卫星定位系统第八讲

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1、卫星定位导航系统原理与应用授课教师:付梦印/张继伟6号教学楼606室Tel:68914382Email:hellozjw@bit.edu.cn第八讲1双静止卫星定位通信系统2双静止卫星定位通信系统目前正在运行的GPS和GLONASS以及欧洲正在建设的Galileo卫星导航系统均属全球无源定位导航系统。这些系统的突出优点是:用户不发射信号、仅接收卫星发射的信号，由用户完成对信号的处理以及定位解算；用户因不发射无线电波而处于隐蔽状态，不会暴露，这对于军事用户是很重要的；从理论上讲，系统可为无穷多用户提供导航服务，用户数量不受限制。3主要不足是:用户与用户、用户与地面系统之

2、间无法进行通讯，地面系统不能知道系统中任何用户的位置和情况。然而，在某些情况下，用户与用户、用户与地面系统或指挥管理中心之间的信息交换是非常重要的，在这种情况下，要求系统除了导航定位功能外，还需具有通信功能。4双静止卫星定位通信系统1982年7月，美国科学家提出利用地球同步定点卫星进行导航定位和通信的GEOSTAR系统。但在实施过程中，由于GPS卫星导航系统的兴起并迅速发展，使GEOSTAR系统不得不在1991年9月撤走资金。1983年我国“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士提出了利用两颗同步定点卫星进行定位与导航的设想，并指出了建立两颗同步卫星导航系统的基本技术路线

3、。1994年我国“北斗一号”卫星定位导航系统项目正式立项。2000年10月和12月,中国“北斗卫星导航系统”二颗卫星成功发射,标志着中国拥有了自己的第一代卫星导航系统。下面主要介绍双静止卫星定位通信系统的组成和工作原理。5系统的组成双静止卫星定位通信系统由空间卫星部分、地面系统部分和用户3大部分组成。6双静止卫星定位通信系统的组成7(1)空间卫星部分由2~3颗地球静止卫星组成，其主要任务是执行地面中心与用户终端之间的双向无线电信号中继业务。每颗卫星上的主要载荷是变频转发器，以及覆盖定位通信区域的全球波束或区域波束天线。保证系统正常工作至少需要2颗卫星，第3颗卫星为备份

4、星。2颗工作卫星升交点赤经相隔60°左右最好，这既使系统有良好的几何误差系数，也使系统有较大的覆盖区。8双静止卫星定位通信系统的通讯链路卫星上设置两套转发器，一套构成由地面中心到用户的通信链，另一套构成由用户到地面中心的通信链。如图所示，卫星接收由地面中心发射的C波段线极化信号，经卫星上的中心到用户转发器，向用户转发S波段左旋圆极化信号。用户则向卫星发射L波段右旋圆极化信号，通过卫星上的用户到中心转发器，向地面中心转发C波段线极化信号。卫星上设有遥测发射机，用C波段频率向地面中心发送有关卫星的信息。卫星上的遥控接收机则接收来自地面中心的各种控制指令。卫星上装备两副天线

5、，C波段用于接收地面中心的信号和向地面中心发射信号，L波段和S波段共用一副天线，用于卫星和用户间信号的收发。卫星采取三轴稳定方式，使两副天线始终对准其波束覆盖区域。9双静止卫星定位通信系统的通讯链路10(2)地面系统部分由主控站和计算中心(二者合在一起简称地面中心)、测轨站、气压测高站、校准站等组成。地面中心连续地产生和发射无线电测距信号，接收并快速捕获用户终端转发来的响应信号，完成全部用户定位数据的处理工作和通信数据的交换工作，把地面中心计算得到的用户位置和经过交换的通信内容分别送给用户。11地面系统是双静止卫星定位通信系统的中枢，其主要任务包括:1)对卫星定位、测

6、轨和制备星历，调整卫星运行轨道、姿态和控制卫星的工作；2)测量和收集导航定位参量、校正参量等，对用户进行导航定位；3)通过地面中心，进行地面系统和用户，以及用户和用户之间的通信；4)对系统覆盖区内的用户进行识别、监视和控制。12主控站和计算中心控制整个系统工作，主要任务包括：1)接收卫星发射的遥测信号。向卫星发送遥控指令，控制卫星的运行、姿态和工作；2)控制各测轨站的工作，收集它们的测量数据，对卫星进行测轨、定位，结合卫星的动力学、运动学模型，制作卫星星历；3)实现地面中心与用户间的双向通信，并测量电波在中心、卫星、用户间往返的传输时间；4)收集来自测高站的海拔高度数

7、据和校准站的系统误差校正数据；135)地面中心利用测得的中心、卫星、用户间电波往返的传播时间，气压高度数据，误差校正数据，卫星星历数据，结合存贮在中心的系统覆盖区数字地图，对用户进行精密定位；6)系统中各用户通过与中心的通讯，间接地实现用户与用户之间的通信。由于中心集中了系统中全部用户的位置、航迹等信息，可方便地实现对覆盖区内的用户进行识别、监视和控制。14测轨站、测高站、校准站（也称标校机）均是无人的自动数据测量、收集中心，在地面中心的控制下工作。测轨站设置在位置坐标准确已知的地点，作为对卫星定位的位置基准点，以有源或无源方式，测量卫星和测站间电波