现代卫星导航技术

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1、现代卫星导航技术　　摘要从船只到飞机，从汽车到火车，现代交通工具的发展可谓日新月异，要想安全、快捷地到达目的地，准确、及时、便捷的导航工具是不可或缺的。导航的按原理一般分为天文导航、无线电导航、惯性导航、地磁导航等，随着空间技术的发展，人们找到了一种理想的导航工具，即利用地球卫星进行导航。卫星导航可以为陆地、海洋、空中和空间的目标提供导航定位服务，且不受气象条件和航行距离的限制，导航精度比较高，所以被广泛的运用于现代生产生活之中。本文就卫星导航技术的概念，种类和发展做出了阐述和总结，就全球定位系统（GPS）和

2、北斗导航定位系统的原理及特点做出了分析，并对未来卫星导航技术的发展做出了展望。　　【关键词】导航技术卫星空间探测　　1导航技术的概念、方法和要求　　1.1导航技术　　将用户从起始点导引到目的地的技术被称为导航，其是集定位和导向于一身的高新科技技术。导航系统不仅可以为目标提供定位服务，其速度，航向也可以由导航系统提供。　　现代常见的导航方式主要有航标方法、航位推算法、天文导航、惯性导航、无线电导航、卫星定位导航。　　1.2航行体对导航系统的要求　　为运载体航行提供服务是导航系统的基本功能，所以它所提供的服务应该

3、满足航行所提出的一般要求和特定要求。现代导在满目航行所要求的基本目的性的同时，更要满足航行的安全性、服务连续性和有效性等多种复杂要求。一般来说，要衡量一个导航系统的优劣，必须考虑其精度、覆盖范围、信息及时率、可用性、可靠性、多值性、导航信息的维数等等。　　2现代导航卫星的类别　　（1）导航卫星按导航原理分为时间测距导航卫星和多普勒导航卫星；　　（2）根据用户是否需要向卫星发射信号，分为主动式导航卫星和被动式导航卫星，例如“子午仪”卫星和GPS卫星均属于被动式导航卫星；　　（3）按照?Ш轿佬枪斓栏叨瓤煞治?低轨

4、道、中轨道、高轨道和地球同步轨道导航卫星；　　（4）按照用途不同又可分为军用导航卫星和民用导航卫星。例如，现在我国的北斗导航系统为军用卫星，我们日常生产生活所用的全球定位系统（GPS）则使用民用卫星；　　（5）按照覆盖区域分为全球导航卫星和区域导航卫星。　　3全球定位系统（GPS）　　3.1全球定位系统的组成　　GPS系统主要由空间部分、地面控制部分、用户终端部分三部分所构成。　　3.1.1GPS空间部分　　空间部分指GPS系统的卫星星座，其由高度为20230km的21颗卫星组成的卫星星座和三颗备份卫星所构成

5、。每个卫星分布在等间隔、固定倾角的轨道上，GPS中每颗卫星的运行周期为T=718min。系统的卫星分布如图1和图2。　　GPS卫星上除了具有一般卫星系统所共有的跟踪、遥测、指令等系统外，主要还有L波段双频发射器、S波段接收机、伪随机码发生器、长期稳定的原子钟等。GPS导航卫星的主要任务是发射导航信号，反向接收由地面控制部发送到卫星的导航电文，经过一定的处理后发射给地面的导航目标；除此之外，导航卫星还要接收地面控制部分发射的卫星控制和调度命令，适时的改正运行偏差等。　　3.1.2GPS地面控制部分　　一般来说，

6、主控站、注入站和监测站三种站点组成了地面控制部分的导航站系统。　　主控站主要任务是接收和处理本站和各监测站的测量数据，计算卫星的轨道和时钟参数，并将预测的卫星各种信息数据发射出，进而被导航卫星所接收；监测站主要任务是为指控站提供卫星测量数据；注入站的主要任务是将主控站发送来的导航电波发射到相应的导航卫星上。三种导航站相互配合，确保了GPS信号的准确计算和高速传输。　　3.1.3GPS用户部分　　GPS系统的用户部分主要是由各种的GPS接收机终端所组成。接收机的主要功能是：接收卫星发射的信号并利用本机产生的伪随

7、机代码取得激励观测值和导航电文；此外，其内置有供导航计算的算法，根据导航点电文提供的卫星位置和钟差修正信息，计算出接收机的位置，从而实现导航服务功能。　　3.2GPS系统的定位原理　　GPS系统的流程一般为：　　（1）GPS定位卫星不断向地球表面发射经过高级编码的电磁波信号，信号中含有卫星信号发射的准确时间，以及此时刻卫星在轨道空间中的准确位置等信息；　　（2）在地表或空间的卫星导航终端接收到卫星的信号之后，记录信号到达得准确时间，并且计算卫星和用户之间的距离；　　（3）通过导航算法，一般是滤波估计方法或数学

8、最小二乘法，计算出用户的位置，实现导航功能。　　各个步骤相互映射，缺一不可，如果在一个步骤出现误差，则往往会导致最终导航结果出现较大的累积误差。　　一般来说，GPS定位的基本原理为三球相交方程，其公式为：　　式中，c0是电磁波的传播速度（光速）；△t为用户所处的时间，x，y，z，△t为用户所处三维坐标和一维时间。当接收机与卫星进行通讯时，接收机接收到距离四颗卫星的距离信息，便有了四个以上的方程，联立