《卫星导航》PPT课件

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1、卫星导航王伶Email:lingwang@nwpu.edu.cn西北工业大学电子信息学院无线通信与导航实验室2014.112Overview1.全球卫星导航系统简介2.卫星导航定位基本原理3.GPS系统组成4.GPS信号组成及特点5.信号捕获6.信号跟踪7.定位原理8.北斗卫星导航系统及其发展1全球卫星导航系统导航定义Navigation源于海洋中船舶的航行，起初人们通过罗盘和天文等手段对航行在海洋中的船舶进行导向和领航，后来发展到陆地车辆以及空中飞行器的领航，Navigation逐渐被译成“导航”1全球卫星导

2、航系统导航定义导航——确定当前位置和目标位置，并参照地理、环境信息修正航线、方向、速度，抵达目的地的手段定位≠导航定位+制导（参照）=导航定位方法有多少，导航方法就有多少1全球卫星导航系统美国GPS欧盟伽利略俄罗斯GLONASS中国北斗1全球卫星导航系统到2020年，四大系统卫星在轨数量变化情况2020年GPS36颗GLONASS30颗北斗35颗GALILEO30颗2卫星导航定位基本原理经典导航定位D12αβ2卫星导航定位基本原理跟踪站1跟踪站2跟踪站3跟踪站n未知点2卫星导航定位基本原理(X1-Ux)2+(Y

3、1-Uy)2+(Z1-Uz)2=(c(T1-Cb))2(X2-Ux)2+(Y2-Uy)2+(Z2-Uz)2=(c(T2-Cb))2(X3-Ux)2+(Y3-Uy)2+(Z3-Uz)2=(c(T3-Cb))2(X4-Ux)2+(Y4-Uy)2+(Z4-Uz)2=(c(T4-Cb))2Xi、Yi、Zi第i颗卫星坐标Ux、Uy、Uz用户待定坐标c为光速Ti接收机接收信号的时间长度Cb用户接收机钟差3GPS系统组成GPS定位系统包括三大部分：（1）地面监控部分；（2）空间卫星部分；3）用户接收部分。3GPS系统组成系统

4、组成-地面监控部分地面监控站在GPS定位系统试验阶段和工作阶段有所不同。试验卫星的地面监控站由设在范登堡空军基地的一个主控站、一个注入站和一个监测站及其它地方的四个检测部分组成。作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历（导航电文），保持系统时间。3GPS系统组成系统组成-地面监控部分1.主控站的作用主控站拥有以大型电子计算机为主体的数据收集、计算、传播等设备，其主要作用如下：1）收集数据收集各监测站获得监测的伪距和伪距差观测值、卫星时钟和工作状态数据、气象、监测站自身状态以及参考星历等数据。2）数据处理根据所收集

5、的前述数据计算各卫星的星历、时钟改正、卫星状态、大气传播改正等，并将这些数据按一定格式编制成导航电文，并将导航电文及时传送给注入站。3）监测与协调主控站一方面承担控制和协调各监控站与注入站的工作，另一方面还要监测整个地面监控系统是否正常，检验注入卫星的电文是否正确，监控卫星是否按预定状态将电文发送给用户。4）控制卫星修正卫星的运行轨道，调用备用卫星去接替失效卫星的工作。3GPS系统组成系统组成-地面监控部分2.监控站的作用监控站是无人值守的数据自动采集中心，其位置经精密测定。主要设备包括1台双频接收机、一台高精

6、度原子钟、一台电子计算机和若干台环境数据传感器。监控站根据其接收到的卫星扩频信号求出相对于其原子钟的伪距和伪距差，检测出所测卫星的导航定位数据。利用环境传感器测出当地的气象数据。然后将算得的伪距、导航数据、气象数据及卫星状态数据传送给主控站，为主控站编算导航电文提供可靠的数据。3GPS系统组成系统组成-地面监控部分3.注入站的作用注入站是无人值守的工作站，设有3.66m抛物面天线，1台C波段发射机和一台电子计算机。其主要作用是将主控站需传输给卫星的资料以既定的方式注入到卫星存储器中，供卫星向用户发送。地面监控系

7、统的工作程序方框图如下图所示：3GPS系统组成系统组成-空间部分1.GPS卫星星座设计星座：21+321颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星。6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角55，周期11h58min保证在24小时，在高度角15以上，能够同时观测到4至8颗卫星3GPS系统组成系统组成-空间部分1.GPS卫星作用：发送用于导航定位的信号其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。主要设备：原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、信号生成与发射装置3GPS系统组成系统组成-空间部分1.GPS卫星类型试验卫星：Blo

8、ckⅠ工作卫星：BlockⅡBlockⅡBlockⅡABlockⅡRBlockⅡF（新一代的GPS卫星）3GPS系统组成系统组成-空间部分3GPS系统组成系统组成-空间部分第一代卫星现已停止工作。第二代卫星用于组成GPS工作卫星星座，通常称为GPS工作卫星。BlockⅡA的功能比BlockⅡ大大增强，表现在军事功能和数据存储容量。BlockⅡ只能存储供45天用的导航电文，而BlockⅡ