GPS与GLONASS系统的概况与比较(毕业论文).doc

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1、黄 冈 师 范 学 院本 科 生 毕 业 论 文 题 目：GPS与GLONASS系统的概况与比较专业年级： 电子信息科学与技术 学 号： 学生姓名： 指导教师： 论文完成日期 2012年 05 月目 录摘 要1Abstract21.绪论31.1全球卫星导航系统简介31.1.1美国的GPS系统31.1.2俄罗斯的GLONASS系统41.1.3欧洲的伽利略卫星导航系统41.1.4中国的北斗卫星导航系统51.1.5日本和印度的区域卫星导航系统51.2 GPS和GLONASS系统建立的背景51.3 GPS系统和GLONASS系统的建成与现代化62.GPS系统和GLONASS系统的组成82.1 GPS系

2、统与GLONASS系统的现状概述82.2 GPS系统与GLONASS系统的组成102.2.1空间部分102.2.2地面控制设施（GBCC）102.2.3用户设备113.GPS系统与GLONASS系统的功能与导航原理113.1系统功能113.2GPS系统与GLONASS系统的分类133.3GPS系统与GLONASS系统的导航原理134.GPS系统与GLONASS系统的不足之处154.1系统不足154.2技术难点175.GPS系统与GLONASS系统未来的发展趋势175.1 GPS系统与GLONASS系统接收机发展状况195.2地面控制部分的改进205.3 全球卫星导航系统发展方向206.GPS系

3、统与GLONASS系统对我国导航系统的启示226.1北斗导航系统的发展历程226.2北斗卫星导航系统的现状236.3启示246.4对北斗导航系统的展望25结束语27参考文献28致谢29GPS与GLONASS系统的概况与比较摘 要 近10余年来，美国全球定位系统(GPS)在几次局部战争中的成功实践，充分展示了现代卫星导航系统的重大军事利用价值；同时，GPS在国民经济的各个领域得到广泛应用，已发展成为对全球经济有相当影响的巨大产业，备受世界各国关注。目前，已建成和正在规划建设的卫星导航系统除美国的GPS系统外，还有俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的伽利略系统、中国的北斗卫星导航系统以及日本和印度的

4、区域卫星导航系统。本文在简要论述现代卫星导航系统技术发展现状的基础上，重点研究GPS系统和GLONASS系统建立的历史过程和现状，以及这两个系统之间的异同点，并分析论证卫星导航系统技术的发展趋势，为我国卫星导航系统建设规划提供参考。关键词：GPS GLONASS 卫星导航 比较Overview and comparison of GPS and GLONASS systemsSpeciality : Electronic & Information Science and Technology Class : 0803 Author : Lin Bing Tutor : Liu ChangAb

5、stract Last more than 10 years, the United States global positioning system (GPS) for successful practice in a number of war, fully demonstrated the significant military value of modern satellite navigation systems;At the same time, GPS is widely used in various fields of the national economy, has d

6、eveloped into a considerable impact on the global economy of a huge industry, much attention around the world.At present, has been built and is planning the construction of a satellite navigation system apart from United States GPS system, and Russias GLONASS system, the European Galileo system, Bei

7、dou satellite navigation systems in China and Japan and India regional satellite navigation systems.This article briefly discusses the modern technical development of satellite navigation systems on the basis of the status quo, focused on GPS and GLONASS systems established history and status, and t

8、he similarities between the two systems, and analysis of demonstration and development trend of the technology of satellite navigation systems, provide reference for planning the construction of Chinas satellite navigation system.Keyword : GPS GLONASS satellite navigation Comparison1.绪论1.1全球卫星导航系统简介

9、 目前有四大全球卫星导航系统，其中包括: 美国的全球卫星定位系统GPS、俄罗斯GLONASS卫星导航系统、中国的北斗卫星导航系统、欧洲“伽利略”卫星导航系统以及日本和印度的区域卫星导航系统。1.1.1美国的GPS系统 自2000年以来，为了进一步提高GPS系统导航定位精度，增强系统的连续性、完好性、可用性、抗干扰和自主生存能力，美国积极推进GPS系统的现代化，使之成为国际卫星导航的标准系统。GPS系统现代化采取的技术措施和步骤包括：(1)关闭选择可用性(SA)软件；(2)新增军用M码和民用L2C码；(3)增设民用频率L5；(4)实施新一代GPS 3系统计划。当前正处于GPS系统现代化的第二阶段

10、，部署现代化改造卫星系列GPS 2RM。截至2007年7月，GPS星座拥有30颗在轨运行卫星，包括15颗GPS 2A卫星、12颗GPS 2R卫星和3颗GPS 2RM卫星。其中，在第14轨道面上各有5颗卫星；在第5轨道面上有4颗卫星；在第6轨道面上有6颗卫星。当前的GPS星座已不是早期设计的经典Walker 2432星座构形，而是趋向于一种6个轨道平面的卫星均匀分布与非均匀备份混合星座构形。这样的星座设计能够保证导航卫星信号的全球连续覆盖，满足系统可用性指标要求，有利于实现接收机自主完好性监测(RAIM)，获得安全可靠的高精度导航信息。 用户测距误差(URE)是评价卫星导航系统性能的关键指标，与

11、卫星导航系统地面控制部分和空间星座部分密切相关，由卫星星历及时钟误差在用户至卫星视线方向的投影计算得到。图3展示了19902005年URE均方根误差(RMS，即用户测距精度)的长期统计结果。从图中可以看出，自1995年GPS星座具备完全可操作能力以来。用户测距精度提高了62，到2005年已达到1.1m。随着GPS 2R2RM卫星系列的部署，再加入星间链路测距数据，则可进一步减小uRE值。2007年2月21日，统计GPS星座30颗卫星的平均URE值已达到0.74m。可见，GPS系统用户测距精度逐渐提高是GPS卫星系统技术不断演化及地面控制站升级和完善的结果，从而可满足军民用户高精度导航应用需求。

12、1.1.2俄罗斯的GLONASS系统 GLONASS系统与GPS系统具有相似的系统构成、定位原理和服务方式，其差异在于采用不同的信号通信体制、坐标参考系统、时间基准系统和广播星历格式。GLONASS星座现有17颗卫星在轨运行，其中第1、2和3轨道平面分别有8颗、3颗和6颗卫星，4颗卫星为临时关闭状态，1颗卫星尚处于测试阶段，仅有12颗卫星能够正常工作。目前，GLONASS星座全球可用性为85，每天平均间断时间在2.1h以上。俄政府宣布，将在2007年下半年进行两次发射(6颗卫星)，GLONASS星座卫星数可达到18颗，以满足初步导航应用能力；2009年，恢复全部24颗卫星星座，具备完全可操作能

13、力。到目前为止，俄罗斯已发射95颗GLONASS卫星，包括88颗GLONASS卫星和7颗GLONASSM卫星。GLONASS卫星在G1(15911610MHz)和G2(12401256MHz)频段上采用频分多址(FDMA)方式调制军用和民用信号。GLONASSK和GLONASSKMNG等新型卫星系列正在研制和开发之中。GlONASSK卫星设计寿命为10年，增加了G3(11901212MHz)导航频段、星间链路和搜救载荷等设计，并可能在GLONASSK卫星G1、G3频段上采用码分多址(CDMA)方式调制导航信号，以同伽利略、GPS民用导航信号兼容。GLONASSK卫星预计2008年以后发射入轨：

14、GLONASSKMNG卫星预计2011年以后才能发射。1.1.3欧洲的伽利略卫星导航系统 2002年3月26日，欧洲启动了其民用导航卫星计划伽利略卫星导航系统。该卫星星座由30颗中地轨道(MEO)卫星组成，采用Walker 2731星座构形，并有3颗在轨备份卫星。卫星轨道倾角为56，轨道高度为23616km，轨道交点周期为14h22min。卫星在轨重量约为650kg，功耗700W，设计寿命为20年。伽利略卫星采用码分多址(CDMA)扩频通信体制以及二进制补偿载波(BOC，或二进制偏置载波)和二相移键控(BPSK)信号调制方式，在E5(11641215MHz)、E6(12601300MHz)和E

15、2L1E1(15591591MHz)频段上调制10个导航信号，并在L6(15441545MHz)频段内广播搜救信号。伽利略系统提供5种基本的服务方式：开放服务(OS)、商业服务(CS)、生命安全服务(SOL)、公共管理服务(PRS)和搜救服务(SAR)。2005年12月28日，第一颗伽利略试验卫星GLOVEA成功发射，对导航频段、导航信号、星载原子时钟、空间辐射环境以及卫星激光测距(SLR)等进行在轨测试验证。伽利略系统原计划2006年完成在轨测试验证，2008年前完成全部30颗卫星的发射与组网。现计划推迟为：2007年底发射第二颗试验卫星GLOVEB；2009年开始发射伽利略卫星和完成在轨测

16、试验证；2012年前完成全部星座卫星的部署，并进入工程应用阶段。1.1.4中国的北斗卫星导航系统 2000年10月，我国成功发射了第一颗北斗导航卫星，现已独立建成具有3颗北斗卫星的导航试验系统。该系统采用主动式导航体制，为我国境内及周边地区的中、低动态用户或静止用户提供定位和授时服务，对我国国民经济建设起着积极的推动作用。 2007年4月14日，我国在西昌卫星发射中心又成功发射了一颗北斗导航卫星，进入高度为21500km的中圆轨道，标志着我国自行研制的北斗卫星导航系统进入新的发展建设阶段。我国将在未来几年内陆续发射北斗导航卫星系列，并进行星座组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统。该系统采用单

17、向时间测距的被动式导航体制，具有定位、测速和授时等功能。主要用于国家经济建设，为交通运输、气象、石油、海洋、森林、通信、公安等部门以及其它特殊行业提供高效的导航定位服务。 1.1.5日本和印度的区域卫星导航系统 2006年，日本政府提出建立区域卫星导航系统准天顶卫星导航系统(QZSS)。QZSS星座由7颗卫星组成。包括3颗倾斜地球同步椭圆轨道(IGSEO)卫星、1颗地球静止轨道(GEO)卫星和3颗大椭圆轨道(HEO)卫星，计划2009年发射第一颗卫星。QZSS卫星导航信号与GPS和伽利略卫星兼容，包括L1C、L1C/A、L2C、L5和111-SAIF等信号。QZSS地面控制系统包括10个监测站

18、和1个主控站，时间尺度与国际原子时(TAI)相差19s，坐标系统与GPS系统偏差小于0.02m。印度的区域卫星导航系统(IRNSS)星座将采用3GEO+4IGSO构形，卫星将在L1和L5频段上调制导航信号，并利用C频段对卫星进行测距，用s频段进行卫星测控。计划2009年发射1颗GEO卫星，用于辅助GPS区域增强导航，并进行IRNSS系统技术初步试验验证2 7。1.2 GPS与GLONASS系统建立的背景 20世纪70年代，随着美苏军备竞赛的升级，美国的军事领域迫切需要能够在世界范围精确定位的系统。美国国防部不惜斥资120亿美元研制军用定位系统。GPS是美国继“阿波罗”登月飞船和航天飞机后的第三

19、大航天技术工程。1973年成立GPS联合计划办公室。1977年，美国发射了两颗导航技术卫星NTS-2和NTS-3，后者即是GPS系统的第一颗卫星。从70年代开始到1994年3月9日整个GPS星座配备完成，历时20年，终于建成了由24颗卫星组成的GPS。该系统可提供一天24小时全球定位服务。1978年，美国成功发射了第一颗用于GPS系统的卫星，此后GPS逐渐发展成为目前广泛使用的系统。 作为对其回应，前苏联国防部设想了全球导航系统，即为GLONASS。也正是由于以上原因，我们可以发现GLONASS在很多方面类似于GPS，但是两者还是存在明显差异的。1960年末，前苏联军方确认需要一个卫星无线电导

20、航系统用于新一代弹道导弹的精确导引，而当时已有的旋风Tsyklon卫星导航系统接收站需要好几分钟的观测才能确定一个位置，因此不能达到导航定位的目的。1982年，俄罗斯卫星导航系统GLONASS的第一颗卫星升空，从此开始应用于测量与导航领域。GLONASS的定位引起了人们的关注，因为它不实施所谓的SA，因而对于民用来说，可获得较高的定位精度。GLONASS的另一个优势是卫星轨道倾斜度较高，可适用于较高纬度的地区。GLDNASS卫星星座原计划发射24颗卫星，1998年12月30发射3颗新的GLONASS卫星之后卫星轨道上的数量达到了17颗。目前，在这17颗卫星中，有3颗暂时不能提供服务3。1.3

21、GPS与GLONASS系统的建成与现代化1968-1969年，前苏联国防部、科学院和海军等一些研究所联合起来，计划为海、陆、空、天武装力量的定位与导航需求建立一个单一的解决方案，直到 1970年这个系统的需求文件才编制完成。经过深入研究和讨论之后，1976年前苏联颁布建立GLONASS系统的法令。该计划的第一次卫星发射是在1982年10月12日进行的，1993年9月俄罗斯总统叶利钦正式宣布GLONASS将成为一个工作系统。1993年，俄罗斯政府正式把GLONASS计划交付俄罗斯航天部队（VKS）主管，该部队负责GLONASS卫星的部署、在轨维护和用户设备检验。此外VKS还经管科学信息协调中心，

22、由此对公众发布GLONASS信息。1994年俄罗斯开始进行布满星座的7次发射计划的第一次发射。1995年3月俄联邦政府提出GLONASS系统对民用开放的政策。1995 年12月14日俄罗斯最后一次一箭三星将 GLONASS卫星成功地发射到预定轨道，标志着 GLONASS星座已经布满。经过数据加载、调整和检验，1996 年 1月18日24 颗卫星正常发射信号，健康有效地工作，至此GLONASS系统正式建成并投入运行。在1996-1998年间，由于经济困难，GLONASS星座得不到正常的维护，导致系统性能衰退。在2001年12月1日至2002年5月30日期间，GLONASS系统仅有7颗卫星在正常运

23、行。俄罗斯曾经制定过一个GLONASS星座渐进增强计划，计划在2001年有12颗全功能工作的卫星。2002年底发射3颗卫星。2003年发射1颗。2007-2008年期间，俄罗斯先后发射了12颗GLONASS-M卫星，进行了第一期的地面控制部分现代化，精确了其坐标系统（PZ-90.02），当时有19颗GLONASS-M卫星在轨工作。其后，俄罗斯分别计划在2009年12月和2010年春季各发射3颗GLONASS-M卫星，并提出GLONASS-K计划（2011）等GLONASS升级计划。GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。该系统用

24、5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此，美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定

25、位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道 该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO)领导，还将办事机

26、构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。 最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m,精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。 1958年底美国海军武

27、器实验室，就着手建立为美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite SystemNNSS）。该系统中，卫星的轨道都通过地极，故也称“子午（Transit）卫星系统”。1964年该系统建成，并在美国军方启用。1973年美国国防部便开始组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划。这就是目前所称的“授时与测距导航系统/全球定位系统”（NAVSTAR / GPS），简称“全球定位系统”（GPS）。1999年1月25日美国副总统戈尔提出了GPS现代化的计划。随后美国军方和波音公司阐明了其内涵：保护：更好地保护美方和友好方使用GPS，

28、加强抗干扰能力；阻止：阻扰敌对方使用GPS，施加干扰；保持：保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确、更安全的GPS使用。第一阶段：发射12颗改进型的BLOCK IIR卫星，增播第二民用码和军码第二阶段：在2005年前发射6颗BLOCK IIF卫星，强化军码（M码）、增发第三民用码（L5：1176MHz）。到2008年至少有18颗IIF型卫星，到2016年全部以IIF型（24+3）运行。第三阶段：研制和发射BLOCK III卫星，2003年完成系统设计、2008年发射GPS III的第一颗试验卫星、20年后完成GPS III替代GPS II11 23。2.GPS与GLONASS系统的组成2.1

29、GPS与GLONASS系统的现状概述自2000年以来，为了进一步提高GPS系统导航定位精度，增强系统的连续性、完好性、可用性、抗干扰和自主生存能力，美国积极推进GPS系统的现代化，使之成为国际卫星导航的标准系统。GPS系统现代化采取的技术措施和步骤包括：(1)关闭选择可用性(SA)软件；(2)新增军用M码和民用L2C码；(3)增设民用频率L5；(4)实施新一代GPS 3系统计划。当前正处于GPS系统现代化的第二阶段，部署现代化改造卫星系列GPS 2RM。截至2007年7月，GPS星座拥有30颗在轨运行卫星，包括15颗GPS 2A卫星、12颗GPS 2R卫星和3颗GPS 2RM卫星。其中，在第1

30、4轨道面上各有5颗卫星；在第5轨道面上有4颗卫星；在第6轨道面上有6颗卫星。当前的GPS星座已不是早期设计的经典Walker 2432星座构形，而是趋向于一种6个轨道平面的卫星均匀分布与非均匀备份混合星座构形。这样的星座设计能够保证导航卫星信号的全球连续覆盖，满足系统可用性指标要求，有利于实现接收机自主完好性监测(RAIM)，获得安全可靠的高精度导航信息。可见，GPS系统用户测距精度逐渐提高是GPS卫星系统技术不断演化及地面控制站升级和完善的结果，从而可满足军民用户高精度导航应用需求。 到目前为止，俄罗斯已发射95颗GLONASS卫星，包括88颗GLONASS卫星和7颗GLONASSM卫星。G

31、LONASS卫星在G1(15911610MHz)和G2(12401256MHz)频段上采用频分多址(FDMA)方式调制军用和民用信号。GLONASSK和GLONASSKMNG等新型卫星系列正在研制和开发之中。GlONASSK卫星设计寿命为10年，增加了G3(11901212MHz)导航频段、星间链路和搜救载荷等设计，并可能在GLONASSK卫星G1、G3频段上采用码分多址(CDMA)方式调制导航信号，以同伽利略、GPS民用导航信号兼容。GLONASSK卫星2008年以后发射入轨：GLONASSKMNG卫星2011年以后才能发射。 图2-1-GLONASS卫星的轨道构成GLONASS系统共有卫星

32、24颗，正式使用卫星21颗，备份星3颗，分别布置在A、B、C三个轨道面上。每个轨道面上有八颗卫星，以A轨道面为基准，它的升交点的赤经为73，而B、C两个轨道面的升交点赤经分别与A面的夹角为120以及240，各轨道面卫星间的相位差，A面的纬度为45，A与B轨道面间相位差+30，A与C轨道面间相位差为-30，卫星沿逆时针方向旋转。GLONASS卫星的轨道高度为19100km（轨道半径为25510km），轨道面的倾斜角为64.8，卫星沿轨道旋转周期为11h15.73m。系统工作的两个频段为1.6GHz频段和1.2GHz频段，与GPS一样，可分为C/A码及P码。卫星发射信号采用频率分割方式（FDMA）

33、，也就是所有卫星使用同一种BPSK调制码，而每颗卫星的发送信号的频率完全不同。格洛纳斯系统设计定位精度为在95的概率条件下，水平为100米，垂直向为150米16。 2.2 GPS与GLONASS系统的组成2.2.1空间部分GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星；3颗备用卫星），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。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。 GLONASS系统采用中高轨道的24颗卫星星座，有2

34、1颗工作星和3颗备份星，均匀分布在3个圆形轨道平面上，每轨道面有8颗，轨道高度H=19000km，运行周期T=11h15min，倾角i=64.8。2.2.2地面控制设施（GBCC）地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。 GLONASS星座的运行通过地面基站控制体系（GCS）完成，该体系包括：一个系统控制中心（Golitsyno-

35、2, 莫斯科地区）和几个分布于俄罗斯大部地区的指挥跟踪台站（CTS）。这些台站主要用来跟踪GLONASS卫星，接收卫星信号和遥测数据。然后由SCC处理这些信息以确定卫星时钟和轨道姿态，并及时更新每个卫星的导航信息，这些更新信息再通过跟踪台站CTS传到各个卫星。CTS的测距数据需要通过主控中心数量光学跟踪台站的一个激光设备进行定期测距校正，为此，每个GLONASS卫星上都专门配有一个激光反射器。在GLONASS系统中，所有信息的时间同步处理对其正常的运行至关重要，因此还要在主控中心配备一台时间同步仪来解决这个问题。这是一台高精度氢原子钟，通过它来构成GLONASS系统的时间尺度。所有GLONAS

36、S接收机上的时间尺度（由一个铯原子钟控制）均通过GLONASS系统与安装在莫斯科地区Mendeleevo台站上的世界协调时（UTC）同步。2.2.3用户设备GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收

37、单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。到1995年为止，俄罗斯已研制了两代用户设备（UE）。第一代接收机只能用GLONASS来工作，与西方的同类GPS接收机相比，它偏大和偏重，有三种基本设计，即1通道、2通道和4通道接收机。第二代接收机是5通道、6通道和12通道设计，采用了大规模集成电路和数字处

38、理技术，而且民用接受机可用GPS和GLONASS两种系统来工作。俄罗斯的用户设备的主要设计单位是圣彼得堡的俄罗斯无线电导航和时间研究所，Kampas设计局和俄罗斯科学和航天仪器研究所10 12。3.GPS与GLONASS系统的功能与导航原理3.1系统功能GPS系统与GLONASS系统的功能基本一致，大概分为以下几大类： 授时。全球导航定位系统可提供准确的时间和频率，从而广泛应用于授时校频。在通信、网络的时间同步，以及部队机动、作战中统一时间标准均具有重要的意义。导航。当前，GPS与惯性制导相结合是军用飞机上普遍采用的一种导航方式，这种导航方式可由GPS提供精确的位置和速度信息，而惯性制导因不易

39、受到干扰，可在无GPS信号时提供导航信号并使系统迅速更新。美军目前的军用飞机大量采用此种导航方式。单兵或部队定位。全球导航定位接收机可以做到小型化、手持式，因而携带方便，它还可与其他手持式通信设备组合在一起，是野战部队和机动作战部队不可缺少的装备。海湾战争期间，GPS接收机就很受美军部队欢迎，一度出现了军用GPS接收机严重短缺的现象，当时美国陆军每连或180多人就有1台GPS接收机。而伊拉克战争中，地面部队至少拥有10万台精密轻型GPS接收机，每个班至少一台。救援服务。美军飞行员广泛应用的一种Hook112救生无线电装置，在飞机被击落时，能够利用GPS为营救人员指引方向。地面作战行动。全球定位

40、系统本身所具有的精确性可确保进行精确的位置勘查、配置炮兵、目标搜索和定位。全球定位系统在作战地域内建立“共同坐标”、“共同时间”，帮助建立“共同指令”并且可协助实施协同行动。海上行动。海军部队也可从全球定位系统中受益。运用全球导航定位系统，舰艇和潜艇可精确地判定自己的位置，这有助于在港口作业的安全和通过受限水域时所需的导航；结合使用激光测距仪和高精确的定位信息，可对海岸线进行精确勘查；可精确地设置水雷，使己方部队能规避和对其进行回收；使用空间定位、速度矢量、时间和导航支援，有助于海上集结、海上营救和实施其他行动。空中作战行动。在空中作战行动中，全球定位系统也极为有用。全球导航定位系统提供的位置

41、、速度矢量、时间的有关信息可提高空投、空中加油、搜索和营救、侦察、低空导航、目标定位、轰炸和武器发射的效能；可为己方飞机通过作战地域设定更为精确的空中走廊；可提高各种空射武器的精确度。武器制导。在伊拉克战争中，由GPS制导的精确制导武器的使用率有了很大提高。根据统计，战争中精确制导武器的使用率达到68.3，而由GPS制导的精确武器就占到总数的57。由于激光制导炸弹易受战场烟雾、云层和沙尘的影响，而GPS制导的特点是不受沙尘和烟雾影响，可以全天候、全天时工作，且制导精度高，因此在伊拉克战争特定的环境（沙尘、烟雾）中发挥了独特作用4。3.2GPS与GLONASS系统的分类GPS系统使用的伪码一共有

42、两种：（1）C/A码：频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；（2）军用的P（Y）码：P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。GLONASS系统与GPS相同也分为高精度链(channel of high accuracy-CHA)和标准链(channel of standard accuracy-CSA)两种。按照卫星种类可以分为GLONASS、GLONASS-M、GLONASS-K等。按用户不同可以分为军用与民用，民用包括陆地交通、航空航海等6。3.3GPS与GLONASS系统的导

43、航原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码

44、频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所

45、处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。 可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个t即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。 GPS接

46、收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。 GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只

47、能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。 按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。 在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。 GLONASS定位的原理是距离交会。GLONASS