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#卫星导航# 1. 卫星导航系统

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By Young Friday
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#卫星导航# 1. 卫星导航系统

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卫星导航系统

1. GPS系统

Global Position System，全球定位系统

Full name: NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System)

导航星测时与测距全球定位系统

  • 1973年起步，1995年建成

系统组成：

  • 在轨卫星：31颗
  • 地面站：全球分布

服务性能：

  • 民用10m
  • 军用3m

1.1 GPS系统的组成

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GPS卫星星座

  • 星座：24颗卫星
  • 圆形轨道，倾角55°
  • 轨道高度：20200km
  • 观测卫星数：4~11颗（观测卫星数量越多，定位越精准）
GPS卫星
  • 核心设备：高精度铯原子钟
  • 主要功能：
    1. 向用户发送定位信息
    2. 提供高精度的时间标准
    3. 接受并存储地面监控站发来的导航信息
    4. 必要的数据处理
    5. 接受并执行监控站指令，调节卫星姿态和轨道矫正

GPS地面监控部分

3部分组成，分布在全球5个地点：

  • 1个主控站
  • 3个注入站
  • 5个监控站

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用户设备

GPS接收机随着用户使用目的不同有各种型号

基本结构如下：

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1.2 GPS系统的特点

  1. 全球覆盖连续导航定位
  2. 高精度三维定位
  3. 实时导航定位
  4. 被动式全天候导航定位
  5. 抗干扰性好、保密性强

1.3 GPS系统的用途

  1. 导航定位应用
  2. 精密定位应用
  3. 精密授时
  4. 科学研究
  5. 精确制导

2. 国外其他卫星导航系统

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2.1 俄罗斯 格洛纳斯 系统

  • 1976年起步，1995年建成
  • 在轨卫星24颗

2.2 欧洲 伽利略 系统

  • 1999年起步，2016年宣布具备初始运行能力……
  • 目前在轨22颗

2.3 日本 准天顶 系统

  • 2000年起步，2010年发射首颗卫星
  • 目前在轨卫星4颗，计划拓展成7颗

2.4 印度 星座 导航系统

  • 2007年起步
  • 覆盖印度及其周边地区
  • 目前共发射8颗，在轨工作卫星共7颗

3. 北斗的建设与发展

三步走：先区域，后全球，先有源，后无缘

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3.1 北斗一号

  • 2000~2003
  • 区域有源卫星导航系统

相比GPS北斗一代的主要特点：

  1. 区域覆盖
  2. 有源定位
  3. 能定位、授时，但不能测速
  4. 短信报文通信功能 （双向：用户与用户、用户与中心控制系统）
  5. 所有用户终端计算都是在地面控制中心站完成

明显不足和差异：

  1. 覆盖范围有限
  2. 系统生存能力较差
  3. 用户隐蔽性差
  4. 定位精度有限
  5. 没有测高和测速的功能
  6. 用户数量受限制（应答系统）
  7. 不使用高动态用户
  8. 用户的设备体积大，重量重，能耗大

3.2 北斗二号

系统运行连续稳定，性能达到国际先进水平

3.3 北斗三号

  • 2020年7月31日，北斗系统正式开通

五大服务

  1. 基本导航服务（全球）
    • 全球范围服务精度：水平10m，高程10m
    • 测速精度0.2m/s
    • 授时精度20ns
    • 亚太地区定位精度水平5m，高程5m
  2. 短报文通信服务（区域）
  3. 国际搜救服务
  4. 星基增强服务
  5. 精密单点定位服务
NOTES, Navigation Systems
Satellite Navigation
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