第一代卫星导航系统
NNSS-美国
测量了地球形状、重力场分布； 探测了电离层对无线电信号传播的影响； 高层大气阻力对卫星运动的影响；
试验了卫星星体设备和地面站接收设备；
研究了跟踪与预报卫星的方法；
第一代卫星导航系统
NNSS的应用与现状
在全球范围内核潜艇、远航测量船、远洋渔船、海 上石油开发钻井定位、大型游艇等方面得到广泛应 用。
信号频率低，难以有效补偿电离层折射影响。
第二代卫星导航系统
第二代卫星导航系统
GPS
六十年代末： “Timation”计划（美国海军）
“621B”计划（美国空军）
1973年美国国防部（DOD）批准由十个 单位组成联合计划局，充分吸收两个 计划的优点提出全球定位系统GPS（全 称为Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System,NAVSTAR GPS）
Transit 1A Transit 1B Transit 2A Transit 3A Transit 3B Transit 4A Transit 4B
Thor Able 2 Thor Able-Star Thor Able-Star Thor Able-Star Thor Able-Star Thor Able-Star Thor Able-Star
1988年发射最后一颗卫星，1996年底结束使命。
第一代卫星导航系统
CICADA-前苏联
在子午仪卫星导航系统的启发下，前苏联海军于1965 年开始建立了与NNSS系统相似的CICADA卫星导航系统。 基本参数： 卫星数量：12颗 运行高度：1000公里 运行周期：105min 信号频率：150MHz和400MHz
卫星导航系统的发展历史和现状
多普勒频移
同在应用物理实验室的 另外两位科学家， Frank McClure和 Richard Kershner博士 提出可以利用卫星的多 普勒频移现象对用户进 行定位。
第一代卫星导航系统
NNSS-美国
美国海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System， NNSS）。又称子午仪系统，于1964 年1月建成，1967年7月29日美国政 府批准将该系统解密，并提供民用。 系统构成 卫星、跟踪站、注入站、海军气象 台、计算中心、船载设备 特点 高精度、全球、全天候
几个重要的概念
什么是RDSS,RNSS,GNSS?
RDSS：Radio Determination Satellite Service
卫星无线电测定服务：用户至卫星的距离测量和位置计算由外部系统 通过用户的应答来完成。特点是定位与通信相结合，有源定位系统。
代表性系统：美国Geostar，欧洲Locstar
课程主要内容、目的和任务
了解卫星导航系统的发展历史、现状及现代化历程； 阐述卫星导航、定位、授时的基本原理及其相关基础知识； 介绍GPS、GLONASS、GALILEO以及我国的“北斗”卫星导航 系统的基本原理、系统组成和信号体制； 阐述卫星定位的各种导航算法、误差分析及差分增强技术； 全面介绍卫星导航在导航领域的作用
RNSS：Radio Navigation Satellite System
卫星无线电导航服务：由用户接收卫星无线电导航信号，自主完成至 少到4颗卫星的距离测量，进行用户位置、速度等参数计算，无源定 位系统 代表性系统：Transit，Tsikada，GPS，GLONASS
几个重要的概念
GNSS：Global Navigation Satellite System
Launch failure
Launch failure
第一代卫星导航系统
NNSS-美国
7颗原型卫星发射（1962.12-1963.9）
date 1962.12.18 designation Transit 5A Launch vehicle Scout X-3 notes Operational prototype
1963.4.5
1963.6.15 1963.9.28 1963.12.5 1964.4.21 1964.6.4
Transit 5A-2
Transit 5A-3(7) Trannsit 5BN-1 Trannsit 5BN-2 Trannsit 5BN-3 Trannsit 5C(9)
Scout X-3
几个重要的概念
主要参考教材
1.曹冲《北斗与GNSS系统概论》，电子工业出版社，2016 2.赵琳等《卫星导航原理及应用》，西北工业大学出版社， 2011 3.刘基余《GPS卫星导航定位原理与方法》，科学出版社， 2008 4.S.Grewal，R.Weill，《GPS，Inetial Navigation，and Integration》 A John Wiley &Sons，Inc，2007
第一代卫星导航系统
NNSS的历史意义 子午仪卫星导航系统的诞生预示着经典的导 航定位技术面临着一场重大变革，在导航技术发
展中具有划时代的历史意义。
第一代卫星导航系统
第一代卫星导航系统缺点
卫星数量少，可见时间少（平均1.5h），无连续实时定 位（导航）能力，获得一次导航解所需时间较长，不适 合高动态目标的使用； 卫星轨道高度低，难以实现精确定轨； 大地测量应用—连续观测3-7天； 无三维定位能力；
Scout X-3 Thor Able-Star Thor Able-Star Thor Able-Star Scout X-4
Launch failure
Partial failure Partial failure 1st operational Transit Launch failure
第一代卫星导航系统
部分网络资源
北斗网 美国导航学会 GPS测量原理与实践（澳大利亚新南威尔士大学） .au/snap/gps/gps_survey/principles_gps.htm 欧洲空间局伽利略系统 http:www.esa.int/Our_Activities/Navigation 俄空间局信息分析中心 http:www.glonass-ianc.rsa.ru/pls/htmldb/f?p=202:1:13256677232912671765 国际GNSS服务网 /
第一代卫星导航系统
NNSS-美国
7颗实验卫星发射（1959.9-1961.11）
date Designation Launch vehicle notes
1959.9.17 1960.4.13 1960.6.22 1960.11.30 1961.2.22 1961.6.29 1961.11.15
NNSS-美国
卫星数量：正式导航卫星7颗，其中一颗于1976 年停止使用 运行轨道：圆形极轨道，平均高度1071km，轨 道倾角约90°，各导航卫星的轨道相交于地球 的两极 运行周期：107min 发射信号：连续发射无线电信号，传递三种导 航信息（卫星星历表、偶数分钟的时间信号和 供多普勒频移测量用的399.968MHz和 149.988MHz的载波频率） 定位精度：1968年测定的精度为70m，1976年提 高到30m
主要内容
1. 卫星导航系统的发展历史和现状 2. 其他卫星导航系统
3. 卫星导航系统的作用、特点 4. 卫星导航系统的应用
卫星导航系统的发展历史和现状
第一颗人造卫星
1957年10月4日前苏联将第一颗人造地球卫星Sputnik送入 了轨道
卫星导航系统的发展历史和现状
多普勒频移
第二代卫星导航系统
最初设计：24颗卫星，3个轨道面，每个轨道面8颗卫星， 轨道倾角63°
——地球上任何一点都能同时可见6-9颗卫星
1978年压缩国防预算：24颗卫星缩减为18颗卫星，6个轨 道面，轨道倾角55°
1986年更改为21+3颗卫星——优化星座组合 ——6个轨道面，任何一点可见4-11颗卫星 1993年考虑到GPS的光明前景和巨大利益，最终为24+3颗 卫星。
全球卫星导航系统
——卫星导航发展历史与应用
魏苗苗
电子信息学院
什么是导航？
导航的历史
早在公元前3500年前历史记载用大船装载货物进行商业贸易，在靠近 海岸线用肉眼观察陆地标记或者大地特性来辨别方向和位置的。他们 通常白天行驶，晚上找个平静的港口抛锚。
导航历史
当他们在看不到大陆的时 候，他们通过在白天观察 太阳的位置，晚上观察北 极星的位置来辨别南北方 向。
古代导航工具
四分仪（Quadrant）
航海钟 （Navigation clock ）
星盘（Astrolabe ） 航海员星盘 （Mariner‘s Astrolabe）
指南针-中国古代导航工具
南宋 （AD.1127-1279）
汉朝 （BC.206－AD.220）
北宋 北宋 （AD.960-1127） （AD.960-1127）
你知道哪些导航系统？
Commonly recognized types of navigations are listed below. 1. 推算船位（推算舰位、推算航法）Dead Reckoning（DR） 2. 天文导航 Celestial navigation 3. 地文导航（陆标定位）Terrestrial navigation 4. 无线电导航 Radio navigation 5. 雷达导航 Radar navigation 6. 卫星导航 Satellite navigation 7. 惯性导航 Inertial navigation 8. 组合导航（综合导航）Integrated Navigation 9. 气象导航 Meteorological navigation