星际导航系统研探

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1、星际导航系统研探罗涛中国民航飞行学院洛阳分院471000摘要随着科技的进步，人们的生活日新月异。以前作为高科技应用的授时服务和导航定位服务不但成为普通民众的H常需求，渗透到社会活动和方方面面，而且因为其重要的战略意义和军事用途，也成为各国角逐的新战场。木文介绍了当今几种主要的GNSS系统，通过分析、探讨其系统组成、实际应用和发展方向，希望可以使读者对GNSS有一个较为全面的了解。关键词星际导航GNSSGPS授时北斗引言星际导航系统，也就是通常意义上的全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem)简称GNSS,即利用导航卫星发

2、射的无线电信号，求出载体相对卫星的位置，再根据己知的卫星相对地面的位置，计算并确定载体在地球上的位置的技术，简而言之就是采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术。目前投入使用的有美国的全球定位系统GPS(GloblePositioningSystem)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)、中国的北斗(COMPASS)系统等GNSS的系统组成及星钟系统组成GNSS全球卫星导航系统由三部分组成：空间系统、地面控制系统、客户终端。空间系统。空间系统就是由多颗卫星按照一定的系统设定所组成的卫星星座，且每颗卫星都发射包含时间、位置信息的连续的编码。卫星

3、的位置、姿态、时钟、星历等受控于地面的主控系统。如GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55°。此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何吋间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。地面监控系统。地面监控部分由主控站，监测站和地面数据上传站组成。监测站均配装有精密的原子钟和能够连续测量到所有可见卫星的全星接受机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传

4、送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道并与系统的吋间参数叠加，把运算结果发送到地面数据上传站。地面上传站在每颗卫星运行至上空吋，开始上传这些导航数据及主控站指令到每颗卫星，在卫星离开上传站点的作用范围之前完成数据注入。这种注入数据的操作会定吋进行，卫星中预存的导航信息会一直保存至下次数据更新，所以，卫星所得信息的更新程度关乎其导航精度。例如，在GPS系统中，GPS的地面监控系统包括一个主控站、三个数据上传站和五个监测站，三个数据上传站能够每天把所有卫星上的信息更新一遍。星钟对于整个GNSS系统而言，冇统一、准确的吋间概念是至关重要的，系统内

5、所有正确计算的基础必须基于一个统一的吋间。GNSS系统内负责校吋的关键部件就是星钟，S前在用的所奋系统内使用的都是原子钟。根据采用原子种类的不同分为：氢(Hactare)原子钟、铯(Seterium)原子钟、蜘(Russium)原子钟。各国全球卫星导航系统发展情况美国GPS最早投入使用的卫星导航系统，前身为1964年建成采用多普勒测速定位原理的“子午仪”卫星导航系统。早期主要为海军服务，1967年幵始民用。通过不断发展、升级、更新，最后进化成为现今使用的GPS系统，采用码分多址(CDMA)技术，根据调制码来区分不同卫星。是占据全球95%市场份额的卫星导航系统，

6、也是B前系统最完善、稳定的卫星导航系统。但因苏军事背景和奋中断服务、干扰卫星精度的先例出现，是导致苏它国谋求独立发展本国GNSS的主要原因。俄罗斯GLONASS格洛纳斯(GLONASS)项0是苏联在1976年启动的项0，现今由俄罗斯维护。格洛纳斯系统将使用24颗卫星实现全球定位服务，可提供高精度的三维空间和速度信息，也提供授吋服务。按照设计，格洛纳斯星座卫星由中轨道的24颗卫星组成，包括21颗工作星和3颗备份星，分布于3个圆形轨道面上，轨道高度19100千米，倾角64.8°。和GPS系统不同,格洛纳斯系统使用频分多址(FDMA)的方式。格洛纳斯系统设计

7、定位精度为在95%的概率条件下，水平向为100米，垂直向为150米。中国北斗卫星导航系统(COMPASS)北斗卫星导航系统(BeiDou(COMPASS)NavigationSatelliteSystem)是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和七颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。与苏它系统相比，北斗系统最突出的特点是具有短报文通信功能，一次可传送多达120个汉字的讯息。四、GNSS的应用以及发展趋势1、应用整体来说，只要

8、终端涉及定位、导航和时频领域等信息的使