北斗卫星导航系统基础知识.ppt

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1、北斗卫星导航系统基础知识练柱先 0140349052 王玉泽 01403490742014/11,内容概要,卫星导航定位需求,What？什么是导航定位？,how？卫星导航定位怎么实现的？,why？为什么需要卫星导航定位？,how？怎样更好利用导航定位服务生产生活？,卫星导航定位需求定位,迷路是不知道自己在哪里，不能和已知的位置建立起方位和距离的联系。,定位，解决我在哪儿的问题。,怎么定位？,指南针,地图,灯塔,定位是确定在哪儿,卫星导航定位需求定位,定位是确定在哪儿,手机信号定位,卫星定位,无线电定位,卫星导航定位需求导航,导航是确定怎么去,导航解决怎么走的问题。规划路径，安排时间，力求省时省

2、力。,例如从上海瀚文小学到北京天安门，利用卫星导航可以准确规划出最优路径，全程约1216公里，开车前往大概需要13小时24分。,卫星导航定位需求日常生活,车载导航,网购物流查询,公交系统,公安执勤,移动商店,无处不在的卫星导航定位,运动记录,卫星导航定位需求载体导航,卫星导航定位需求工程应用,工程测量,桥梁监测,地球形变测量,内容概要,四大导航系统,北斗系统的发展四大系统,北斗系统的发展四大系统,北斗系统建设原则,北斗系统的发展北斗三步走,第一步试验系统，实现从无到有,1983年提出发展建设概念。1994年北斗卫星导航系统工程启动，之前历经8年理论论证。2000年发射第一颗卫星。2003年完成

3、试验系统。,最终成果：成功发射3颗GEO卫星，建成北斗卫星导航试验系统。系统能够提供基本的定位、授时和短报文通信服务。,2000年10月31日140E,2000年12月21日80E,2003年5月25日110.5E,北斗系统的发展北斗三步走,第二步亚太组网，实现亚太区域服务,2012年建成由14颗卫星组成的区域星座，区域服务覆盖亚太地区，并正式提供服务。,2007年4月14日MEO卫星,2009年4月15日GEO卫星,2010年1月17日GEO卫星,卫星,运载火箭,北斗系统的发展北斗三步走,第三步全球组网，实现全球服务,2020年建成由35颗卫星（5颗GEO，30颗non-GEO）组成的全球导

4、航系统。,第二步2012年,第三步2020年,北斗系统的发展系统应用,应用服务领域,北斗系统的发展机遇与挑战,面临挑战,北斗频率资源紧缺北斗卫星时钟稳定性与国际先进水平有较大差距北斗卫星地面跟踪站仅限国土范围，几何结构较差北斗具有三种不同的星座（GEO、IGSO、MEO），但必须有无缝的运控管理GPS已占领全球主要导航市场，而北斗必须拥有属于自己的市场空间相关政策、法规、标准需要进一步健全技术创新体系、应用服务体系和产业推进体系尚不完善，产业环境亟待优化,地面基础设施 欠缺，分散建设，未形成统一基准综合服务基础设施核心应用技术 与国际先进水平差距较大，自主研发终端性能仍需改进交通、电信、金融、

5、电力、物流等 关键领域 未全部使用中国时频基准卫星导航行业应用规模总体偏小，技术和业务的深度融合不足，装备与系统应用水平较低大众位置服务市场产业链较长，缺乏有效的商业模式对国际市场、国际用户需求、导航产业国际化发展顶层谋划研究不足,北斗系统的发展用户终端应用,用户终端应用效果较好的环境,空旷地,楼顶高处,电磁辐射弱,北斗系统的发展用户终端应用,用户终端应用效果差的环境,隧道,水面,高架,城市高楼,树林下,电磁环境复杂,内容概要,卫星定位基本原理系统简介,美苏争霸,美苏空间信息激烈竞争，为卫星导航系统提供了大量的资金支持。通信技术的发展为卫星信号远距离传输提供了可能。电子技术进步为卫星的控制、制

6、造提供了强有力的保证。经济社会的需求是卫星导航系统持续发展的源动力。,卫星导航系统有三部分组成：空间星座部分，地面控制部分，用户终端设备。,系统简介,卫星定位基本原理系统组成,地面控制部分,地面控制部分包括：主控站，上行注入站和监测站。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，并向每颗卫星注入更新的导航电文。,卫星地面控制部分,卫星定位基本原理定位原理,原理说明,卫星向地面发射电磁波，以光速传播。卫星距地面高度约为20000km。,x 公里？t 秒？,卫星定位基本原理定位原理,导航电文,卫星定位基本原理计算延时,计算卫星信号传播时间,t0:卫星发出码信号,t0:接收机

7、同步产生相同的码信号,伪随机码（Pseudo Random Noice，PRN）：以等概率产生0和1。具有良好的自相关性。编码信号移位后与原信号进行异或运算，产生新序列，自相关函数R判定自相关性：,R=(N0-N1)/(N0+N1),完全对齐时，R=1，未对齐时，R接近0。,卫星基于电路产生的伪随机码相位对齐方式实现时间延迟量的计算。,卫星定位基本原理定位原理,定位原理,得到卫星和接收机之间的距离后如何定位？,卫星定位基本原理定位原理,平面定位原理,卫星定位基本原理定位原理,定位原理,黑色=可见,红色=不可见,绿色=视线,总共50颗以上卫星。地球任意一点可以看到5-12颗卫星。任一卫星的瞬时位

8、置可根据星历计算得到。,美国GPS,欧盟伽利略,俄罗斯GLONASS,中国BDS,空间距离交汇定位,卫星定位基本原理定位原理,(x,y,z)为待求的接收机位置，d为卫星到接收机的距离，(xi,yi,zi)为卫星瞬时位置（由星历计算得到）。,定位误差,卫星定位基本原理定位原理,三方面的误差：卫星产生的误差传播路径产生的误差接收机产生的误差,定位方程修正,卫星定位基本原理定位原理,伪距定位基本观测方程,是通过延时计算的星站距离,是真实的星站距离,是时钟偏差引起的误差,星站距离计算以码相位对齐测出GPS信号时延以时延计算距离卫星定位空间距离交会法定位同步观测4颗以上卫星,提高定位精度,卫星定位基本原

9、理定位原理,可以消去卫星钟的系统偏差可以消去接收机时钟的误差,可以消去轨道（星历）误差的影响可以削弱大气折射对观测值的影响,GNSS导航卫星,单点定位精度：3-10米,单站差分定位精度：5厘米以内范围：小于15km,距离小于15km误差精度受距离影响明显,数据处理控制中心,网络差分定位精度：3厘米以内范围：100km以上,区域内误差分布均匀，不受站间距离影响,测距码:C/A码码长 293m（）P码码长29.3m（）载波相位:L1载波 L2载波(),载波相位定位,卫星定位基本原理定位原理,2.2 载波相位实际观测值,时 刻实际观测值,卫星定位基本原理定位原理,卫星定位基本原理服务能力,服务能力,两种全球服务 开放服务：免费、开放定位精度:10 m授时精度:20 ns测速精度:0.2 m/s授权服务:确保高可靠应用（甚至是在复杂条件下）两种区域服务广域差分服务定位精度:1 m短报文通信服务,谢谢！,