1-卫星定位技术的发展

“GPS卫星导航定位技术应用”培训班武汉大学测绘学院卫星导航定位技术应用主讲：黄声享卫星定位技术的发展卫星定位的基本原理与方法GPS定位的设计与实施GPS定位数据处理GPS定位误差源GPS在测量中的普遍应用GPS测量应用的新发展GPS测量规范解析主要内容卫星导航定位技术应用1卫星定位技术的发展GPS的发展过程及GPS现代化俄罗斯的GLONASS系统伽俐略（Galileo）系统的发展中国北斗卫星导航系统伪卫星导航定位技术1.1GPS的发展过程及GPS现代化1卫星定位技术的发展1958年底美国海军武器实验室，就着手建立为美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即“海军导航卫星系统”（NavyNavigationSatelliteSystem－NNSS）。该系统中，卫星的轨道都通过地极，故也称“子午（Transit）卫星系统”。1964年该系统建成，并在美国军方启用。子午卫星1.1GPS的发展过程及GPS现代化(续)1卫星定位技术的发展1973年美国国防部便开始组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划。这就是目前所称的“授时与测距导航系统/全球定位系统”（NAVSTAR/GPS），简称“全球定位系统”（GPS）。1.1GPS的发展过程及GPS现代化(续)1卫星定位技术的发展GPS卫星已经研制了三代：第一代(BlockI)：11颗实验卫星，分布在2个轨道平面，已停止工作。第二代(BlockII、IIA)：共28颗卫星，设计寿命7.5年，1989-94发射完成。第三代(BlockIIR、IIF、III)：已部分发射运行，以实现GPS现代化。1.1GPS的发展过程及GPS现代化(续)1卫星定位技术的发展1999年1月25日美国副总统戈尔提出了GPS现代化的计划。随后美国军方和波音公司阐明了其内涵：保护：更好地保护美方和友好方使用GPS，加强抗干扰能力；阻止：阻扰敌对方使用GPS，施加干扰；保持：保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确、更安全的GPS使用。1.1GPS的发展过程及GPS现代化(续)1卫星定位技术的发展第一阶段：发射12颗改进型的BLOCKIIR卫星，增播第二民用码和军码（M）。第二阶段：在2005年前发射6颗BLOCKIIF卫星，强化军码（M码）、增发第三民用码（L5：1176MHz）。到2008年至少有18颗IIF型卫星，到2016年全部以IIF型（24+3）运行。第三阶段：研制和发射BLOCKIII卫星，2003年完成系统设计、2008年发射GPSIII的第一颗试验卫星、20年后完成GPSIII替代GPSII。1.1GPS的发展过程及GPS现代化(续)1卫星定位技术的发展GPS现代化实施之前2005年发射BlockIIR-ML2增加C/A码2006年发射BlockIIF增加L5,M码1.1卫星定位的特点1卫星定位技术的发展全球覆盖（多卫星分布合理）应用广泛（海、陆、空）全天候作业（天气影响很小）提供三维坐标（X、Y、Z）定位精度高（相对精度10-7）观测时间短（几分钟~3小时）1.2俄罗斯的GLONASS系统1卫星定位技术的发展GLONASS是前苏联开始建立的全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem－GLONASS)，包括24颗卫星（3颗备用），卫星高度19100公里，均匀分布在三个轨道面上，轨道面倾角为64.8度，运行周期约为11小时15分，卫星信号采用了两种载波，其频率分别为l.6GHz和1.2GHz。目前的卫星状况已具备可用性。1.2俄罗斯的GLONASS系统(续)1卫星定位技术的发展GLONASS卫星星座GLONASS卫星外型1.2俄罗斯的GLONASS系统(续)1卫星定位技术的发展GLONASSDeploymentProgram.HistoryandProgress.910121412121216262216131211891114141820202224240369121518212427301987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011SatelliteinconstellationGLONASS-MFlightTest(7yearslife-time)GLONASS-KFlightTest(10yearslife-time)PlannedGLONASSdeploymentprogramaccordingtotheFederalProgramGLONASSInitialOperationCapability(12SV,3yearlife-time.DecreeofthePrsidentof29.09.93№658рпс).GLONASS系统新进展GLONASS升级计划恢复全球连续导航能力Glonass-K计划(2011)进一步提高GLONASS系统的定位精度地面控制部分的现代化扩展地面控制网络提高系统时间的稳定度，轨道精度扩展地面监测网信号现代化GLONASS-K增加L3信号(CDMA)与GPS、Galileo能进行互操作信号频段坐标系统时间系统发射新的卫星，继续GLONASS现代化进程GLONASS系统新进展Блок38.25.09.2008Блок39.25.12.2008Блок36.26.10.2007Блок37.25.12.20072007-2008先后发射了12颗GLONASS-M卫星进行了第一期的地面控制部分现代化精化了其坐标系统(PZ-90.02)有19颗GLONASS-M卫星在轨工作(两个波段L1和L2)2009年12月计划发射3颗Glonass-M卫星2010春季计划再发射3颗Glonass-M卫星GLONASS系统新进展20.02.200920.02.200820.02.200720.02.200625m(1sigma)18m(1sigma)15m(1sigma)5-7m(1sigma)最近三年GLONASS导航精度提高了近5倍现在导航定位精度与GPS在相同量级水平到2011进一步提高GLONASS系统新进展不同时间的工作卫星数地面控制部分现代化计划到2010具体完全工作能力（24颗星）计划在2010年开始部署发射新一代的卫星GLONASS-K(性能大大提高)GLONASS继续采用FDMA发射信号对将来新发射的GLONASS-K卫星增加CDMA信号GLONASSperformancecompetitiveabilityprovisionplanGLONASSFederalProgramextensionuntil2020GLONASS卫星部署计划2008.12–2009.118颗卫星94%全球可用性2009.1222颗卫星.99.7%全球可用性2010.1224颗卫星99.99%全球可用性1.3伽俐略(Galileo)系统的发展1卫星定位技术的发展欧盟实施Galileo计划的目的欧盟需要独立自主的全球导航系统全球卫星导航定位的商业利益欧洲本土有更好的信号覆盖，更可靠的服务全球GNSS的组成部分，GPS/GLONASS/Galileo/CNSSGalileo计划时间表1.3伽俐略(Galileo)系统的发展1卫星定位技术的发展为了打破美国GPS一统天下的局面，欧盟提出了Galileo全球卫星导航系统，它是一个多国、民建、民控、民用系统。在1993～1994年间，欧盟各国对建立国际社会控制下的民用全球卫星导航系统达成共识，认为现有的GPS和GLONASS只能当作辅助导航系统。但由于受各方面影响，直到1999年2月欧盟才确定：欧洲将致力于发展新一代卫星导航系统——Galileo。1卫星定位技术的发展GalileoSystemTestbedv1ValidationofcriticalalgorithmsGalileoSystemTestbedv22initialtestsatellitesIn-OrbitValidation4IOVsatellitesplusgroundsegmentFullOperationalCapability27(+3)Galileosatellites伽利略实施计划1卫星定位技术的发展伽利略卫星星座1卫星定位技术的发展伽利略卫星“GIOVE-A”实验卫星发射升空2005年12月28日，首颗实验卫星“GIOVE-A”由俄罗斯“联盟-FG”火箭从哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心发射升空，成功进入距离地面2.3万公里的预定轨道，开始测试工作。1卫星定位技术的发展Galileo对GPS的影响:冲击着GPS的霸主地位，促使了美国加快实现GPS民用性能改善的步伐，如提前发布第二民用频率、提前停止实施SA政策等。使全球卫星导航系统呈现多极化。Galileo是一个纯民用系统，可保证民用的高精度和可靠性。该系统的预定精度远高于GPS的民用精度。Galileo星座建成后将弥补目前GPS星座在全球全时可用性上的不足。对于安全要求高的应用，可采用Galileo/GPS双系统组合，从而提高安全可靠性。1.3伽俐略(Galileo)系统的发展(续)1.4中国北斗卫星导航系统1卫星定位技术的发展北斗一代双星定位系统组成采用两颗位于80°E和140°E地球静止轨道卫星双向测距加数字化高程地图定位1卫星定位技术的发展2000-10-31发射北斗-1号导航试验卫星；2000-12-25发射北斗-2号导航试验卫星。1.4中国北斗卫星导航系统(续)我国建立北斗二代导航卫星系统的必要性北斗一代区域系统的局限性国家安全社会经济发展大国地位1卫星定位技术的发展北斗卫星导航系统简介北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。中国目前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和六颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。1卫星定位技术的发展北斗卫星导航系统目标建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。1卫星定位技术的发展北斗卫星导航系统目标提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0.2米/秒；授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。我国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射六颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。1卫星定位技术的发展北斗卫星导航系统的发射历程【第1颗】：2007年4月14日【第2颗】：2009年4月15日【第3颗】：2010年1月17日【第4颗】：2010年6月2日【第5颗】：2010年8月1日【第6颗】：2010年11月1日1卫星定位技术的发展北斗卫星导航系统的关键技术导航星座的优化设计技术导航星座空间保持技术导航频段选择、信号设计与调制技术既要考虑与其它卫星导航系统的频段部分重叠,又要避免系统之间的相互干扰星上原子钟的研制与星地时间同步技术高性能用户接收机的研制技术高精