卫星导航技术发展及应用

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1、卫星导航技术发展及应用1.引言卫星导航是借助在预定空间轨道上运行的人造卫星而进行的一种导航技术。在卫星导航中，用户通过测定其相对于卫星的位置可以确定自己在地球上的位置。卫星导航的空间部分是导航卫星，它装有专用无线电导航设备。有数颗导航卫星构成导航卫星网（也称导航星座），具有全球和金地空间的立体覆盖能力。因此导航卫星能实现全球无线电导航，导航卫星在空间作有规律的运动，它的轨道位置每时每刻都可精确预报。用户接收卫星播发的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星播发的时间、轨道参数求出定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而定出用户的

2、地理坐标和速度矢量。GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)泛指全球导航卫星系统，它包括利用GPS、GLONASS和GALILEO全球卫星导航系统中的一个或多个系统进行导航定位，并同时提供卫星的完备性检验信息(IntegrityChecking)和足够的导航安全性告警信息。全球导航卫星系统是20世纪60年代中期发展起来的一种新型导航系统，到90年代，进入全运行和盛行时期，应用已扩展至经济和军事的各个领域。由于卫星导航系统在国防建设、国民经济建设上起着重要的作用，为打破美国一国垄断全球卫星导航定位的局面，许多国家都在努力建设自己的卫星导航系统。目前除

3、了美国GPS卫星定位系统外，还有俄罗斯的GLONASS系统，欧盟正在建设的GALILEO系统。中国建成了北斗一代，这些系统在建设及发展过程中，相互学习，又不断竞争，促进了卫星导航定位系统的发展。2.全球卫星导航系统1)GPS系统GPS全球定位系统的空间星座由24颗工作卫星构成（BlockII，其中3颗为备用卫星）。24颗工作卫星部署在6个轨道平面中，每个轨道平面升交点的赤经相隔60°，轨道平面相对地球赤道面的倾角为55°，每根轨道上均匀分布4颗卫星，相邻轨道之间的卫星要彼此叉开30°，以保证全球均匀覆盖的要求。GPS卫星轨道平均高度约为20200km，运行周期为11h58min。卫

4、星采用码分多址（CDMA）9技术在两个频率上播发测距码和导航数据，即L1（1557.42MHz）和L2（1227.6MHz）。卫星使用的测距码有两种，即C/A码和P码，C/A码用于分址、搜捕卫星信号和粗测距，是具有一定抗干扰能力的明码，提供给民用；而P码用做精测距、抗干扰及保密，是专为军方使用的。近年来，美国对于GPS推行现代化建设。为满足军事要求，将增加新的军用M码，M码有更好的抗破译功能。并有直捕功能，可快速初始化。另外增加L2上发射功率，以增强抗干扰能力。在民用上，2000年5月停止SA的播发，在L2上增加CA码，可用于电离层改正，增加L5民用频率(1176.45MHz)，以

5、提高民用导航定位精度和安全。GPS现代化将通过三个阶段完成：第一阶段：发射12颗改进型的GPSBlockIIR型卫星，其新增加功能是在L2上加载CA码；在L1和L2上播发P(Y)码，同时在这两个频率上还试验性的同时加载新的M军码；增大BlockIIR卫星的发射功率，增强可靠性。第二阶段：将发射6颗GPSBlockIIF星。除BlockIIR型卫星的功能外，进一步强化M码的功率和增加发射第三民用频率，即L5频道。第一颗卫星发射于2005年。2008年在空中运行的GPS卫星中，至少有18颗IIF型卫星，以保证M码的全球覆盖。到2016年GPS卫星系统应全部以IIF卫星运行，共计24+3

6、颗。第三阶段：发射GPSBlockIII型星。2006年前完成设计工作。目前正在研究未来GPS卫星导航的需求，讨论制定GPSIII型卫星系统结构，系统安全性、可靠程度和各种可能的风险；计划在2008年发射GPSIII的第一颗实验卫星。用近20年的时间完成GPSIII计划，取代目前的GPSII。GPSIII布设后，在天空运行的卫星多达30颗。1)GLONASS系统GLONASS卫星导航定位系统是在七十年代美苏两霸冷战竞争时代开始研制的，经过20多年努力，于1995年建成。GLONASS系统空中有24颗卫星，分布在3个轨道平面上，卫星钟寿命3～5年，采用频分多址技术，也是军民两用系统，

7、受俄罗斯国防部控制。由于苏联解体，俄罗斯经济困难，致使GLONASS系统维护受到影响，一度空中只有5、6颗卫星，目前也只有12颗，不能满足全天候、全球定位要求。2001年8月，俄罗斯经济有所恢复，联邦政府批准俄罗斯航空航天局局长柯普捷夫提交的2002-2011年俄罗斯联邦专项计划，全面恢复GL9ONASS系统并使之现代化和进一步发展长远规划。该计划分二步：第一步：用4年时间实现现代化计划，现代化的内容有：在2002～2004年发射GLONASS-M卫星。新型卫星设计寿