李玉柏卫星导航与定位001-概述(第五版)学习资料
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李玉柏卫星导航与定位概述(第五版)描述页数:64
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《卫星导航概述》课件
05
卫星导航的未来发展
高精度定位技术
总结词
高精度定位技术是卫星导航领域的重要发展方向，通过提高定位精度，能够更好 地满足各种应用需求。
详细描述
随着技术的不断进步，卫星导航系统的高精度定位技术将得到进一步发展。通过 采用更先进的信号处理技术和算法，可以降低误差和提高定位精度，从而更好地 满足各种应用需求，如智能交通、无人机、农业等领域的精细化管理。
多模融合导航技术
总结词
多模融合导航技术是未来卫星导航发展的重要趋势，通过融合不同导航模式，能够提高导航系统的可靠性和可用 性。
详细描述
随着卫星导航技术的发展，多模融合导航技术成为重要趋势。通过融合卫星导航、惯性导航、地面增强等多种导 航模式，可以相互补充和校验，提高导航系统的可靠性和可用性。这种技术将有助于解决复杂环境下的导航问题， 如城市峡谷、高楼林立等区域。
IRNSS的优点包括自主可控、 提高国家安全和战略地位，以 及促进印度空间技术的发展。
IRNSS的缺点包括建设周期长 、技术难度大，以及与其他全 球卫星导航系统的兼容性问题
。
欧洲伽利略系统
欧洲伽利略系统（Galileo）是由欧盟自主建立的全球 卫星导航系统。
输标02入题
该系统由30颗卫星组成，旨在为全球用户提供高精度、 可靠和安全的定位、导航和授时服务。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
位置计算
根据多颗卫星的信号测量 结果，使用三角测量法计 算接收机的三维位置和时 间。
02
全球卫星导航系统
GPS系统
概述
GPS系统是由美国建设和维护的全球卫星导航系统，提供全球覆盖的高精度定位和时间服 务。
组成
GPS系统由空间段、控制段和用户段三部分组成。空间段包括多颗卫星，控制段包括地面 监控站和数据中心，用户段包括GPS接收机和数据处理软件。
李玉柏卫星导航与定位003卫星运动第五版PPT课件
卫星导航与定位
真近点角 fs的计算
• 平近点角Ms 是一个假设量，在轨道力学中是轨 道上的物体在辅助圆上相对于中心点的运行角度， 在测量上不同于其他的近点角，平近点角与时间 的关系是线性的。
• 当卫星运动的平均角速度为n有平近点角计算： Ms = n ( t - t0 ) … t 为观测卫星时刻
其中t0为卫星过近地点的时刻。 • 偏近点角 Es 是在轨道上的位置投影在垂直于半
– Sspz : Ssmz = b : a
-
25
卫星导航与定位
真近点角 fs的计算
• 平近点角M s 与偏近点 角 E s 的关系：
Scmz = Scms+Ssmz = Scms+Scyz
=>
Es = Ms + esinEs
课堂练习 — 证明上式
-
26
卫星导航与定位
第一：平近点角与偏近点角间关系
➢ 轨道倾角i ；
➢ 长半径a ；
➢ 偏心率e ；
➢ 近地点角距ω ；
➢ 卫星过近地点的时刻t0 。
-
17
卫星导航与定位
2）卫星轨道重要的点与面
• 赤道面 • 卫星轨道面
-
18
卫星导航与定位
卫星轨道重要的点与面
• 近地点与远地点 • 升交点与降交点
卫星轨道与赤道平
面有2个交点。当卫 星从赤道平面以下
长轴的外接园上，并从椭圆的中心量度和近地点 方向之间的角度。
-
24
卫星导航与定位
真近点角 fs的计算
• 点y 被定义是：在圆上 的扇形区域z-c-y的面积 与椭圆上的扇形区域z-sp面积比，等同椭圆半长 轴与半短轴的比。
李玉柏卫星导航与定位004-卫星导航信号和电文(第五版)
卫星导航与定位
GPS卫星信号结构
• 载波频率选择的因素 – 所选择的频率有利于测定多普勒频移； – 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折 射影响； – 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折 射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）。
卫星导航与定位
现代化后的载波信号频谱
卫星导航与定位
3）卫星信号的调制
947 948 950
1134 1456 1713
卫星导航与定位
4、GPS卫星的导航电文D(t)（数据码）
1）导航电文及其格式
– 导航电文是包含有关卫星的星历、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码等导航信 息的数据码（或D(t)）。 – 50bps的导航数据D(t) 先模2和到P(Y)和C/A码 上，生成的比特序列，再调制L1和L2载波。 • 对一个给定的卫星，P(Y)和C/A码在L1及L2 上所用的都是同一个导航数据序列D(t)。
Receiver PRN
卫星导航与定位
2）P码的产生
• P码产生的原理与C/A码相似，但更复杂。发生 电路采用的是两组各由24级反馈移位寄存器产 生的截短码。 – 码长： NP 2.31014 比特； – 码元宽：TP 1/10.23M 0.0977752us ， 相应的距离为29.3m。 – 周期为： ， T NP TP 267天（38周） – 数码率为：10.23Mbit/s。
卫星导航与定位
P码的产生
• P码的周期长，267天重复一次，实际应用时P码 的周期被分成38部分，每一部分为7天，其中1部 分闲置，5部分给地面监控站使用，32部分分配给 不同卫星，每颗卫星使用P码的不同部分，都具 有相同的码长和周期，但结构不同。 • P码的捕获一般先捕获C/A码，再根据导航电文信 息，捕获P码。 • P码的码元宽度为C/A码的1/10，码元对齐精度约 为码元宽度的1/10，则相应的距离误差为2.9m， 故P码称为精码。
李玉柏卫星导航与定位008-卫星导航信号的跟踪(第五版)
( s) H e ( s) s 2 s 2 2n s n 2
lim (t ) lim s ( s)
t
lim s s 2n s n
2 s 0
s 0
2
0
与一阶锁相环相比，二阶锁相环频率调制信号 的稳态误差为零，即二阶环路能够用频率调制 信号，并能使相位比较器最终回到零点； GPS接收机中的传统锁相环一般都是二阶的。
卫星导航与定位
概述
• 跟踪GPS信号需要两个环路： – 用来跟踪载波频率，叫做载波环路； – 用来跟踪C/A码，称为码元环路。 • 如果GPS接收机是静态固定的，卫星运动产生 的频率变化是非常缓慢的。这种情况下，本地 信号的频率变化也是非常缓慢的，因此，跟踪 环的更新率就非常低。
卫星导航与定位
2、锁相环的基本理论
1 C R1 , 2 C R2
2 2 Ts C1 , 其中： 2 1 C2
1
Ts
卫星导航与定位
连续系统到离散系统的转换
• 这个滤波器如下图所示：
课堂练习： 请推导离散z 域一阶滤波器的表达式。
卫星导航与定位
连续系统到离散系统的转换
• 数字鉴相器一般直接使用乘法器：
卫星导航与定位
码环跟踪原理
• 本地码的发生与相关器输出：
卫星导航与定位
载波和码元跟踪
• 本地码的发生与相关器输出：
卫星导航与定位
DLL码环跟踪原理
• DLL跟踪环利用E码和L码的差值进行本地CA时钟 控制，确保CA的跟踪，典型电路为:
卫星导航与定位
DLL码环跟踪原理
• 考虑载波影响，工程上采用改进的DLL码跟踪环。 GPS中频导航信号首先与本地载波的同相及正交 信号相乘，如果载波跟踪环完成载波跟踪，本地 载波就与接收的中频信号的频率同步，那么相乘 后的信号将剥离载波成分。 – 将本地产生的超前码E、即时码P和滞后码L分 别与接收信号相关累加，分别得到I路和Q路相 关结果。 – 利用6个相关结果进行码跟踪环的鉴相，鉴相输 出进行控制本地码发生时钟和相位控制，实现 码跟踪环工作。
GPS001
GPS的发展简史——实用组网阶段 • 1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成 功。 • 1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用 于实战。 • 1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座 已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 • 1995年7月17日，GPS达到FOC – 完全运行 能力（Full Operational Capability）。
GPS原理及其应用
绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > 常规（地面）定位方法的局限性
常规定位方法的局限性
• 需要事先布设大量的地面控制点/地面站 • 无法同时精确确定点的三维坐标 • 观测受气候、环境条件限制 • 观测点之间需要保证通视
– 需要修建觇标/架设高大的天线 – 边长受到限制 – 观测难度大 – 效率低：无用的中间过渡点
• 受系统误差影响大，如地球旁折光 • 难以确定地心坐标
GPS原理及其应用
(一)
GPS原理及其应用
第一章 绪 论
§1.1 全球定位系统的产生、发展及前景 §1.2 GPS在各个领域中的应用
GPS原理及其应用
§1.1 全球定位系统的产生、发展及前景
GPS原理及其应用
绪论 > 全球定位系统的产生、发展及前景 > 什么是全球定位系统
GPS原理及其应用
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
P26
其它卫星导航定位系统——Galileo
G ALILEO DATA
altitude ~23616 km SM A 29993.707 km
Walker 27/3/1 Constellation
inclination 56 degrees
李玉柏卫星导航与定位007-卫星导航信号的捕获(第五版)
卫星导航与定位
1、GPS接收机基本框架
• GPS接收机包括天线、射频接收处理通道、自适 应量化的高速ADC、数字基带处理几个部分。其 中，GPS数字处理完成导航定位信号的基带处理 和定位应用处理。 • 导航信号的基带处理包括导航信号捕获、跟踪、 伪导航信号拾取和解码，以及伪距测量等。 • 定位基带处理包括定位解算、位置信息滤波、信 息格式处理，以及后端应用核解决方案的底层软 件开发等，通常由SOC处理器完成。
卫星导航信号的捕获原理
• 一旦捕获到GPS信号，立刻去测量两个重要参 数： C/A码的起始点和载波频率（因为多普勒频 移而变化）。捕获过程就是要找到C/A码的起始 点，并利用找到的起始点展开C/A码频谱，一旦 复现了C/A码的频谱， 输出信号将变成连续波 CW-Continuous Wave。
输入信号 导航数据
卫星导航与定位
4）载波同步与多普勒频率窗
• 移动通信存在多普勒频率，在接受需要进行载波 捕获与同步，GPS导航信号处理也不例外。 • 载波捕获的方法有两种： – 按一定步长Δf 搜索；或者FFT计算； • 按步长Δf 搜索捕获时，在频率fi 载有超过门限 的相关峰，即接收的导航信号载频为： f : f i f / 2 • 步长Δf 决定了搜索时间，它取决于相关器相关 积分的时间长度，是很重要的参数，称为多普勒 频率窗（大小）。
• GPS卫星绕地球旋转一周的时间是11h58min 2.05s， 从卫星轨道的近似半径可以求得卫星的 角速度dθ/dt和运动速度vs：
d 2 1.458 10 4 rad / s dt 11 3600 58 60 2.05
rs d vs 26560 km 1.458 10 4 3874 m / s dt
李玉柏卫星导航与定位006- GPS定位误差分析(第五版)
天顶方向
Z 中心电离层
– 广泛地用于GPS导航 定位中，GPS卫星的 导航电文中播发其模 型参数供用户使用。
约 350km
电离层穿刺点 IP
地球
卫星导航与定位
Klobuchar模型
• 具体模型表达式：
信号的电离层穿刺点处天顶方向的电离层时延
Tiono
TZ
[5 109
AMP cos
2
PER
(t
卫星导航与定位
消除或消弱各种误差影响的方法
• 回避法
– 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的 环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设 备，消除或减弱误差的影响
– 适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解； 具有特殊的设备。
– 所针对的误差源 • 电磁波干扰 • 多路径效应
卫星导航与定位
即两者的频率差f
为
s
fs
fs
f
Vs 2 2c2
f
结论：在狭义相对论 效应作用下，卫星上 钟的频率将变慢！
考虑到GPS卫星的平均运动速度Vs 3874 m s和真空中的光速
c 299792458 m s，则fs 0.8351010 f
卫星导航与定位
相对论效应
• 广义相对论：将相对论与引力论进行了统一。 – 原理：钟的频率与其所处的重力位有关 – 对GPS卫星钟的影响：
卫星导航与定位
第六讲：GPS定位误差分析
——各种误差源及其修正方法
卫星导航与定位
第6章：GPS定位误差分析
§6.1 GPS定位中的误差源概述 §6.2 时钟误差 §6.3 相对论效应 §6.4 电离层延迟 §6.5 对流层延迟 §6.6 多路径误差 §6.7 其他误差改正
测绘技术中的卫星定位和导航原理详解
测绘技术中的卫星定位和导航原理详解导语：随着科技的不断进步，卫星定位和导航技术已经成为现代测绘技术中不可或缺的重要组成部分。
本文将为您详细解析卫星定位和导航原理，带您深入了解这一领域。
一、定位原理卫星定位技术是通过卫星系统将用户位置与时间信息传输给接收站，实现对用户准确位置的判断。
目前应用最广泛的定位系统是全球定位系统（GPS）。
1. GPS系统构成GPS系统主要由三个部分组成：卫星系统、控制段和用户段。
卫星系统是整个GPS系统的核心，由若干颗运行在轨道上的人造卫星组成。
这些卫星分布在不同的轨道上，围绕地球运行，发射微弱的无线电信号。
控制段由位于地面的GPS控制站组成，主要负责维护卫星的轨道参数、时间同步和信号传输。
用户段是通过接收卫星发射的信号，计算接收站的位置和时间的设备。
2. GPS信号传输和接收GPS系统通过无线电信号传输卫星的位置和时间信息。
当接收到卫星发射的信号后，接收机会对信号进行解码和计算，从而确定接收机的位置。
GPS信号包含了卫星的轨道参数、时间信息以及卫星钟差等相关数据。
接收机通过解码信号中的数据，计算出卫星与接收机之间的距离。
通过接收多颗卫星的信号，接收机可以确定自身的位置。
二、导航原理卫星导航是指利用卫星系统为用户提供导航、定位和对时等服务。
除了GPS系统，俄罗斯的格洛纳斯系统、中国的北斗系统等也是常见的导航系统。
1. 导航系统分类导航系统按照导航的方式可以分为主动导航系统和被动导航系统。
主动导航系统是通过用户主动选择目标位置，系统为用户提供导航信息，如道路导航、航行导航等。
被动导航系统是用户被动接收导航信息，如自动驾驶车辆中的导航系统，通过接收卫星信号定位车辆位置，提供自动导航服务。
2. 导航系统工作原理导航系统通过接收卫星发射的信号，计算出接收机的位置。
根据接收机当前位置和目标位置之间的距离以及方向信息，导航系统可以提供导航和定位服务。
导航系统通过接收多颗卫星的信号，并利用三角定位原理计算出用户的位置。
李玉柏卫星导航与定位005- GPS定位算法(第五版)
– 绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定 观测站相对地球质心的位置。
– 相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面 某一参考点之间的相对位置。
卫星导航与定位
GPS卫星导航定位方法
相对定位的类型
• 静态定位 – 普通静态定位 – 快速静态定位：Go and Stop；快速确定整周未 知数
卫星导航与定位
确定用户位置的基本方程
• 假设用户位置在协议地球坐标系中的坐标（x, y, z），三颗卫星的位置为 (xi , yi , zi ), i 1, 2,3。
1 (x1 xu )2 ( y1 yu )2 (z1 zu )2 2 (x2 xu )2 ( y2 yu )2 (z2 zu )2 3 (x3 xu )2 ( y3 yu )2 (z3 zu )2
➢上述两类观测对GPS设备要求较高。
卫星导航与定位
2.2 GPS基本观测量的观测精度
1）测距码伪距精度： – 测距码伪距测量原理：接收机在接收卫星传 送来的测距码时，本地产生完全相同的PRN 码，通过延时器使码对齐并确定测距码在空 间传播的时间，进而可确定伪距。 – C/A码、P码的码元宽分别为：0.98μs和 0.098μs ，等效距离分别为293m和29.3m， 现代技术进行码对齐的误差为码元宽度的 1/10，因而两种测距码伪距的观测误差最大 分别为29m和2.9m。
• 达到时间差是传感 器与目标之间的实 际距离差，决定了 目标在以两个传感 器为焦点，且距离 差恒为Δd的双曲 线上。
卫星导航与定位
双曲线定位基本原理
• 多个传感器的TDOA可以计算目标位置：
(x x2 )2 ( y y2 )2 (z z2 )2 (x x1)2 ( y y1)2 (z z1)2 r2 r1 Ct21
– 相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面 某一参考点之间的相对位置。
卫星导航与定位
GPS卫星导航定位方法
相对定位的类型
• 静态定位 – 普通静态定位 – 快速静态定位：Go and Stop；快速确定整周未 知数
卫星导航与定位
确定用户位置的基本方程
• 假设用户位置在协议地球坐标系中的坐标（x, y, z），三颗卫星的位置为 (xi , yi , zi ), i 1, 2,3。
1 (x1 xu )2 ( y1 yu )2 (z1 zu )2 2 (x2 xu )2 ( y2 yu )2 (z2 zu )2 3 (x3 xu )2 ( y3 yu )2 (z3 zu )2
➢上述两类观测对GPS设备要求较高。
卫星导航与定位
2.2 GPS基本观测量的观测精度
1）测距码伪距精度： – 测距码伪距测量原理：接收机在接收卫星传 送来的测距码时，本地产生完全相同的PRN 码，通过延时器使码对齐并确定测距码在空 间传播的时间，进而可确定伪距。 – C/A码、P码的码元宽分别为：0.98μs和 0.098μs ，等效距离分别为293m和29.3m， 现代技术进行码对齐的误差为码元宽度的 1/10，因而两种测距码伪距的观测误差最大 分别为29m和2.9m。
• 达到时间差是传感 器与目标之间的实 际距离差，决定了 目标在以两个传感 器为焦点，且距离 差恒为Δd的双曲 线上。
卫星导航与定位
双曲线定位基本原理
• 多个传感器的TDOA可以计算目标位置：
(x x2 )2 ( y y2 )2 (z z2 )2 (x x1)2 ( y y1)2 (z z1)2 r2 r1 Ct21
李玉柏卫星导航与定位001-概述(第五版)
卫星导航与定位
课程说明
• 让我们开始吧。。。。
卫星导航与定位
第一讲：卫星导航与定位概述 —基本概念
卫星导航与定位
第一章：卫星导航技术概述
§1.1 定位与授时的基本概念 §1.2 GPS的诞生与发展 §1.3 GPS在各个领域中的应用 §1.4 美国政府的GPS政策
§1.5 其它卫星导航定位系统
卫星导航与定位
卫星导航原理与应用 H0104630
主讲人：李玉柏 ybli@
卫星导航与定位
课程说明
• 课程名称：卫星导航原理与应用 • 课程编号：3
• 课程性质：专业选修课 • 课程主要参考书（教材） – 《GPS软件接收机基础 (第2版) 》(美)IAMES BAO-YEN TSUI著，陈军等译，电子工业出版 社，2008年7月
卫星导航与定位
GPS的发展—方案论证阶段
• 1973年12月，美国国防部批准研制GPS。 • 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。 • 从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制 了地面接收机及建立地面跟踪网。
卫星导航与定位
GPS的发展—全面研制和试验阶段
• 从1979年到1987年，又陆续发射了7颗试验卫星， 研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精 度远远超过设计标准。
卫星导航与定位
课程说明
• 课程主要参考资料：
1）《GPS原理与应用（第2版）》， (美) Elliott D. Kaplan著，译者寇艳红， 电子工业出版社，2007年 07月； 2）《全球定位系统--信号、测量与性能(第2版)》， (美) Pratap Misra，Per Enge著，电子工业出版社， 2008 年4月； 3）《GPS基本原理及其MATLAB仿真》，杨俊等著， 西安电子科技大学出版社，2006年8月。 4）《卫星导航原理与应用》，袁建平等编著，中国宇 航出版社出版，2004年9月；
卫星定位理论与方法第1次课共81页文档
卫星定位理论与方法第1次课
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。Biblioteka ▪谢谢！81
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。Biblioteka ▪谢谢！81
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
卫星定位与导航系统
fd t f f ) d t t r (
t 11
t 2 2
t 2 2
t 11 t
f d t
t 2 2
t 11 r
fd t ,
另 一 方 面 ， N d
t 2 2
t 11
fd dt
V r r r 2 1 f d t f t t t 11 c c
t 2 2
18
7.4 低轨卫星导航技术 续3
考虑到接收机的本振频率不等于卫星发射频 率，上述等式可稍作修改，经整理可得以积 分多普勒测量值为观测量的定位观测方程
r1 ( , ) l N1 l F (t2 t1 ) r2 ( , ) l N 2 l F (t4 t3 ) r ( , ) N F (t t ) l 3 l 6 5 3
7.3 卫星定位的基础原理
卫星定位的必要条件
卫星在坐标系内的精确位置 用户相对于卫星的某种观测值
定位方法，根据观测值的不同可以分为
测距定位 测速定位 测角定位
观测量包括距离差、距离和、频率、频率差、 相位等
13
7.3 卫星定位的基础原理 续1
定位参量与位置面
测距定位：球面交汇定位
25
7.5 双静止卫星导航系统 续4
主要误差因素
卫星和地面中心的位置误差 电波传播误差，包括电波在大气中传播产生的误差 及设备延时误差 测量误差，包括距离测量误差、高程误差、钟误差 等。距离测量误差主要取决于伪码锁定环路的跟踪 误差。高度误差主要取决于数字地图的精度或测高 仪器的精度 定位滞后误差
8
7.2 卫星导航技术基础 续1
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Space Interface Control Document (OS SIS ICD) Draft 0 4）GNSS—GLONASS INTERFACE CONTROL DOCUMENT Navigational radiosignal In bands L1, L2
卫星导航与定位
课程说明
• 基本要求 • 上课时间：参见课表
卫星导航与定位
传统授时技术
• 长安八景之一—晨钟暮鼓； （就像下课铃声那么重要）
• 航海的重要标记—落球报时； （就像灯塔一样重要）
• 无线电授时——短波授时台（BPM） 长波授时台（BPL）
• 网络授时；
卫星导航与定位
定位与授时技术的发展
• 随着技术发展，人们对定位精度和授时精度要 求越来越高；
卫星导航与定位
2）同样授时技术是国民经济发展的重要技术
• 军事用途，小到武器控制、大到指挥系统
• 现代金融行业，无论银行或证券交易所，其业务 操作都涉及严格的时间同步和频率同步
• 电力系统的电压、电流、相角、功角变化，都 是时间的函数。电网安全稳定运行离不开严格 的时间同步
• 移动通信需要严格的时间同步，一方面是计费需 要；另一方面是基站时间频率同步有严格要求， 以防止不同步引起的频差滑码、软切换指令不匹 配、通话连接不能建立等问题
基于地基定位方法的局限性
• 需要事先布设大量的地面控制点/地面站 • 无法同时精确确定点的三维坐标 • 观测受气候、环境条件限制 • 观测点之间需要保证通视
– 需要修建觇标/架设高大天线 – 边长受到限制 – 观测难度大 – 效率低：无用的中间过渡点
• 受系统误差影响大，如地球旁折光 • 难以确定地心坐标
3）《GPS基本原理及其MATLAB仿真》，杨俊等著， 西安电子科技大学出版社，2006年8月。
4）《卫星导航原理与应用》，袁建平等编著，中国宇 航出版社出版，2004年9月；
卫星导航与定位
课程说明
• 主要的学生阅读资料：
1）ICD-GPS-200C 2）ICD-GPS-705__02_Dec__Rev_2 3）GNSS—Galileo Open Service Signal In
卫星导航与定位
课程说明
• 课程教学主要知识点： – 第一讲 GPS卫星导航技术概述： • 定位与授时的基本概念； • 主要介绍GPS卫星导航系统、发展史以及在各 个领域中的应用。 – 第二讲 GPS定位的坐标系统与时间系统 – 第三讲 GPS卫星星座中卫星的运动知识 • 重点介绍卫星轨道知识； • 卫星位置速度计算。
卫星导航与定位
课程说明
• 让我们开始吧。。。。
卫星导航与定位
第一讲：卫星导航与定位概述 —基本概念
卫星导航与定位
第一章：卫星导航技术概述
§1.1 定位与授时的基本概念 §1.2 GPS的诞生与发展 §1.3 GPS在各个领域中的应用 §1.4 美国政府的GPS政策 §1.5 其它卫星导航定位系统
卫星导航与定位
1、定位与授时的基本概念
1）定位技术是国民经济发展的重要技术
– 地理测绘：包括地图、地质监测、环境监测、桥 梁监测、喜马拉雅山高测试；
– 机械加工：元器件加工到大型建筑施工定位； – 智能交通：交通工具的定位； – 航海、航空、航天中飞行器定位； – 移动通信的LBS服务：基于用户定位的信息服务，
卫星导航与定位
李玉柏卫星导航与定位001-概 述(第五版)
卫星导航与定位
课程说明
• 课程主要参考资料：
1）《GPS原理与应用（第2版）》， (美) Elliott D. Kaplan著，译者寇艳红， 电子工业出版社，2007年 07月；
2）《全球定位系统--信号、测量与性能(第2版)》， (美) Pratap Misra，Per Enge著，电子工业出版社， 2008 年4月；
• 同时，导航范围从地球局部扩展到整个地球、 甚至宇宙；
• 对导航、定位与授时的要求 – 地基向天基的转换 – 基于原子钟的世界协调时为基准 – 全覆盖性和巨量目标 ✓物联网的发展要求对每个物体进行定位， 以便进行通信、组网、导航、控制和信息 交互。
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2、GPS的诞生与发展
• GPS的英文全称是 Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。
比如旅游、电子栅栏、。。。
卫星导航与定位
传统的基于地基的定位方法
• 可分为机械式、磁力和无线电等多种方式 – 采用的仪器设备
• 尺：铟钢尺 • 光学仪器：经纬仪，水准仪 • 电磁波或激光仪器：测距仪 • 综合多种技术的仪器：全站仪
– 观测值
• 角度或方向观测 • 距离观测 • 天文观测方法
卫星导航与定位
注意时间——不要迟到
• 尽管大家业务繁忙，课内不准使用手机 • 注意课堂纪律，绝不可影响他人。
卫星导航与定位
课程说明
• 课程教学纲要：
– 课程教学培养目标：利用卫星导航定位系统提供 的导航卫星的位置、速度、时间等信息，来完成 对地球各种目标（也简称用户）的定位、授时、 导航、监测和管理。
– 课程教学培养能力：卫星导航算法设计能力、编 程能力、误差分析能力，以及GPS软件接收机设 计能力。
其意为“导航星测时与测距全球定 位系统”，或简称全球定位系统。
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1）GPS系统的诞生
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课程说明
• 课程主要内容： – 第四讲 GPS导航信号与导航电文 • GPS卫星导航系统组成 • 导航信号组成 • 导航电文 – 第五讲 GPS卫星导航定位技术 • 无线电定位技术； • 包括卫星导航定位的基本方程； • 定位解算基本方法、速度计算方法。
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课程说明
• 课程主要内容： – 第六讲 GPS定位误差分析，包括卫星与用户时 钟误差、相对论效应、电离层延迟、对流层延迟、 多路径误差等。 – 第七讲 卫星导航信号的捕获，包括捕获原理， 多普勒频率补偿等。 – 第八讲 卫星导航信号的跟踪，包括跟踪原理， 以及码跟踪环、载波跟踪环的具体。
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课程说明
• 基本要求 • 上课时间：参见课表
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传统授时技术
• 长安八景之一—晨钟暮鼓； （就像下课铃声那么重要）
• 航海的重要标记—落球报时； （就像灯塔一样重要）
• 无线电授时——短波授时台（BPM） 长波授时台（BPL）
• 网络授时；
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定位与授时技术的发展
• 随着技术发展，人们对定位精度和授时精度要 求越来越高；
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2）同样授时技术是国民经济发展的重要技术
• 军事用途，小到武器控制、大到指挥系统
• 现代金融行业，无论银行或证券交易所，其业务 操作都涉及严格的时间同步和频率同步
• 电力系统的电压、电流、相角、功角变化，都 是时间的函数。电网安全稳定运行离不开严格 的时间同步
• 移动通信需要严格的时间同步，一方面是计费需 要；另一方面是基站时间频率同步有严格要求， 以防止不同步引起的频差滑码、软切换指令不匹 配、通话连接不能建立等问题
基于地基定位方法的局限性
• 需要事先布设大量的地面控制点/地面站 • 无法同时精确确定点的三维坐标 • 观测受气候、环境条件限制 • 观测点之间需要保证通视
– 需要修建觇标/架设高大天线 – 边长受到限制 – 观测难度大 – 效率低：无用的中间过渡点
• 受系统误差影响大，如地球旁折光 • 难以确定地心坐标
3）《GPS基本原理及其MATLAB仿真》，杨俊等著， 西安电子科技大学出版社，2006年8月。
4）《卫星导航原理与应用》，袁建平等编著，中国宇 航出版社出版，2004年9月；
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• 主要的学生阅读资料：
1）ICD-GPS-200C 2）ICD-GPS-705__02_Dec__Rev_2 3）GNSS—Galileo Open Service Signal In
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课程说明
• 课程教学主要知识点： – 第一讲 GPS卫星导航技术概述： • 定位与授时的基本概念； • 主要介绍GPS卫星导航系统、发展史以及在各 个领域中的应用。 – 第二讲 GPS定位的坐标系统与时间系统 – 第三讲 GPS卫星星座中卫星的运动知识 • 重点介绍卫星轨道知识； • 卫星位置速度计算。
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• 让我们开始吧。。。。
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第一讲：卫星导航与定位概述 —基本概念
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第一章：卫星导航技术概述
§1.1 定位与授时的基本概念 §1.2 GPS的诞生与发展 §1.3 GPS在各个领域中的应用 §1.4 美国政府的GPS政策 §1.5 其它卫星导航定位系统
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1、定位与授时的基本概念
1）定位技术是国民经济发展的重要技术
– 地理测绘：包括地图、地质监测、环境监测、桥 梁监测、喜马拉雅山高测试；
– 机械加工：元器件加工到大型建筑施工定位； – 智能交通：交通工具的定位； – 航海、航空、航天中飞行器定位； – 移动通信的LBS服务：基于用户定位的信息服务，
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李玉柏卫星导航与定位001-概 述(第五版)
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课程说明
• 课程主要参考资料：
1）《GPS原理与应用（第2版）》， (美) Elliott D. Kaplan著，译者寇艳红， 电子工业出版社，2007年 07月；
2）《全球定位系统--信号、测量与性能(第2版)》， (美) Pratap Misra，Per Enge著，电子工业出版社， 2008 年4月；
• 同时，导航范围从地球局部扩展到整个地球、 甚至宇宙；
• 对导航、定位与授时的要求 – 地基向天基的转换 – 基于原子钟的世界协调时为基准 – 全覆盖性和巨量目标 ✓物联网的发展要求对每个物体进行定位， 以便进行通信、组网、导航、控制和信息 交互。
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2、GPS的诞生与发展
• GPS的英文全称是 Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。
比如旅游、电子栅栏、。。。
卫星导航与定位
传统的基于地基的定位方法
• 可分为机械式、磁力和无线电等多种方式 – 采用的仪器设备
• 尺：铟钢尺 • 光学仪器：经纬仪，水准仪 • 电磁波或激光仪器：测距仪 • 综合多种技术的仪器：全站仪
– 观测值
• 角度或方向观测 • 距离观测 • 天文观测方法
卫星导航与定位
注意时间——不要迟到
• 尽管大家业务繁忙，课内不准使用手机 • 注意课堂纪律，绝不可影响他人。
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课程说明
• 课程教学纲要：
– 课程教学培养目标：利用卫星导航定位系统提供 的导航卫星的位置、速度、时间等信息，来完成 对地球各种目标（也简称用户）的定位、授时、 导航、监测和管理。
– 课程教学培养能力：卫星导航算法设计能力、编 程能力、误差分析能力，以及GPS软件接收机设 计能力。
其意为“导航星测时与测距全球定 位系统”，或简称全球定位系统。
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1）GPS系统的诞生
卫星导航与定位
课程说明
• 课程主要内容： – 第四讲 GPS导航信号与导航电文 • GPS卫星导航系统组成 • 导航信号组成 • 导航电文 – 第五讲 GPS卫星导航定位技术 • 无线电定位技术； • 包括卫星导航定位的基本方程； • 定位解算基本方法、速度计算方法。
卫星导航与定位
课程说明
• 课程主要内容： – 第六讲 GPS定位误差分析，包括卫星与用户时 钟误差、相对论效应、电离层延迟、对流层延迟、 多路径误差等。 – 第七讲 卫星导航信号的捕获，包括捕获原理， 多普勒频率补偿等。 – 第八讲 卫星导航信号的跟踪，包括跟踪原理， 以及码跟踪环、载波跟踪环的具体。