利略系统四、北斗系统俄罗斯GLONASS中国北斗美国GPS欧盟伽利略一、全球定位系统（GPS）1、GPS的演进与发展2、系统组成3、信号结构4、导航电文5、美国的GPS政策世界上第一个成功运行卫星导航系统：美国海军导航卫星系统(NNSS)，亦称子午仪(Transit)系统。

1964年投入使用。

该系统基于多普勒频移原理实现定位，不能连续定位，且定位时间长，精度低。

70年代，与苏联军备竞赛（冷战）升级，美军需要在全球范围内连续、实时、精确导航。

GPS正是在这种背景下应运而生的。

1973年4月，美国DOD批准研究创建全球定位系统（GPS）。

美国海军是卫星导航试验的先驱◦首先从原理上改进子午仪系统，提出了用伪码测距来代替多普勒测速的构想。

海军在NOVA卫星上试验了伪码测距技术。

◦1967年、1969年和1974年相继发射了3颗中高度蒂麻森(TIMATION)卫星，用铯原子钟代替石英钟获得成功，又于1977年发射了两颗导航技术卫星NTS-2和NTS-3(GPS系统的第一颗卫星)。

◦GPS系统时的标准是美国海军天文台的铯原子频标组。

❝第一阶段：可行性研究（1973-1978）◦利用安装在地面的信号发射器代替卫星，通过大量实验证实GPS接收机能够精确定位；◦并发射GPS试验卫星。

❝第二阶段：系统试验研究，部分可用（1979-1984）◦特许用户获得全球二维定位功能。

❝第三阶段：应用研究，密集发射，全球可用（1985-1995）◦建成完整星座；◦全球民用免费；◦进入全面运行能力（FOC，Full Operational Capability ）状态。

❝BLOCK I ❝BLOCK II ❝BLOCK IIAGPS设计有两种工作能力：◦初始工作能力(IOC, Initial operating capability)和军用完全工作能力(FOC, Final Operating Capability)。

全球定位系统Global Positioning System，通常简称GPS全球定位系统(GlobalPositioningSystem，通常简称GPS)是美国国防部研制的一种全天候的，空间基准的导航系统，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续地精确地确定三位位置和三位运动及时间的需要。

它是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。

全球卫星定位系统(GloblePositioningSystem)是一种结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距。

全球卫星定位系统(简称GPS)是美国从上世纪70年代开始研制,历时20余年,耗资200亿美元,于1994年全面建成。

具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

经过近十年我国测绘等部门的使用表明,全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科,取得了好的经济效益和社会效益。

现有的卫星导航定位系统有美国的全球卫星定位系统(GPS)和俄罗斯的全球卫星定位系统(GlobleNaviga2tionSatelliteSystem),简称GLONASS，以及中国北斗星，欧洲伽利略。

编辑本段美国的GPS系统GPS全球卫星定位系统由三部分组成:空间部分-GPS星座;地面控制部分-地面监控系统;用户设备部分-GPS信号接收机。

1.空间部分GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成,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°。

此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。

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,并能保持良好定位解算精度的几何图象。

这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

GPS卫星产生两组电码,一组称为C/A码(Coarse/AcquisitionCode11023MHz);一组称为P码(ProciseCode10123MHz),P码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。

GLONASS系统概述全球轨道导航卫星系统（Global Orbiting Navigation Satellite System，Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema, GLONASS）是前苏联为满足授时、海陆空定位与导航、大地测量与制图、生态监测研究等建立的，1978年开始研制，1982年10月开始发射导航卫星。

自1982年至1987年，共发射了27颗GLONASS试验卫星。

于1996年初投入运行使用。

GLONASS提供两种导航信号：标准精密导航信号（SP）和高精密导航信号（HP）。

SP 定位与授时服务适用所有GLONASS 的国内用户。

其水平定位精度为57-70米（99.7%置信），垂直定位精度为70米(99.7%置信)，速度矢量测量精度15 cm/s (99.7%置信），时间测量精度在1 mks (99.7%置信)。

1构建GLONASS的目的①航空、航海交通安全与管理；②大地测量与制图；③地面交通运输实时监控；④移动目标的异地时间同步；⑤生态监测、野外搜寻与救生。

2 GLONASS系统的组成同GPS一样，GLONASS定位系统也由三个部分组成（参见图6.1），即（1）GLONASS卫星（空间部分）；（2）地面监控系统（地面监控部分）；和（3）GLONASS接收机（用户部分）。

图1 GLONASS系统组成2.1GLONASS卫星及其星座GLONASS 由24 卫星组成。

它们分布在3个轨道上，每个轨道有8颗卫星，轨道上卫星间距45度（图6.2、表6.1）。

●轨道平均高度：19100 km●轨道倾角为64.8●卫星运行周期：11 时15分GLONASS上述空间配置，保证地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测5颗卫星。

图2 GLONASS 卫星星座表1 GLONASS系统参数1982年10月，第一代Glonass卫星首次由质子号运载一箭三星发射入轨，卫星采用三轴稳定体制，整量质量1400kg，卫星寿命5年（图6.3）。

GPS测量原理及应用考试重点第一讲：现有的全球卫星导航系统包括哪些？GPS卫星导航系统/GLONASS全球卫星导航系统/伽利略GNSS系统/compass导航定位系统GPS全球定位系统的组成？3部分：空间部分-GPS卫星星座；地面控制部分-地面监控系统；用户设备部分-GPS信号接收机。

GPS全球定位系统的三大主要功能？定位、授时、测速。

GPS应用军事上的应用：协同作战方面：GPS可为各级指挥系统提供各种目标及事件所发生的时间和地点；导弹的制导，提高命中目标的精度；搜索、救援人员野外定位。

海陆空的导航应用：海洋运输，利用GPS提供的位置信息，选择最佳路径，节省时间，燃料，并保障安全；陆地车辆导航。

定位：大地测量和工程测量的应用。

授时：电力系统的并网发电。

其他：农业、气象（预报）、休闲等，例如精细农业。

第二讲：坐标系统和时间系统描述卫星和地面观测站的空间位置，应分别采用何种坐标系？原因是什么？1，描述卫星的位置——天球坐标系2，描述地球上的点的位置——地球坐标系3，原因：P16GPS系统使用的是哪种坐标系统？WGS-84坐标系统P22目前使用的时间系统有哪些主要分类？恒星时和太阳时：地球的周期性自转。

历书时：地球的周期性公转。

原子时：原子核外电子能级跃迁时辐射的电磁波的频率。

P28恒星时：选取春分点作为参考点，用它的周日视运动周期来描述时间的时间计量系统。

太阳时：选取太阳作为参考点，用它的周日视运动周期来描述时间的时间计量系统。

平太阳时：以平太阳的周日视运动为基础建立的时间系统。

第三讲：卫星运动基础及GPS卫星星历卫星的受摄运动与无摄运动：P32~36二体问题：P32二体问题：将地球和卫星视为两个质点，仅考虑地球质心引力研究卫星运动规律。

6个积分常数：a---为开普勒椭圆的长半径；e s ─轨道椭圆的偏心率；i ─轨道倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角；Ω─升交点赤经，即在地球赤道平面上升交点与春分点之间的地心夹角，它是卫星由南向北运行时，其轨道通过赤道面的交点； s ─近地点角距，即在轨道平面上升交点与近地点之间的地心角距；f s ─卫星的真近点角，即在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。

GNSS技术介绍第一部分、GNSS导航系统1.1 GPS系统（美国的全球卫星定位系统）1、GPS系统的组成①空间部分——GPS卫星星座GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，运行周期11小时58分钟（对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星），轨道面数6个，位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可以见到11颗（接收机看到超过11颗的有可能是接受到日本的SBAS卫星）②地面控制部分——地面监控系统GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注人站和五个监测站。

主控站设在美国本上科罗拉多，三个注人站分别设在大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰，五个监测站除了位于主控站和三个注人站之处的四个站以外，还在夏威夷设立了一个监测站。

（都由美国政府和军方控制，主要是为了控制卫星和给卫星提供播发星历等）。

③用户设备部分——GPS信号接收机接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。

GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

2、GPS信号的组成（码分多址技术）GPS卫星发送的导航定位信号一般包括载波、测距码和数据码（或称D码）三类信号。

GPS卫星广播L1和L2两种频率的信号，其中L1信号载波频率为1575.42MHz，并调制了P/Y 码、C/A码和数据码（或称D码）；L2信号载波频率为1227.60 MHz，测距码仅调制了P/Y 码，其中P/Y码为军用码，C/A码为民用码。

GPS导航电文（D码）是包含有关卫星星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航数据码。

导航电文是利用GPS进行定位的基础。

GPS信号现代化：系统计划新增4个信号，L2和L5新增2个民用信号（就是某些接收机上标注的L2C和L5），在L1和L2上新增2个军用信号。

3、坐标系统与时间系统时间体统采用的是UTC时间，整个地球分为二十四时区，每个时区都有自己的本地时间。

全球卫星导航系统概述介绍：全球导航卫星系统（GNSS），也称为全球导航卫星系统，是一种空间无线电导航和定位系统，为用户提供地球上任何位置或近地空间的全天候3D坐标，速度和时间信息。

它是一个虚拟概念，通常代表在太空轨道上运行的所有卫星导航系统的总称，并且没有统一的规划标准。

全球卫星导航系统目前包括GPS全球卫星导航，北斗卫星导航，GLONASS卫星导航和伽利略卫星导航系统以及其他导航系统。

其中，美国GPS系统（Global Positioning System）是全世界最早部署实施的卫星导航系统，也是目前世界领先的卫星导航系统。

现在，日本的QZSS准天顶卫星系统，印度的IRNSS区域导航卫星系统和其他区域导航系统也已经开始建立。

北斗卫星导航系统和GLONASS现在在亚洲开放民用的使用权，尤其是北斗卫星系统，在民用领域的应用发展速度越发加快。

卫星导航系统广泛用于航空，导航，通信，人员跟踪，消费娱乐，测绘，定时，车辆监控和管理，车辆导航和信息服务。

其发展趋势是为用户的实时应用提供高精度的服务。

卫星导航定位已成为衡量综合国力和世界科技发展水平的重要指标之一。

借助卫星导航技术，人类可以进一步了解和改造世界。

只有大力发展北斗卫星导航系统，才可以完成中国大国崛起的目的，确保实现中华民族的伟大复兴。

GPS导航系统：GPS导航系统是美国陆军，海军和空军在20世纪70年代联合开发的卫星导航系统。

经过20多年的研究和实验，花费了300亿美元。

早在1994年3月就已经基本形成了以24颗GPS卫星，全球覆盖率达98％的标准。

该空间由18颗卫星和3颗主动备用卫星组成，均匀分布在距离地面20200km的6个轨道平面上。

它可以在世界任何地方实现，可以随时同时观察4颗以上的卫星。

其地面控制系统由监测站，主站和地面天线组成。

主控制站位于美国科罗拉多州的斯普林菲尔德。

它收集卫星传输信息并计算卫星日历，相对距离和大气校正数据。

用户设备包括捕获和跟踪卫星的操作，测量伪距的变化率和接收天线与卫星的距离。

第一讲GNSS定位的基本原理GNSS（全球导航卫星系统）定位是一种基于卫星信号的定位技术，通过接收来自多颗卫星的信号，计算出接收器的位置、速度和时间等信息。

本文将介绍GNSS定位的基本原理。

GNSS定位系统由多颗卫星组成，包括全球定位系统（GPS）和伽利略卫星导航系统等。

这些卫星分布在不同的轨道上，提供全球范围的覆盖。

GNSS定位系统通过接收来自多颗卫星的信号，并计算信号的传播时间和位置，从而确定接收器的位置。

GNSS定位的基本原理包括以下几个方面：1.三角测量原理：GNSS定位利用了三角测量原理，即通过测量多颗卫星信号的传播时间差来确定接收器的位置。

当接收器接收到至少四颗卫星的信号时，可以通过计算信号传播时间差来确定接收器的三维位置。

这是因为信号在空间中以光速传播，因此信号的传播时间差可以转化为距离差，从而确定位置。

2.卫星轨道精确测量：GNSS定位系统需要准确地测量卫星的轨道参数，包括卫星位置、速度和时间等。

这些参数通过卫星导航系统中的精密测量设备和测量技术来获取。

定位系统通过接收卫星信号，并计算信号传播时间差和轨道参数来确定接收器的位置。

3.信号传播延迟校正：卫星信号在传播过程中会遇到大气和电离层等影响，导致信号传播时间的延迟。

为了准确确定接收器的位置，GNSS定位系统需要进行信号传播延迟的校正。

这通过接收多颗卫星的信号，并使用大气和电离层模型来估计和校正信号传播延迟。

4. 定位解算算法：GNSS定位系统通过使用数学模型和计算算法来确定接收器的位置。

常用的算法包括最小二乘法和Kalman滤波算法等。

这些算法通过计算多颗卫星信号的传播时间差、轨道参数和信号传播延迟来解算接收器的位置。

总之，GNSS定位是一种基于卫星信号的定位技术，通过接收多颗卫星的信号，并计算信号的传播时间差、轨道参数和信号传播延迟等信息，来确定接收器的位置。

这种定位技术在交通导航、军事应用、地质勘探和航空航天等领域具有广泛的应用前景。