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卫星导航系统

卫星导航系统英文名称：satellitenavigationsystem

一、简述

定义1：用以完成卫星导航任务，由导航卫星、地面站以及定

位设备等组成的成套装备。应用学科：船舶工程（一级学科）；船

舶通信导航（二级学科）

定义2：利用人造地球卫星进行导航的系统。整个系统由多个

导航卫星、地面站和卫星导航定位设备组成。应用学科：海洋科技

（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海洋工程（三级学科）

定义3：由导航卫星、地面站以及定位设备等组成的承担卫星

导航任务的成套装备。

二、构成

中国这个要逐步扩展为全球卫星导航系统的北斗导航系统

(COMPASS)，将主要用于国家经济建设，为中国的交通运输、气象、

石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、公安以及其他特殊行业

提供高效的导航定位服务。建设中的中国北斗导航系统(COMPASS)

空间段计划由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成，提

供两种服务方式，即开放服务和授权服务。北斗卫星将逐步扩展为

全球卫星导航系。中国将陆续发射系列北斗导航卫星，逐步扩展为

全球卫星导航系统。

全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研

制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三

大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、

核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要

组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，

全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

三、构成

全球定位系统由三部分构成：

(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系

统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、

监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；

(2)空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；

(3)用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。

全球定位系统的主要特点：

(1)全天候；(2)全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快

速省时高效率；(5)应用广泛多功能。

全球定位系统的主要用途：

(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、

地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规

划控制等；

(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与

导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海

平面升降监测等；

(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨

卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

GPS卫星接收机的种类：

根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根

据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。经过

20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无

线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领

域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。

四、原理

24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的

周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以

同时观测到4颗以上的卫星。

由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到

接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可

以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟

与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，

因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观

测点的经纬度和高程。

事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机

可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出

误差最小的一组用作定位，从而提高精度。

由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层

对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度