第三篇卫星导航预案.ppt

第三篇 卫星导航原理 §3.1 卫星导航基本设计思想的由来 后来，在该应用物理实验室工作的另外两名研究人员Frank T.Mcclure博士和Richard B.Kershner提出了与此相反的设想，即如果已经准确知道了卫星的运行轨道，那么只要在地面上用接收机测量出卫星电波中的多普勒频移，便可以确定出观测者在地球上的位置。这就是卫星导航系统的基本设计思想。 卫星导航就是天文导航与无线电导航的结合物，不过是把无线电导航台放在人造地球卫星上罢了。 目前影响最大的卫星导航系统有GPS卫星导航系统和GLONASS卫星导航系统。另外还有欧空局的伽利略卫星导航系统、我国的北斗II卫星导航系统、日本“准天顶”卫星导航系统以及印度的卫星导航计划。 § 3.2 GPS卫星导航系统概述 第二、三代卫星导航系统： ?1973年12月美国开始建立新一代的卫星导航系统——GPS全球定位系统 （Global Positioning System) ?该系统分三个阶段进行： 1.论证方案阶段：1973年12月组成 联合办公室。 2.工程研制阶段：1978年2月22日第 一颗GPS试验卫星发射成功。 3.生产作业阶段： 1989年2月14日第一颗GPS工作卫星 发射成功。 1994年6月完成第二代卫星发射。 1996年开始发射第三代（Block IIR) 卫星。 GPS BLOCK II R 卫星： 二、GPS的特点 (一)GPS相对于其它导航系统的特点 1.全球地面连续覆盖。 2.功能多，精度高。 3.实时定位速度快。 4.抗干扰性能好，必威体育官网网址性强。 (二)GPS应用于定位方面的特点 1.观测站之间无需通视。 2.定位精度高。 3.观测时间短。 4.提供三维坐标。 5.操作简便。 6.全天候作业。 3.2.2 GPS定位系统的组成 GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射L波段的载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。因此，GPS定位系统是由以下三个部分组成： （1）GPS卫星星座（空间部分） （2）地面监控系统（地面控制部分） （3）GPS信号接收机（用户设备部分）。 这三部分有各自独立的功能和作用，对于整个全球定位系统来说，它们都是不可缺少的。 GPS卫星星座组成 共24颗卫星，其中3颗备用，分布在6个轨道面上。轨道面相对地球赤道面的倾角为55度，各轨道平面升交点赤经相差60度，相邻轨道上卫星的升交距角相差30度。轨道平均高度约20200km，运行周期11h58m。 因此，同一测站上每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前约4分钟。每颗卫星每天约有5小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间地点而异，最少4颗，最多达11颗。 GPS系统的空间部分由GPS卫星组成，称为卫星星座。 卫星星座的分布设置要保证地球上任何地点，任何时刻可以同时观测到高度角15度以上的至少四颗卫星。 GPS星座参数 卫星：24 颗 轨道：面6个 长 半 轴：26609km 偏 心 率：0.01 轨道面相对赤道面的倾角：55° 各轨道面升交点赤经相差：60° 相邻轨道卫星升交距角相差：30° 卫星高度：20200km 卫星运行周期：11小时58分钟 GPS卫星的基本功能 1 接收和存储由地面监控站发来的导航信息，。 2 利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行处理。 3 通过星载的原子钟提供精密的时间标准。 4 向用户发送定位信息。 5接收并执行监控站的控制指令，通过推进器调整卫星姿态和轨道修正，或启用备用卫星。 GPS卫星采用多种编号识别系统。在导航定位中通常采用PRN编号（伪随机噪声码） GPS地面监控部分 GPS的地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星监测站（5个）、主控站（1个）和注入站（3个） 1、 监测站：是主控站直接控制下的数据自动采集中心。站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机1台和若干台环境数据传感器。观测资料由计算机进行初步处理，存储并传输到主控站，以确定卫星轨道。 2、 主控站 除协调和管理地面监控系统外，主要任务： 1）根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站。 2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站。 3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。