GNSS及GPS的基本原理与测量应用.ppt
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GNSSGNSS及及GPSGPS的的基本原理与测量应用基本原理与测量应用主要内容主要内容二二三三GNSSGNSS简介简介GPSGPS的组成及基本原理的组成及基本原理GPSGPS的测量应用的测量应用一一一、GNSS的概念nnGNSSGNSS是是GlobalNavigationSatelliteSystemGlobalNavigationSatelliteSystem的缩的缩写,应译为写,应译为“全球导航卫星系统全球导航卫星系统”,而不宜译,而不宜译成成“全球卫星导航系统全球卫星导航系统”。
nn“全球导航全球导航”是相对于是相对于陆基区域性导航陆基区域性导航而言,而言,以此体现卫星导航的优越性。
以此体现卫星导航的优越性。
nn目前很多人将目前很多人将GNSSGNSS与与GPSGPS等系统等系统并列并列而论,而而论,而GPSGPS厂商却推出厂商却推出GNSSGNSS接收机。
这就存在一个问接收机。
这就存在一个问题:
题:
GNSSGNSS究竟是一个究竟是一个单一系统单一系统,还是一个,还是一个综合综合系统系统?
GNSS从它问世开始,就不是一个单一星座系统,而是一个包括GPS、GLONASS在内的综合星座系统。
早在早在早在早在2020世纪世纪世纪世纪9090年代中期开始,欧盟一直在致力于一个雄心年代中期开始,欧盟一直在致力于一个雄心年代中期开始,欧盟一直在致力于一个雄心年代中期开始,欧盟一直在致力于一个雄心勃勃的民用全球导航卫星系统计划,称之为勃勃的民用全球导航卫星系统计划,称之为勃勃的民用全球导航卫星系统计划,称之为勃勃的民用全球导航卫星系统计划,称之为GlobalNavigationGlobalNavigationSatelliteSystemSatelliteSystem。
该计划分两步实施:
。
该计划分两步实施:
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该计划分两步实施:
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该计划分两步实施:
第一步第一步是建立一个综合是建立一个综合是建立一个综合是建立一个综合利用美国的利用美国的利用美国的利用美国的GPSGPS系统和俄罗斯的系统和俄罗斯的系统和俄罗斯的系统和俄罗斯的GLONASSGLONASS系统的第一代全球系统的第一代全球系统的第一代全球系统的第一代全球导航卫星系统导航卫星系统导航卫星系统导航卫星系统(当时称为当时称为当时称为当时称为GNSS-1GNSS-1,即后来建成的如图所示的,即后来建成的如图所示的,即后来建成的如图所示的,即后来建成的如图所示的EGNOSEGNOS系统系统系统系统);第二步第二步是建立一个完全独立于美国的是建立一个完全独立于美国的是建立一个完全独立于美国的是建立一个完全独立于美国的GPSGPS系统系统系统系统和俄罗斯的和俄罗斯的和俄罗斯的和俄罗斯的GLONASSGLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统,系统之外的第二代全球导航卫星系统,系统之外的第二代全球导航卫星系统,系统之外的第二代全球导航卫星系统,即正在建设中的即正在建设中的即正在建设中的即正在建设中的GalileoGalileo卫星导航定位系统。
卫星导航定位系统。
卫星导航定位系统。
卫星导航定位系统。
一、一、GNSS197319821978198511、GLONASSGLONASSu类似于类似于GPS,是俄罗斯以空间为基础的无线电导是俄罗斯以空间为基础的无线电导航系统;航系统;u其前身其前身CICADA与子午系统同期,于与子午系统同期,于19651965年设计,年设计,有有1212颗卫星;颗卫星;u2020世纪世纪7070年代中期前苏联军方启动年代中期前苏联军方启动GLONASS计划计划u19821982年年1010月月1212日发射第一颗日发射第一颗GLONASS卫星卫星u19961996年年11月月1818日,完成日,完成2424颗卫星的布局,卫星具备颗卫星的布局,卫星具备完全工作能力完全工作能力u由于经济原因,现在天空上的由于经济原因,现在天空上的GLONASS卫星仅为卫星仅为88颗。
颗。
GLONASSGLONASSGPS/GLONASS系统参数比较系统参数比较GPSGLONASS卫星星座21+321+3轨道平面6个轨道面3个轨道面轨道倾角55。
64.8。
轨道高度20,200km19,123km运行周期11小时58分钟11小时15分钟星历数据轨道开普勒根数地心直角坐标卫星寻址CDMA(码分多址)不同的卫星采用不同的PRN码加以区分FDMA(频分多址)(L1)1602+k?
/16MHz(L2)1246+k?
/16MHz载波频率L1:
1575.42MHzL2:
1227.6MHz1602.5625MHz1615.5MHz1246.4375MHz1256.5MHz基准坐标系WGS-84PZ-90测距码伪随机噪声码伪随机噪声码码元数1023bit511bit码周期1ms1ms码频率1.023MHz0.511MHz时间基准GPS时统,与UTC保持一定的差值,无跳秒GLONASS时统,经常调整与UTC保持一致,有跳秒导航电文37500bits,持续750秒7500bits,持续150秒22、GalileoGalileou背景:
背景:
GLONASS在轨卫星缺失,在轨卫星缺失,GPS独霸市场独霸市场GLONASS、GPS均由军方控制均由军方控制u欧盟:
要建立国际欧盟:
要建立国际民间控制民间控制的或的或欧盟自己的欧盟自己的民用导航系统民用导航系统u特点:
共享的独立于特点:
共享的独立于GPS的无增强条件下的适于海陆空的的无增强条件下的适于海陆空的系统。
参股共建,收费。
系统。
参股共建,收费。
u阶段:
阶段:
(一)
(一)2000年前,可行性评估或定义年前,可行性评估或定义
(二)
(二)20012005,开发和检测,开发和检测(三)(三)20062007,部署,部署(四)(四)2008,商业运行,商业运行欧盟为何重视伽利略计划欧盟为何重视伽利略计划首先,打破美国在这方面的垄断地位,为欧盟赢得可观的市场份额首先,打破美国在这方面的垄断地位,为欧盟赢得可观的市场份额。
权威部门预计:
伽利略计划将为欧盟创造万个高技术含量的就业岗位;每年经济收益有亿欧元之多;仅出售航空和航海终端设备一项就可在年至年将获得亿欧元收入第二,欧盟开发此项目可为欧盟现在极力提倡的第二,欧盟开发此项目可为欧盟现在极力提倡的欧洲共同安全防御政欧洲共同安全防御政策服务。
策服务。
第三,欧盟认为,没有科技上的领先地位,欧盟在将来许多事务中就第三,欧盟认为,没有科技上的领先地位,欧盟在将来许多事务中就没有没有主导权主导权。
GalileoGalileo计划的历程计划的历程主要面临的困难主要面临的困难:
投资巨大:
“伽利略系统”高达36亿欧元的造价美国政府的极力反对:
美国的干扰在一定程度上推迟了“伽利略”计划的通过各国的态度各国的态度:
美国:
美国说“伽利略”是个很坏的计划法国:
对美国的垄断感到不满德国、荷兰、英国:
经济Galileo计划概况伽利略计划的资金预计为32亿到36亿欧元系统由30颗高轨道卫星组成,分布在轨道高度为2.4万千米、倾角为56度的3个轨道面上。
基础设施包括天基和地基两部分。
卫星将为用户提供精确的时间和误差不超过一米的全球精确定位服务,与美国GPS和俄罗斯的GLONASS争夺市场。
Galileo系统的特性系统的特性nn相比GPS和GLONASS,Galileo系统起点较高,吸收了很多GPS和GLONASS的经验,具有很多优点。
nn从设计目标来看,Galileo系统的定位精度优于GPS。
如果说GPS只能找到街道,Galileo系统则可找到车库门。
nnGalileo系统为地面用户提供3种信号:
免费使用的信号、加密且需交费使用的信号、加密且能满足更高要求的信号。
其精度依次提高,最高精度比GPS高10倍。
免费使用的信号精度预计为10米。
nnGalileo系统的主要特点是多频率、多服务、多用户。
它除了具有定位导航功能外,还具有全球搜寻救援功能。
为此每颗Galileo卫星还装备一种援救收发器,接收来自遇险用户的求援信号,并将它转发给地面救援协调中心,后者组织对遇险用户的援救。
与此同时,Galileo系统还向遇险用户发送援救安排通报,以便遇险用户等待救援。
nnGalileo系统的另一个优势在于:
它能够与GPS、GLONASS实现多系统内的相互兼容。
Galileo接收机可以采集各个系统的数据或者通过各个系统数据的组合来进行定位导航。
Galileo系统提供的服务系统提供的服务GalileoGalileo系统提供两种类型的服务,即免费服务系统提供两种类型的服务,即免费服务和有偿服务。
具体分为六类:
和有偿服务。
具体分为六类:
nn公开服务(OpenService):
该服务免费提供给全球用户。
nn商业服务(CommercialService):
这种服务主要提供公开服务中额外的服务,比如在公开服务中添加加密的数据,通过Galileo系统和无线通讯网络的结合实现航空通信等。
nn生命安全服务(Safe-of-LifeService):
这种服务一般只用于交通运输、船只入港、铁路运输管制和航空管制等。
nn公共规范服务(公共规范服务(PublicPublicRegularRegularServiceService):
这种服务只):
这种服务只提供给欧盟成员国。
提供与欧洲密切相关的军事、工提供给欧盟成员国。
提供与欧洲密切相关的军事、工业和经济服务,比如:
国家安全、紧急救援、治安、业和经济服务,比如:
国家安全、紧急救援、治安、警戒以及紧急的能源、交通和通讯等。
警戒以及紧急的能源、交通和通讯等。
nn地区性组织提供的导航定位服务(地区性组织提供的导航定位服务(NavigationServicesNavigationServicestotobeprovidedbeprovidedbyLocalcomponentsbyLocalcomponents):
这种加强的导航):
这种加强的导航定位服务根据用户的特殊要求,通过区域性增强系统定位服务根据用户的特殊要求,通过区域性增强系统向用户提供。
该服务可以提供更精确的定位和授时服向用户提供。
该服务可以提供更精确的定位和授时服务。
务。
nn搜寻与救援服务(搜寻与救援服务(SearchandRescueSearchandRescueServiceService)33、北斗系统北斗系统目的:
快速定位、实目的:
快速定位、实时导航,简短通讯,时导航,简短通讯,精密授时精密授时由两颗地球同步轨道由两颗地球同步轨道卫星组成星座,卫星卫星组成星座,卫星结构简单结构简单北斗卫星导航系统三步走战略:
第一步,第一步,第一步,第一步,1994199419941994年启动北斗卫星导航试验系统建设,年启动北斗卫星导航试验系统建设,年启动北斗卫星导航试验系统建设,年启动北斗卫星导航试验系统建设,2000200020002000年形成区域有源服务能力;年形成区域有源服务能力;年形成区域有源服务能力;年形成区域有源服务能力;第二步,建设北斗卫星导航系统,第二步,建设北斗卫星导航系统,第二步,建设北斗卫星导航系统,第二步,建设北斗卫星导航系统,2012201220122012年左右形成覆盖年左右形成覆盖年左右形成覆盖年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。
亚太大部分地区的服务能力。
亚太大部分地区的服务能力。
亚太大部分地区的服务能力。
第三步,第三步,第三步,第三步,2020202020202020年左右,北斗卫星导航系统形成全球覆盖年左右,北斗卫星导航系统形成全球覆盖年左右,北斗卫星导航系统形成全球覆盖年左右,北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。
能力。
能力。
能力。
P.S:
“北斗”卫星导航试验系统(也称“双星定位导航系统”),工程代号:
“北斗一号”2000年以来,中国成功发射了4颗“北斗导航试验卫星”,建成“北斗一号”。
这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能,并在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、
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- GNSS GPS 基本原理 测量 应用