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卫星导航定位技术概述

卫星：围绕行星运转的物体，这里指人造地球卫星。

卫星通信：地球上包括地面、水面和低层大气中的无线电通信站之间

利用人造地球卫星作中继站而进行的通信。

导航：通过实时测定运载体在行进途中的位置和速度，引导运载体

沿一定航线经济而安全地到达目的地的技术。

要实现导航，必须首先实现定位，即精确确定当前所在的位

置。只有先定位，才能确定目的地的方向，即实现定向。

导航定位的发展：

推算定位－天文导航－惯性导航－无线电导航

导航系统

推算定位系统（DeadReckoningSystems）

通过航行的方向和距离来推算其所在位置。

惯性导航系统（InertialNavigationSystem）

根据牛顿提出的相对惯性空间的力学定律，利用陀螺、加速度

计等惯性元件感受运动载体在运动过程中的加速度。然后通过

计算机积分运算，从而得到运动载体的位置和速度等信息。

优点是不依赖外界导航台和电磁波的传播，因此应用不受环境

限制，包括海陆空及水下。隐蔽性好，不可能被干扰，生存能

力强。此外，还可以产生包括载体三维位置、三维速度与航向

姿态的多种信息。然而，它的垂直定位信息不好。

无线电导航系统

包括罗兰—C、Omega（奥米茄）和多普勒系统

基本原理

根据电磁波在理想均匀媒介中按直线传播，且速度为常数，

并在任两种媒质介面上一定产生反射，入射波和反射波同在

一铅垂面内的特性，进行导航定位。

优点：

电磁波的传播基本上不受昼夜、气候、距离的影响；

可对空中、海上与地面的各种运动载体进行定位、导航。

测量快、准确度高、可靠性高。

缺点：

电磁波难免受外界干扰

卫星无线电导航系统

NNSS子午仪系统

GPS

GLONASS系统

双星导航定位系统（北斗一号）

北斗二号导航定位系统

GNSS加俐略系统

卫星导航起源

卫星导航是从一起有趣的发现开始的。1957年1月4日,前苏联发射了第

一颗人造地球卫星，美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的吉勒

(W.H.Guler)和韦芬巴克(G.C.Weiffenbach）两位科学家在用无线电跟踪

人造卫星时，发现接收到的电磁波频率随着卫星的运动而发生变化。

其原因是由于卫星相对地球运动时,电磁波在传播过程中出现了多普

勒效应。

于是他们研究出一种根据地面跟踪站的位置和测量到的多普勒频移

来计算卫星运行轨道的方法，从而确定了前苏联人造地球卫星的轨

道参数。

卫星导航起源-卫星多普勒定位技术

多普勒效应是1842年由奥地利物理学家多普勒首先发

现的。可以表述为：由于波源或观察者的运动而出现

观测频率与波源频率不同的现象。

波源相对于观测站运动所引起的多普勒频移效应可用

下式表示:c

ff

s

r

cvcos

式中c为真空中的光速，v为卫星相对于观测站的瞬时速

度，fs为波源发射频率，fr为观测站接收到的频率，

α为波源瞬时速度方向与波源至观测站联线的夹角。

卫星导航起源-卫星多普勒定位技术

卫星到观测站的距离为r，称dr/dt=vcosα为卫星的径向速

度。由上式整理可得:drc(ff)cf

dtf