卫星定位系统简介

《卫星定位系统简介》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、卫星定位系统简介李洪斌杨先随着科学技术的不断进步和发展，当今社会已进入电子信息吋代。快速准确的卫星定位在军事、国民经济等诸多领域中广泛应用。0前能够实现全球卫星定位服务的，有美国的全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称GPS）和俄罗斯的‘格洛纳斯”（GLONASS）全球导航系统（GLONASS为全球卫星导航系统的缩写），中国也有自己的区域性卫星定位系统“北斗一号”。卫星定位服务现已成为全球公认的八大无线产业之一。本文首先以GPS和“北斗一号”为例介绍卫星定位的基本原理，然后详细介绍各种已有和正在建设的卫星定位系统。一、卫星定位的基

2、本原理GPS定位原理简单地讲，GPS卫星定位系统的基本原理是：卫星连续向地面发射相应的电波信号，用户通过接收机接收到这些信号后，由置于其内的相应软件计算出接收机的经纬度海拔高度以及运动速度等，从而迖到定位和导航的目的。GPS卫星同时发射导航电文和测距信号。导航电文中含有卫星的位置信息，即卫星（S,）在太空中任意时刻精确的三维坐标;而测距信号则可让用户（C）测量出其与卫星的距离SZC。从几何的角度讲，卫星要确定待测点的位置，只需知道3个卫星的坐标，并测量出该点与参考点的距离，就可算出待测点的坐标，也就是求解一个含有3个未知数3个方程的方程组。但是GPS卫星的轨

3、道高度约20000千米，且运动速度非常快，要同步确定这3颗卫星间的距离，还必须要有一个统一的时间基准，因此又引人了1个时间参数，这时的3个方程4个未知数当然无法求解，所以用户必须知道至少与4颗卫星的距离才能定位。GPS系统在设计的吋候就合理分布卫星运行轨道，所以全球用户在任意时刻都可以至少接受到4颗卫星发送的信息而进行实时定位。如果用户同吋知道4颗卫星的坐标并测定了与它们的距离，将待测点与卫星间连线（即在数学上采用空间距离后方交会的方法，见图1），就可建立一个有4个方程4个未知数的方程组，求解后就可得秒（10_9秒）级精度，故其定位可精确到米。GLONASS

4、系统原理与之相似。需要明确的是，上面讲述的只是卫星定位最基本的计算原理。卫星在轨道上运动还要受到地球、太阳月亮以及其他天体的很多摄动力的影响，故其运动轨迹并不是一个严格的椭圆，有时其运动会偏离预定轨道数百米甚至上千米；此外，电磁波的传捲速度也会受到大气层的严重影响，也就是说电磁波在大气层中的传播速度不是固定不变的。因此在定位计算吋不可避免地要出现误差，所以还必须建i相应的模型对误差进行修正，才能进一步提高定位精度。目前，国际上每年都要召开GPS大会，对g些问题进行讨论和硏究。“北斗一号”定位原理我国的“北斗一号”系纾共有3颗卫星，其中工作卫星2颗备用卫星1颗

5、且都是地球的同步卫星一即卫星相对地面是静止不动的。其定位过程为：用户通过卫星中转，向地面中心站发送定位请求，地面中心站对用户发送来的信息进行処理，对其进行定位后将定位信息通过卫星再发送给用户；或者由地面中心站主动进行指定用户的定位，定位后不将定位信息发送给用户，而是由中心站保存。这个过程与GPS系统是不同的。简单地看，GPS的终端设备只有接收功能，故又称为终端接收机，而“北斗一号”的终端设备却必须要具有发射和接收两项功能，这在一定程度上影响了.S3用户的隐蔽性。“北斗一号”虽然有3颗卫星，但只有2颗工作卫星，所以事实上属于两星定位系统。其定位的基本原理是:由

6、于所用卫星（S,）为地球同步卫星，所以卫星的坐标是固定已知的;与GPS测距原理相同，北斗一号”通过测量用户（C）发送的电磁信号来确定两颗卫星与用户间的距离。分别以两颗卫星球心与用户问的距离为半径作两个球面，用户必然位于这两个球面相交的弧线上。当然，这只能知道用户処于这条弧线上，而不能确定具体在弧线的哪个点上。地面中心站配有一个电子高程地图，这个地图是以地心为球心以地心至地表高度为半径的非均匀球面。这时求解弧线与地表交点（该点是唯一的，这不难理解），就可以得到用户的位置了（见图2）。二美国全球卫星定位系统GPS发展历程二战后，美国为了解决海军舰艇的定位导航问题

7、，自1957年前苏联发射第一颗卫星幵始，就有了利用卫星进行定位的设想，随后即研制了子午仪卫星导航系统（Transit）—系统的卫星轨道都经过地球的南北极上空，故而得名。该系统于1958年幵始硏制,1964年正式投人使用。此后，子午仪卫星导航系统得到了较为广泛的应用，与传统的导航方式相比显示出巨大的优越性。然而该系统卫星数目较少（6颗）运行高度较低（平均1000千米）在地面观测到卫星的吋间间隔较长（平均约15小时）进行一次导航所花费的时间也较长，因而无法提供连续的实时三维导航，在实际应用时存在较大的缺陷。而且定位时只有经纬度没有高程，定位精度较低，无法满足军事

8、需要。子午仪卫星系统标志着卫星导航时代的到来。此后，