卫星定位与导航系统

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1、第七章卫星定位与导航系统1第七章概要卫星定位与导航概述卫星导航技术基础卫星定位的基础原理低轨卫星导航技术双静止卫星导航系统GPS导航系统新一代卫星导航系统27.1卫星定位与导航概述第一代卫星导航系统：子午仪(Transit)系统出现于20世纪60年代利用低轨卫星的多普勒频移效应进行定位最初为美国海军提供潜艇提供高精度二维定位服务，1967年开放为民用系统缺点：卫星数量少、轨道高度低、轨道精度保持低，使得定位时间间隔长，精度差37.1卫星定位与导航概述续1第二代卫星导航系统：GPS1973年开始方案和原理研究1993年7月，24颗GPS卫星部署完成1993年12月8日，美国国防部正

2、式宣布GPS具有初始运行能力采用基于时间测量确定距离的伪距定位技术标准定位服务SPS提供民用，精密定位服务PPS提供军用和特许用户47.1卫星定位与导航概述续2第二代卫星导航系统：GPS2001年以前，美国政府对GPS施加了SA和AS政策SA：选择可用性政策，在GPS的基准频率上施加高频抖动噪声信号，降低卫星星历数据中轨道参数的精度采用SA时的SPS定位精度约100米左右，取消后定位精度达14米左右AS：反电子欺骗政策，其目的是保护P码，限定非特许用户的使用57.1卫星定位与导航概述续3其它卫星导航系统俄罗斯GLONASS：伪码测距定位区域性导航与定位系统，采用GEO卫星欧洲的L

3、OCSTAR美国的GEOSTAR美国Qualcomm公司的OmniTRACS中国的“北斗一号”67.1卫星定位与导航概述续4卫星定位与导航系统提供的服务定位导航授时通信77.2卫星导航技术基础坐标系地球坐标系：以地心为原点，地球自转轴为Z轴，以地球赤道面为基准平面的地心固定坐标系极移：地极点在地球表面移动的现象，使得地心固定坐标系坐标轴的指向发生变化国际协议原点CIO：1967年国际天文学联合会和国际大地测量学协会建议，采用国际上5个纬度服务站在1900-1905年的平均纬度所确定的平均极地位置，作为地极的基准点，对应的坐标原点为CIO87.2卫星导航技术基础续1坐标系与CIO和

4、地极基准点所对应的地球赤道平面称为平赤道面或协议赤道面，坐标系称为协议地球坐标系(CTS)以瞬时地极对应的地区固定坐标系，称为瞬时地球坐标系目前，由国际时间局(BIH)所公布的瞬时地极坐标所对应的坐标基准点就是BIH系统中的协议地极原点97.2卫星导航技术基础续2WGS84坐标系1984年世界大地坐标系，由美国国防部制图局建立并公布是GPS卫星广播星历和精密星历的参考系是GPS导航系统中标识被定位用户坐标所采用的坐标系是一个地心固定坐标系，坐标轴方向与BIH1984.0系统中定义的方向一致，是CTS-84的一个实现，是目前最高水平的卫星定位与全球大地测量参考系统107.2卫星导航

5、技术基础续3大地水准椭球和基准椭球实际地球面大地水准面大地水准面与实际地球面WGS-84基准椭球参数参数符号采用值长半轴a6378137m地球引力场规格化的二阶带球函数系数-484.16685×10-6地球自转角速度ω7292115×10-11rad/s地球质量与万有引力常数乘积GM3986005×106m3/s2椭球扁率f1/298.257223563椭球第一偏心率平方e20.00669437999013117.2卫星导航技术基础续4时间体系世界时(UT)：以地球自转周期为基准，从午夜起算的英国格林尼治平太阳时称为世界时原子时(ATM)：国际时间局目前以大约100台位于世界各地

6、的原子钟的读数，分别以不同的权值作平均，获得综合的时间基准协调时(UTC)：时间播发中把原子时的秒长和世界时的时刻结合起来的一种时间，秒长严格等于原子时的秒长，采用整数调秒的方法使协调时与世界时之差保持在0.9s之内GPS时(GPST)：与国际原子时保持有19s的常数差，并在GPS标准历元1980年1月6日零时与UTC保持一致。GPS时间在0～604800s之间变化。主要作为GPS卫星轨道确定的精密参考127.3卫星定位的基础原理卫星定位的必要条件卫星在坐标系内的精确位置用户相对于卫星的某种观测值定位方法，根据观测值的不同可以分为测距定位测速定位测角定位观测量包括距离差、距离和、

7、频率、频率差、相位等137.3卫星定位的基础原理续1定位参量与位置面测距定位：球面交汇定位距离差定位：双曲面交汇测速定位U用户S1S2l1l2S卫星U用户卫星速度VαS卫星U用户l147.3卫星定位的基础原理续2定位的几何原理球面交汇定位双曲面交汇定位定位的代数原理建立对应于观测量的定位方程将方程线型化利用数值算法解方程由于实际观测量存在误差，因此一般说来观测量越多，定位结果越准确，即卫星数量越多，观测值越多，定位结果越准确157.4低轨卫星导航技术低轨卫星的特点轨道高度低、需要