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第一代卫星导航系统有:美国的子午卫星导航系统;前苏联的CICADA

现在的卫星导航定位系统有:美国的GPS系统;俄罗斯的GLONASS系统;欧盟的伽利略系统以及中国的北斗导航系统。

GPS为Global Positioning System缩写,也就是全球定位系统。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。其中21颗进行正常工作,3颗作为备用卫星。

空间部分:有24颗卫星;均匀分布在6个倾角为55°的近似圆形轨道上;每个轨道4颗卫星;轨道距地面平均高度为20200km;绕地一周需要11h58min。(确保地球上任何时刻、任何地点都能收到至少4颗卫星的信号)每颗卫星有4台原子钟(2铷2铯)。

(1)接收和存储由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令;(2)卫星上设有微处理机,进行部分必要的数据处理工作;

(3)通过星载的高精度铷钟、铯钟产生基准信号和提供精密的时间标准;

(4)向用户发送导航定位信号。

(5)在地面监控站的指令下,通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。

地面控制部分由5个监控站、1个主控站、3个注入站组成。

(1)主控站的作用:

管理、协调地面监控系统各部分的工作

收集各监测站的数据,编制导航电文,送往注入站将卫星星历注入卫星

监控卫星状态,向卫星发送控制指令

卫星维护与异常情况的处理

主控站也具有监控站的功能

(2)监控站的作用:

接收卫星信号,监测卫星的工作状态。

(3)注入站的作用:

注入站的主要作用是将主控站需传输给卫星的资料以既定的方式注入到卫星存储器中,供卫星向用户发送。

此图表示的就是其工作流程

浅谈导航定位系统

在我们平时的生活中所接触到的、使用的“GPS”准确的来说是GPS接收机,这仅仅是用户部分,所以童鞋们以后就不要跟别人说我会使用GPS了,要说我会使用GPS接收机o(∩_∩)o

浅谈导航定位系统

如果要说GPS的实质的话,其实就是一个高精度、全天候和全球性的导航、定位和定时的多功能系统。能为用户提供连续的、实时的位置、速度和时间信息。写此文之前有位朋友问我“GPS”是怎么进行定位的,我潜意识的直接回答“GPS定位时,把卫星视为“飞行”的控制点,在已知其瞬时坐标的条件下,以GPS卫星和用户接收机天线之间距离为观测量,进行空间后方交会。”这个干测量的应该容易理解,在此童鞋们就了解下就行了。

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美军军用GPS接收机

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俄罗斯的GLONASS的接收机

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中国北斗的接收机

浅谈导航定位系统

下图为指挥型

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现在说说我国的北斗卫星导航定位系统

我国自行研制的第一颗导航定位卫星——北斗导航试验卫星(北斗一号),于2000年10月31日0时02分在西昌卫星发射中心发射升空,并准确的进入预定轨道。2000年12月21日0时20分,我国自行研制的第二颗北斗卫星导航试验卫星,在西昌卫星发射中心发射升空,并准确进入地球同步轨道。它与2000年10月31日发射的第一颗北斗导航试验卫星一起构成了“北斗卫星导航定位系统”。2003年5月25日0时34分,中国在西昌卫星发射中心发射用“长征三号甲”运载火箭成功的将第三颗“北斗一号”导航定位卫星送入太空。这标志着中国已自主建立完善的卫星导航系统,对于中国国民经济建设将起到积极作用。它与之前两颗“北斗一号”工作卫星组成了完整的卫星导航定位系统,确保了全天候、全天时提供卫星导航信息。

浅谈导航定位系统

2010年6月2日,西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭,将第四颗北斗导航卫星成功送入太空预定轨道。同年8月1日,第五颗北斗导航卫星被送人太空预定轨道。这标志着北斗卫星导航定位系统组网建设又迈出重要一步。

北斗卫星导航定位系统将按照“三步走”的发展战略,于2020年左右建成覆盖全球的北斗卫星导航定位系统。第一步从2000年到2003年,由三颗卫星组建的试验系统使我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家,第二步,于2012年前形成我国及周边地区的覆盖能力,以上两步都已经实现了。第三步就是于2020年左右,北斗卫星导航定位系统形成全球覆盖能力。北斗卫星导航定位系统计划由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,提供两种服务方式,即开放服务和授权服务。

北斗卫星导航定位系统采用的是双星定位原理,大家看下图理解下就行了

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北斗卫星导航定位系统的三大功能是(1)快速定位、(2)简短通信、(3)精密授时

这里我提下简短通信可是北斗独有的哦,因为北斗卫星定位系统用户终端具有双向数字报文通信,可以一次传送超过100个汉字信息。

我国的北斗用户机分为基本型、通讯型、授时型、指挥型以及多模型,所谓的多模型就是既能接收北斗卫星定位和通信信息,又可利用GPS系统或GPS增强系统导航定位,适用于对于位置信息要求比较高的用户,就像下图这个拓普康的GPS接收机一样(测量用),安装模块、芯片以后可以同时接收GPS和GLONASS的信号

浅谈导航定位系统

童鞋们还是比较关心北斗和GPS的差别,那就来比较一下

(1)覆盖范围,这就不多说了,目前,GPS——全球,北斗——我国本土及周边地区

(2)卫星数量和轨道特性,这里也不说了。

(3)定位原理:北斗卫星导是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解 算后提供给用户三维的加密定位数据。“北斗一号”这种工作原理带来两个方面的为题,一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性,这在军事上相当不利;另一方面由于用户设备必须包含发射机,因此体积、质量、价格和功耗等方面出于不利地位。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立结算自己的三维定位数据,保密性强

(4)定位精度:GPS三维定位精度P码目前已由16m提高到6m,C/A码目前已由25~100m提高到12m,授时精度约为20ns。北斗三维定位精度约为几十米,授时精度约为100ns。

(5)用户容量:北斗是主动双向测距的询问—应答系统,所以系统的用户量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户响应率。因此,北斗的用户设备容量是有限的。GPS是单项被动式测距系统,简单的来说就是卫星在不断的发射信号,地面的接收机开机接收卫星发来的导航电文即可进行测距定位,因此GPS的用户是无限的。

(6)生存能力:所有卫星导航定位系统一样,都是基于中心控制系统和卫星的工作,但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显大很多,谁让北斗的定位解算是由中心控制系统完成的。一旦中心控制系统被毁,那么就死翘翘了。GPS为了弥补这种易损性,正在发展星际横向数据链技术,使主控站被毁后卫星也能独立运行。

(7)实时性:北斗的定位解算是由中心控制系统完成的,所以对于高速运动体就加大了定位误差

虽然我国的北斗有诸多不足,但最重要的是这是我国独立自主建立的卫星导航定位系统,它的研制成功标志着我国打破了美俄在此领域的垄断地位,解决了中国自主卫星导航系统的有无问题,但我们也要认识到随着我军高技术武器的不断发展,对导航地位的信息支持要求会越来越高。北斗卫星导航定位系统仅是我国近期满足四化建设需要的自主简易导航系统,因此我国必须在发展北斗一号的基础上借鉴GPS和GLONASS的成功经验,开发我国第二代具备先进性、适用性、军民两用、抗干扰、抗摧毁等特征的适合我国国情的卫星导航系统。

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