全球卫星导航系统-第一讲a

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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。,四分仪（,Quadrant,）,航海员星盘,（,Mariner,s Astrolabe,）,星盘（,Astrolabe,）,航海钟（,Navigation clock,）,古代导航工具,指南针,-,中国古代导航工具,汉朝,（,BC.,206,AD.,220,）,南宋,（,AD.1127-1279,）,北宋,（,AD.960-1127,）,北宋,（,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,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,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,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,“全球导航卫星系统（,GNSS,）是一个能在地球表面或近地空间的任何地点为特定装备的用户提供,24,小时、三维位置坐标、速度以及时间信息的空基无线电定位系统，包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统”,1998,年联合国第三届太空探索与和平使用大会框架文件,“,Global Navigation Satellite System-GPS,GLONASS,Galileo&more,”,B.Hoffmann-Wellenhof,，奥地利国家导航研究所创始人，格拉次技术大学卫星大地测量与导航研究所所长,“,A worldwide position and time determination system that includes one or more satellite constellations,aircraft recerivers and system integrity monitoring,augmented as necessary to support the required navigation performance for the intended operation.,”,国际民航组织公约,附件,10,卷标准与建议措施,“,GNSS:,全球系统,+,区域卫星导航系统,+,星基增强系统”,曹冲，中国全球定位系统技术应用协会咨询中心主任，中国点播传播研究所研究员,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,，,R.Weill,，,GPS,，,Inetial Navigation,，,and Integration A John Wiley&Sons,，,Inc,，,2007,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）,欧洲空间局伽利略系统,俄空间局信息分析中心,国,际GNS,S服务,网,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,50,年代末美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室的,Guier W.H,博士和,Weiffenback G.C,博士在观测卫星发射的无线电信号时提出可以利用多普勒频移现象对卫星进行定轨。,Doppler,Johan Christian Doppler,，,an Austria physician,，,found Doppler Effect in 1842.,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,。,卫星导航系统的发展历史和现状,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,NNSS-,美国,7,颗实验卫星发射（,）,date,Designation,Launch vehicle,notes,1959.9.17,Transit 1A,Thor Able 2,Launch failure,1960.4.13,Transit 1B,Thor Able-Star,1960.6.22,Transit 2A,Thor Able-Star,1960.11.30,Transit 3A,Thor Able-Star,Launch failure,1961.2.22,Transit 3B,Thor Able-Star,1961.6.29,Transit 4A,Thor Able-Star,1961.11.15,Transit 4B,Thor Able-Star,第一代卫星导航系统,NNSS-,美国,7,颗原型卫星发射（,）,date,designation,Launch vehicle,notes,1962.12.18,Transit 5A,Scout X-3,Operational prototype,1963.4.5,Transit 5A-2,Scout X-3,Launch failure,1963.6.15,Transit 5A-3(7),Scout X-3,Partial failure,1963.9.28,Trannsit 5BN-1,Thor Able-Star,Partial failure,1963.12.5,Trannsit 5BN-2,Thor Able-Star,1,st,operational Transit,1964.4.21,Trannsit 5BN-3,Thor Able-Star,Launch failure,1964.6.4,Trannsit 5C(9),Scout X-4,第一代卫星导航系统,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,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。,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。,第一代卫星导航系统,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,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；,信号频率低，难以有效补偿电离层折射影响。,第一代卫星导航系统,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,）,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。,第二代卫星导航系统,GPS,系统的发展,第一阶段（,1973-1979,）,方案论证和初步设计阶段，发射,4,颗实验卫星，研制部分地面接收设备。,1973,年 国防部批准,GPS,系统的,Navstar,卫星制造计划；,1974,年 为检验铷钟和时间传播技术，,Timat