卫星导航

测绘与国土信息工程系组合导航测绘与国土信息工程系课程内容第一部分：导航概述第二部分：卫星导航第三部分：惯性导航第四部分：组合导航测绘与国土信息工程系卫星导航技术GPS基础GPS现代化GPS增强系统GLONASS、GALIEO、BEIDOU精密单点定位技术（PPP）网络RTK技术（CORS）GNSS发展趋势GNSS应用参考书籍测绘与国土信息工程系GPS定位原理测绘与国土信息工程系GPS定位原理时间没误差时间有误差XX时间没误差时间有误差测绘与国土信息工程系GPS系统组成空间部分：发射星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息地面部分：中心控制系统实现时间同步跟踪卫星定轨用户部分：接收并处理卫星信号记录处理数据提供导航信息测绘与国土信息工程系GPS系统空中部分GPSBlockIIASatellite试验卫星：BlockⅠ工作卫星：BlockⅡ•BlockⅡ：存储星历能力为14天，具有SA和AS的能力。测绘与国土信息工程系AS(Anti-Spoofing)政策即反电子欺骗政策。它将P码与高度机密的W码模2相加形成新的Y码。其目的在于防止敌方对P码进行精密定位，也不能进行P码和C/A码相位测量的联合求解。SA（SelectiveAvailability）政策即可用性选择政策，通过控制卫星钟和报告不精确的卫星轨道信息来实现。它包括两项技术：第一项技术是将卫星星历中轨道参数的精度降低到200米左右；第二项技术是在GPS卫星的基准频率施加高抖动噪声信号，而且这种信号是随机的，从而导致测量出来的伪距误差增大。通过这两项技术，使民用GPS定位精度重新回到原先估计的误差水平，即大约100米。测绘与国土信息工程系GPS系统空中部分GPSBlockIIASatellite•BlockⅡA：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SV35和SV36有激光反射棱镜。•BlockⅡR：卫星之间可相互跟踪相互通讯。•BlockⅡF：新一代GPS卫星,增设第三民用频率。测绘与国土信息工程系GPS系统地面部分监控站主控站注入站夏威夷科罗拉多阿松森迭哥加西亚卡瓦加兰测绘与国土信息工程系GPS系统用户部分测绘与国土信息工程系GPS用户接收机测绘与国土信息工程系GPS数据处理的误差源与卫星相关的误差轨道误差卫星钟差相对论效应GPS天线相位中心误差SA政策电离层延迟对流层延迟多路径效应与传播途径相关的误差接收机钟差接收机噪声接收机天线相位中心误差与接收设备相关的误差测绘与国土信息工程系GPS卫星轨道误差和钟差测绘与国土信息工程系GPS卫星轨道误差测绘与国土信息工程系GPS卫星钟差测绘与国土信息工程系相对论效应在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快相对论效应对GPS卫星钟的影响:狭义相对论＋广义相对论测绘与国土信息工程系卫星选择可用性技术(SA)测绘与国土信息工程系卫星选择可用性技术(SA)AutonomousGPSpositionwithSAHorizontalpositionaccuracy95%=55.356mAutonomousGPSpositionwithoutSAHorizontalpositionaccuracy95%=4.340m测绘与国土信息工程系GPS大气传播误差测绘与国土信息工程系GPS多路径误差chokeringantenna测绘与国土信息工程系接收机天线相位中心误差RadiusARPtoBGPoffsetSlopeHeighttoBGPVerticalHeighttoARPAntennaReferencePoint(ARP)BottomoftheGroundPlane(BGP)测绘与国土信息工程系接收机天线相位中心误差Electricalmeanphasecentre(x0,y0,z0)Meanequiphase(R0)GeometricphasecentreRealequiphaseResidualsKleusberg[1987]InstantaneousPhasecentreGeometricphasecenterisgivenbythemanufacturerInstantaneousphasecentreisthepointwherethesatellitesignalisrecordedbytheantenna.Itisdifferentforeachepochandeachsatellite.Electricalmeanphasecentreistheresultofthecalibration.ItistheaverageofInstantaneousphasecentresforthewholeepochsandsatellites(leastsquares).Residualsisthedifferencebetweentherealequiphase(trueequiphase)andthemeanequiphase(leastsquares:radiusofthesphereofbestfit).测绘与国土信息工程系接收机天线相位中心误差DirectionofsatellitesignalInstantaneousphasecentreMeanphasecentreGeometricphasecentreZYXeFmeFrPmErrorofGPSphase=eFm+eFr测绘与国土信息工程系GPS卫星相位中心检校GPS卫星相对相位中心检校GPS卫星绝对相位中心检校测绘与国土信息工程系GPS卫星相位中心检校IGS从1998年开始使用相对天线相位中心模型IGS01,但是相对相位中心改正假定参考天线（AOAD/M-T型天线）的天线相位中心变化（PCV）为0,通过短基线测量得到其他天线类型的PCV。而实际上，参考天线的PCV值并不为0,而且难以估计10度高度角以下的天线相位中心变化，当天线旋转或者倾斜的时候，模型的精度难以保证.自2006年11月开始，IGS使用绝对相位中心模型IGS05代替相对相位中心模型。该模型考虑了卫星天线相位中心变化，并考虑了接收机天线的方位角、卫星高度角的影响.测绘与国土信息工程系5m1.8mNorth(Reference)PierSouth(Test)Pier接收机天线相位中心相对校正测绘与国土信息工程系接收机天线相位中心绝对校正测绘与国土信息工程系卫星结构几何（精度因子）GoodGeometryBadGeometry测绘与国土信息工程系地球潮汐改正地球潮汐–固体潮–负荷潮–海洋负荷潮–大气负荷潮测站的位移达到80cm测绘与国土信息工程系NotGood!MuchBetter!测绘与国土信息工程系卫星导航技术GPS基础GPS现代化GPS增强系统GLONASS、GALIEO、BEIDOU精密单点定位技术（PPP）网络RTK技术（CORS）GNSS发展趋势GNSS应用参考书籍测绘与国土信息工程系GPS卫星升级测绘与国土信息工程系GPS卫星寿命246810YearsSatellite39353436334030384346514412415456144516475960615325262732375258SatelliteAgeasofMarch200824235557BLOCKIIABLOCKIIRBLOCKIIR-M测绘与国土信息工程系GPS在轨卫星数量时间(年份)卫星数(颗)测绘与国土信息工程系GPS卫星更新测绘与国土信息工程系GPS接收机更新MacrometerV1000测绘与国土信息工程系GPS接收机更新测绘与国土信息工程系精密定位服务的信号改善4.64.33.02.71.81.51.11.00.901234567199019921994199619972001200420062008RMSSISURE(m)RMSSignal-in-SpaceUserRangeError(URE),meters2007PPSPerformanceStandard(WorstofanyPPSSISURE)Signal-in-SpaceUserRangeErroristhedifferencebetweenaGPSsatellite’snavigationdata(positionandclock)andthetruth,projectedontheline-of-sighttotheuserSystemaccuracyexceedspublishedstandard测绘与国土信息工程系标准定位服务的信号改善Systemaccuracyexceedspublishedstandard测绘与国土信息工程系GPS现代化：卫星BlockIIA/IIRBlockIIIBlockIIR-M,IIF•Backwardcompatibility•4thcivilsignal(L1C)•4xbetterUserRangeerrorthanIIF•Increasedavailability•IncreasedintegrityIIR-M:IIA/IIRcapabilitiesplus•2ndcivilsignal(L2C)•M-Code(L1M&L2M)IIF:IIR-Mcapabilityplus•3rdcivilsignal(L5)•2Rb+1Csclocks•12yeardesignlifeBasicGPS•StandardService•Singlefrequency(L1)•Coarseacquisition(C/A)codenavigation•PreciseService•Y-Code(L1Y&L2Y)•Y-CodenavigationIncreasingSystemCapabilitieswIncreasingDefense/CivilBenefit测绘与国土信息工程系GPS现代化：卫星测绘与国土信息工程系GPS现代化：信号L2=1227MHzL1=1575MHzL5=1176MHzP(Y)C/AP(Y)L2CP(Y)C/AP(Y)L2CMMCivilAviation&NewMilitarySignalsCivilNon-AviationSignalPresentSignalP(Y)C/AP(Y)测绘与国土信息工程系GPS现代化：地面部分GroundAntennaMasterControlStation(SchrieverAFB)AscensionDiegoGarciaCapeCanaveralHawaiiKwajaleinSchrieverAFBColoradoSKoreaAustraliaBahrainSAfricaEnglandArgentinaEcuadorTahitiUSNOAlaskaMonitorStationNewZealandVandenbergAFBCaliforniaNGAMonitorStationOCSMonitorStationGroundAntennaFutureMonitorStationMasterControlStationBackupMasterControlStation测绘与国土信息工程系卫星导航技术GPS基础GPS现代化GPS增强系统GLONASS、GALIEO、BEIDOU精密单点定位技术（PPP）网络RTK技术（CORS）GNSS发展趋势GNSS应用参考书籍测绘与国土信息工程系测绘与国土信息工程系测绘与国土信息工程系空基增强系统的工作原理上传站：转发误差改正信息到地球静止卫星地球静止卫星：转发误差改正信息给用户GPS星座主控中心：处理GPS数据以确定误差大小GPS定位精度SBAS定位精度监测站：接受GPS信号并发送到主控中心测绘与国土信息工程系测绘与国土信息