第10章 全球卫星定位导航系统

全球卫星导航系统作者：陈继革来源：《发明与创新(学生版)》2007年第07期世界上第一个全球卫星导航系统是美国从1973年开始实施的GPS系统，军民两用。

但长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号。

这意味着地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。

为打破美国的垄断，俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统。

2002年，欧盟启动了伽利略全球卫星导航定位系统计划。

2003年，我国北斗导航试验系统建成，并在紧锣密鼓地建设北斗星2号导航系统。

全球定位系统(GPS)全球定位系统是美国从20世纪7O年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行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。

是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大的空间计划。

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、应用通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成部分。

卫星导航定位系统涉及政治、经济、军事等领域，对维护国家利益具有重大意义。

GPS系统的主体部分由24颗地球同步卫星组成，这些卫星与地面支撑系统组成网络，向全球广播自己的位置信息。

对于用户来说，最重要的就是GPS接收机，接收机根据同时收到的4－8颗卫星的位置信息，应用差分定位原理，每隔1－3秒向用户播报一次其位置(经纬度)、速度、高度和时间信息，以供用户或用户的系统使用。

GPS接受设备包括GPS手持机，与手机电话体积相当。

其计算机接口包括GPS接收卡或外接设备，由天线、接收单元和电源组成，体积很小，可方便地装载在汽车等航行器上。

GPS系统具有以下特点：全球、全天候工作，能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间。

不受天气的影响。

定位精度高，单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

全球卫星导航系统GNSS技术现状与发展趋势全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）是一种由多个卫星组成的定位与导航系统，它能提供24小时全天候的导航、定位和时间服务。

GNSS技术广泛应用于交通、车辆管理、测绘、航空航天等领域，为人类日常生活和经济发展提供了很大的便利。

本文将介绍GNSS技术的现状与发展趋势。

一、 GNSS技术的现状目前主要使用的GNSS系统包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的伽利略系统以及中国的北斗系统。

这些系统均能够提供高精度的定位、导航和时间服务，但各自的性能略有不同。

GPS系统是最早建立和应用的GNSS系统，全球已有数十年的应用历史，准确性较高，可实现厘米级的位置测量。

在交通、车辆管理、航空等领域得到广泛应用，是全球范围内最受欢迎的GNSS系统之一。

GLONASS系统由俄罗斯建立，系统中的卫星数量较少，但其在北极地区的覆盖能力较强，适用于极地航行和勘探等领域。

伽利略系统是欧盟建立的独立GNSS系统，与GPS系统类似，但其准确度更高，可实现毫米级的精度测量，在测绘等精密领域应用广泛。

中国的北斗系统是近年来快速崛起的GNSS系统之一，其在亚洲地区获得了广泛的应用。

北斗系统在精度、可靠性和成本方面具有很大优势，适用于车辆管理、海洋渔业、港口物流等多个领域。

二、 GNSS技术的发展趋势随着GNSS技术的不断发展，其在精度、覆盖范围等方面得到不断提升，未来仍将有以下几个发展趋势：1. 精度提升：对于需要高精度的应用领域，如航空、海洋工程等，GNSS技术将不断追求更高的精度。

例如，目前正在研究的双星定位技术，能够在超过1000公里的距离上实现毫米级精度的定位测量。

2. 成本降低：随着GNSS技术的普及和应用领域的扩大，GNSS产品的价格将逐渐降低，特别是对于中小型企业和个人用户。

如现在广泛使用的GPS导航仪等产品，价格已经相对较低，未来还将越来越便宜。

全球卫星导航定位系统GNSS介绍全球卫星导航定位系统GNSS介绍2010-12-17 17：01全球卫星导航定位系统(GNSS=Global Navigation Satellite System)是一种以卫星为基础的无线电导航系统。

系统可发送高精度、全天时、全天候、连续实时的导航、定位和授时信息，是一种可供海陆空领域的军民用户共享的信息资源。

卫星导航定位是指利用卫星导航定位系统提供位置、速度及时间等信息来完成对各种目标的定位、导航、监测和管理。

世界上最早的卫星导航系统是美国的子午仪导航系统(1964年开始运行)。

该系统的空间段由5-6颗卫星组成，采用多普勒定位原理，主要服务对象是北极星核潜艇，并逐步应用于各种海面舰船。

系统可在全球范围内提供全天候断续的二维定位。

系统建成后曾得到广泛应用，但该系统存在着定位实时性差、不能确定高程等缺陷，无法满足高精度、高动态用户的要求。

为满足日益增长的军事需要，20世纪60年代末70年代初，美国和前苏联分别开始研制全天候、全天时、连续实时提供精确定位服务的新一代全球卫星导航系统，至90年代中期全球卫星导航系统GPS和GLONASS均已建成并投入运行。

我国也建设了自主知识产权的北斗一号系统，并于2003年底正式开通运行。

欧盟筹建的GALILEO全球卫星导航系统正在计划实施之中。

卫星导航系统的出现，解决了大范围、全球性以及高精度快速定位的问题，最早应用于军用定位和导航，为车、船、飞机等机动工具提供导航定位信息及精确制导；为野战或机动作战部队提供定位服务；为救援人员指引方向。

随着技术的发展与完善，其应用范围逐步从军用扩展到民用，渗透至国民经济各部门。

其中包括海上和沙漠中的石油开发、交通管理、个人移动电话定位、商业物流管理、渔业、土建工程、考古…，卫星导航系统已成为数字地球、数字城市的空间信息基础设施。

●美国全球定位系统GPS GPS于60年代末开始研制，1973年系统方案正式诞生，1994年建成实用卫星导航系统，耗资120多亿美元。

全球导航卫星系统定位原理全球导航卫星系统（GNSS）是一种通过卫星来提供定位、导航和时间同步服务的系统。

它利用定位接收器接收来自多个卫星的信号，通过计算这些信号的时间差来确定接收器的位置。

全球导航卫星系统定位原理主要包括信号发射、信号接收和位置计算三个主要步骤。

首先，在全球导航卫星系统中，卫星发射设备通过肯定的轨道运行，并向地球上的接收器发送信号。

全球导航卫星系统（包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗）各有自己的卫星网络，这些卫星以不同的轨道高度和角度分布在地球上的各个位置。

这些卫星通过高精度的原子钟同步发送信号。

接下来，接收器接收到卫星发射的信号。

接收器通常包含一个天线，用于接收卫星发射的无线电信号。

卫星发送的信号包括有关卫星位置和时间信息的数据，以及以特定频率传输的导航信号。

天线上的接收器将接收到的信号传输到处理单元。

最后，处理单元计算接收器的位置。

为了确定接收器在地球上的位置，接收器需要接收到至少四颗卫星的信号。

通过测量信号的到达时间差，接收器可以计算出信号从卫星到达接收器的时间。

每颗卫星发送的信号都带有时间戳，以确定发送信号的确切时间。

通过知道光速，接收器可以计算出从每颗卫星到达接收器所花费的时间。

通过同时测量四颗卫星的信号到达时间差，接收器可以计算出自己相对于卫星的距离。

通过测量到达四颗卫星的距离，接收器可以确定自己相对于每颗卫星的位置。

这种三角测量方法通常称为“多普勒（DOP）解算”。

利用这些距离信息，接收器可以计算出自己在地球上的位置，并显示在导航设备上。

除了确定位置外，全球导航卫星系统还可以提供导航和时间同步服务。

通过接收到来自多个卫星的信号，用户可以确定自己的方向和航向，并通过全球导航卫星提供的时间同步服务来保持准确的时间。

总结起来，全球导航卫星系统通过接收来自多颗卫星的信号，并通过计算信号的时间差来确定接收器的位置。

这种定位原理不仅可以提供准确的位置信息，还可以提供导航和时间同步服务，为人们的生活和工作提供了便利。

∙GPS 全球卫星定位系统及定位原理∙2006-7-31 11:55:00 来源：中国自动化网浏览：1252网友评论条点击查看GPS全球卫星定位导航系统(Global Positioning System-GPS)是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行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。

经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

GPS系统的特点:1、全球，全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。

不受天气的影响。

2、定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

3、功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大。

GPS:在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线导航系统。

1、无线电导航系统●罗兰--C：工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。

● Omega（奥米茄）：工作在十几千赫。

由八个地面导航台组成，可覆盖全球。

精度几英里。

●多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角），推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。

误差随航程增加而累加。

缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高。

2、卫星定位系统最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。

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.并计算用户的位置信息（经度和纬度，海拔高度，速度和时间。

全球定位导航系统（如GPS）的工作原理基于卫星导航技术，通过接收卫星发送的信号，计算出用户所在的位置、速度、时间等信息。

1.卫星系统：全球定位导航系统由一组卫星组成，这些卫星分布在
不同的轨道上，以确保地球上任何位置都能至少接收到4颗卫星的信号。

卫星不断发送包含当前时间和卫星位置的信号。

2.接收设备：用户使用具有GPS功能的设备（如手机、汽车导航仪
等）接收卫星信号。

设备中的GPS接收器会计算信号传播时间，从而计算出设备与卫星之间的距离。

3.三维定位：根据接收到的四颗或更多卫星的信号，接收机使用三
角定位法（三球交汇法）计算出自身所在的三维坐标（经度、纬度、高度）。

由于地球曲率和大气层折射的影响，还需要对信号传播时间做进一步修正，最终得到高精度的位置信息。

4.差分定位技术：为了提高定位精度，全球定位导航系统采用了差
分定位技术。

该技术通过在已知位置设置基准站，接收卫星信号并计算误差，然后将误差信息传输给附近的GPS用户设备，从而校正原始定位数据，提高定位精度。

5.实时导航：一旦获取了准确的位置信息，GPS接收机就可以结合
电子地图和其他传感器数据为用户提供实时的导航指引，包括方向、速度、航迹等信息。