卫星定位技术简介
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2019年4月4日9时14分
课题一:空间技术概述-空间技术的概念 空间技术(卫星技术)
空间技术又称航天技术,是探索、开发利用太空及地球以 外天体的一门综合性技术。包括由地面到太空的一切运载 工具 的研制,人造卫星、宇宙飞船、宇宙探测器、空间站 等航天器的研制、发射和控制,以及宇航员生命保障系统 的研制等。 1957年10月4日, 苏联发射第一颗人造地球卫星Sputnik I , 从此人类开始了对太空的不断探索和研究。
目前,空间在轨卫星约为3000颗
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课题二:卫星定位技术
-子午卫星定位系统 1
第一代卫星定位系统 海军导航卫星系统(Navy Navigation Satellite System )NNSS
1959: 系统研制启动 1964: 军方启用子午卫星系统 1967: 系统公开,提供民用服务 1997: 子午卫星系统暂告一阶段
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Galileo系统-特点
由30颗轨道卫星组成,分布在3个轨道平面上; 主要用于民用,包括免费使用的信号、加密 且需交费使用的信号、加密且需满足更高要 求的信号; 能够与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统 实现多系统内的相互兼容; 拟在卫星上安装高精度氢原子钟,这是目前 GPS系统所不具备的。
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课题三:我国卫星定位技术-双星定位原理
用户终端接收卫星发来的询问信号,并注入用户的必要信 号作为应答信号再返回发给卫星,由卫星转发到地面中心。 地面中心根据信号计算出用户的点位坐标,然后置入出站 信号中发送给用户终端。 32
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课题三:我国卫星定位技术-北斗卫星
卫星数量 四颗(两颗工作卫星、 6个轨道平面上设置24颗
无限 用户容量 有限 约20NS 授时精度 100NS 卫星高度 3万6千 公里相对地球 2万公里不停绕地球旋转
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静止
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课题三:我国卫星定位技术-第一代北斗系统特点
由2~4颗在地球同步轨道上运行的静止卫星构成; 可以对覆盖区内的用户进行24h全天候连续定位; 需要的卫星数少,比GPS所需的资金要少许多; 具有通信功能,便于用户与用户、用户与管理者 的交流; 可提供高精度的时间信息。
GPS系统 GLONASS系统 Galileo计划
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GLONASS系统-组成
GLObal Navigation Satellite System 由前苏联国防部独立研制和控制的军用导航系统
与GPS系统一样,GLONASS系统包括21颗工作卫星和3颗备 用卫星,均匀分布在3个轨道平面内。卫星高度19100km, 卫星运行周期11h15min(恒星时),卫星信号频率为1. 6×103MHz和1. 2×103MHz。 俄罗斯自称,定位精度可达1米。
2003年5月25日第三
颗“北斗一号”导航定位 卫星送上太空,标志着我 国拥有了自己的第一代完 善的卫星导航定位系统。
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课题三:我国卫星定位技术-与GPS比较
北斗系统 GPS
被动式伪码单向测距三 维导航 全球 卫星 由16M提高到了6M
定位原理 主动式双向测距二维
导航 覆盖范围 我国本土的区域 2颗备用卫星) 定位精度 约几十米
欧洲国家安全问题不能被他人控制; 欧洲民用不至于被动和垄断; 欧盟工业界需要有效地进入有利可图的全球市场。
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Galileo系统-研制方
GALILEO系统是由欧盟和欧空局(ESA)策 划和组织实施,采用公私伙伴关系的商业运 作模式共同运营和管理的民用卫星系统 。
(1)卫星颗数少,不能实现连续实时导航定位。 (2)卫星轨道高度低,难以实现精密定轨。 (3)信号频率低,难以补偿电离层效应的影响。 (4)仅能进行二维定位。
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课题二:卫星定位技术-第二代卫星定位系统
GPS系统 GLONASS系统 Galileo计划
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Galileo系统-建设时间表
第一阶段(1999-2001):定义Galileo系统的框架, 制定发展计划; 第二阶段(2001-2005):发展阶段; 第三阶段(2006-2007):实施阶段,进行卫星的 研制、卫星的发射及地面设施建设; 第四阶段(2008-2020):运行应用阶段。
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Galileo系统-服务方式
服务的精度指标、服务领域
公开服务(免费):15-20米(单频)、5-10米(双频) 商业服务:5-10米(全球,双频)、1-10米(局部) 公共事业服务:4-6米(全球,双频)、1米(局部)
Galileo计划设计为支持各种领域广泛应用,包括 实时导航、位置基准、安全和应急跟踪、体育、 休闲 服务和支持政府公共事业的需要。
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19100
21+3 11:15 10-11
20200
21+3 11:58 10-13
1000
5-6 1:47 10-11
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GLONASS系统-与GPS系统比较
1)GLONASS系统与GPS系统均为军事目的而建设; 2)GLONASS系统与GPS系统现均为军民双用途系统, 但由军 方控制和管理; 3)GLONASS系统卫星寿命短,在轨的可用卫星少 ,运行成 本高,GPS卫星寿命长,运行成本不高; 4) GPS系统民用普及率远高于GLONASS系统; 5)GLONASS没有施加SA干扰,民用精度优于施加SA干扰的 GPS系统 ; 5)GPS系统将实施GPS III计划。GLONASS系统的前途将主要 取决于俄罗斯的经济发展水平,技术还在其次。
两颗位于我国上空的同步地球轨道卫星(GEO)
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课题三:我国卫星定位技术-北斗卫星
2000年10月31日我国自行研制的第一颗导航定位卫星——“北斗导航试
验卫星”在西昌卫星发射中心发射;
2000年12月21日第
二颗“北斗导航试验 卫星”在西昌卫星发 射中心用“长征三号 甲”火箭发射升空, 并准确入轨。
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GLONASS系统-问题
1)卫星寿命短,在轨的可用卫星较少 ,目 前仅有10颗卫星在轨; 2)没有扩展民用市场,没有大批量生产接 收机供应; 3)信号故障较多,替补卫星不能及时升空; 4)系统维护成本高。 因此,俄罗斯建议与欧盟共有这个系统, 并提供它的 有价值的频率以换取发射新卫 星的费用。
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课题二:卫星定位技术 -子午卫星定位系统 3
自1973年以来:已经发射了 9颗 OSCAR卫星和3颗 NOVA卫星 设计主要为船只导航服务及大地测量应用 最后一次发射: 1988年
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课题二:卫星定位技术 -子午卫星定位系统 4 存在的问题
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GPS卫星定位系统-建立过程
(1)原理与可行性实验阶段,自1973年12月算起,到1978年 2月22日第一颗试验卫星发射成功为止,历时5年。 (2)系统研制与实验阶段,由1978年2月22日算起,到1989 年2月14日第一颗工作卫星发射成功为止,历时11年。 (3)工程发展与完成阶段,由1989年2月14日算起,到1995
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课题一:空间技术概述-卫星的发展历史
• 1957年10月4日,第一颗人造地球卫星Sputnik I (苏 联)发射 • 1959年,从卫星上发回第一张地球像片 • 1960年,从“泰罗斯”与“云雨”气象卫星上获 得全球的云图 • 1971年,美国“阿波罗”对月球表面进行航天摄 影测量, 且“水手号”对水星进行测绘作业
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课题二:卫星定位技术-第二代卫星定位系统
GPS系统 GLONASS系统 Galileo计划
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GLONASS与Galileo卫星图片
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Galileo系统-建设理由
欧洲认为不能依赖于GPS或GLONASS有三个理由:
GPS卫星定位系统-提出
为了突破子午卫星导航系统的局限性,实现全天候、全球 性和高精度的实时导航与定位,美国国防部于1973年12月 批准陆海空三军联合研制的一种新的军用卫星导航系统— — Navigation by Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System ),今译为导航卫星测时与测距全球定位 系统,简称GPS卫星全球定位系统。
年4月27日为止,历时7年。
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GPS卫星定位系统-定位原理
卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息, 用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的 三维位置,三维方向以及运动速度和时间信息。
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GPS卫星定位系统-系统现状
1991年,在海湾战争中,GPS首次大规模用于实战。 1995年美国国防部宣布:“GPS系统已具 备全部运 作能力”。 GPS计划的实现历 时23年、耗资130多亿美元。 目 前在轨道上正常工作的有25颗卫星,均匀分布 在6个轨道平面内,其中1颗为实验卫 星,21颗为 工作卫星,3颗备用卫星。 GPS广泛地扩展了应用领域,并在应用中证明 了 自己的成功。