1章2节 卫星定位系统概论07
7第七讲卫星导航定位系统工作原理
7第七讲卫星导航定位系统工作原理卫星导航定位系统是利用人造卫星提供的导航信号，通过接收并处理信号进行定位和导航的技术系统。
其工作原理主要包括卫星发射信号、接收天线接收信号、信号处理和计算定位等环节。
首先，卫星导航定位系统依赖于一组在地球轨道上运行的卫星，例如GPS系统中的24颗卫星。
这些卫星向地球表面发射精确的微波信号，信号中携带着信息，包括卫星的位置和时间。
其次，接收天线是定位系统的核心组件之一、用户接收设备（例如GPS接收器）中的天线接收卫星发射的信号。
接收到的信号具有较低的功率和较弱的信噪比，因此需要高灵敏度的接收天线来采集和放大信号。
然后，信号处理是对接收到的信号进行解码和处理的过程。
接收器将接收到的信号与内置的星历数据（卫星位置和时间数据）进行匹配，以确定接收器与各个卫星的距离。
此外，接收器还会检测信号的多普勒频移，并对信号进行解调和解码，获取其中的导航信息。
最后，计算定位是基于接收到的卫星信号和星历数据进行的。
接收器使用测距原理来计算接收器与每颗卫星之间的距离，即卫星与接收器之间的时延。
通过至少三颗卫星的测距结果，接收器可以通过三角定位法来计算出接收器的三维位置。
此外，根据卫星钟的精确时间信息，接收器可以计算出接收器的时钟误差，从而提高定位的精度。
综上所述，卫星导航定位系统的工作原理是利用卫星发射信号，通过接收天线接收信号，并对信号进行处理和计算定位。
通过这个过程，系统可以实现对用户位置的准确定位和导航功能。
卫星导航定位原理：概论
同济大学 http://www.glonass-center.ru/nagu.txt
GALILEO
European Satellite Navigation System (ESA :The European Space Agency, Paris )
• 高精度 • 保证全球民用服务 • •与GPS\GLONASS兼容
• 地面控制部分:
– IGS global network; IGS products reference frame for coordinates, orbits, and Earth rotation. – Regional permanent networks (Europe, Japan, US, ...): densification of the reference frame.
– also called NAVSTAR (NAVigation System, Timing And Ranging)
• GPS 系统的3 个主要组成部分
– 空间部分，控制部分，用户部分
同济大学
GPS 的空间部分
• GPS空间部分由24颗卫星组成, 目前: – 28 (24+4 spares) active GPS satellites (26 Block II, 2 Block IIR) – Constellation design: at least 4 satellites in view from any location at any time to allow navigation (solution for 3 position + 1 station clock unknowns) – GPS Orbit characteristics: – Semi-Major Axis (Radius): 26,600 km (height20200km ) – Orbital Period : 11 h 58 min (4min ahead) – Orbit Inclination: 55 degrees – Number of Orbit Planes: 6 (60 degree spacing) – Number of Satellites: 24 (4 spares) – Approximate Mass: 815 kg, 7.5 year lifespan – Data Rate (message): 50 bit/sec – PRN (Pseudo-Random Noise) Codes Frequencies L-Band L1: 1575.42 MHtz L2: 1227.60 MHtz
卫星导航课程整理
第一章1.GPS的系统组成（包括一些关键参数）及各个部分的作用。
(p3)空间部分：GPS卫星作用：①接收、存储导航电文②生成用于导航定位的信号（测距码、载波）③发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）④接受地面指令，进行相应操作⑤其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。
地面控制部分：①监视卫星运行②确定GPS时间系统③跟踪并预报卫星星历和卫星钟状态④向每颗卫星数据存储器注入卫星导航数据用户设备部分：接收机的主要功能：①迅速捕获按一定卫星截止高度角所选择的待测卫星信号，并跟踪这些卫星；②对所接收到的卫星信号进行变换、放大和处理，以便测定出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间；③解译出GPS卫星所发送的导航电文；2.GPS现代化计划包括哪些内容。
(p10)①在GPS现代化第一阶段，发射12颗改进的GPS BLOCKⅡR型卫星，它们具有一些新的功能②在GPS现代化第二阶段，发射6颗GPS BLOCKⅡF型卫星③在GPS现代化计划的第三阶段，发射12颗改进的GPS BLOCKⅢ型卫星,在2003年完成代号为GPSⅢ的GPS完全现代化计划设计工作。
3.北斗卫星导航系统的定位原理。
(p15)BD系统是主动式双向测距二维导航。
地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。
第二章1.春分点的定义及其作用。
(p19)定义：太阳的视位置由南向北通过赤道的交点。
作用：春分点和天球赤道面是建立坐标系的重要基准点和基准面。
2.岁差、章动和极移的区别。
(p20、24)岁差和章动指的是地球连同它的自转轴一起在空间转动，但地球和自转轴之间并未发生相对运动，只会影响恒星的赤经赤纬，不会影响地面测站的坐标。
极移是地球相对于自转轴的转动，但它并不影响地球自转轴在空间的指向，因而极移会使地面测站的坐标发生变化，不会影响恒星的天球坐标。
3.天球坐标系如何转换到地球坐标系。
4.时间测量的类型。
(1)相对时间测量（2）绝对时间测量5.时间系统的类型及对应的空间参考点。
建筑施工卫星定位系统概论
建筑施工卫星定位系统概论摘要：在建筑施工的时候每次把定位轴线向上一层引测的时候，误差虽然在人工操作方面总是尽量在减小，但是随之楼层的逐次加高，加之各种外界因素影响，如风力等，小误差最终会累计成为大误差，另外，因为大家的手都很脏，图纸经常被揉的又烂又脏，摸得尺寸都看不清楚，增加了识图的难度，怎样能避免此类问题的出现或者尽量减少弹画墨线所带来的误差，同时又提高了工作的时间和效率成为本文所探讨的话题？关键词：画线浪费避免减少提高效率前言在建筑施工的时候每次把定位轴线向上一层引测的时候，误差虽然在人工操作方面总是尽量在减小，但是随之楼层的逐次加高，加之各种外界因素影响，如风力等，小误差最终会累计成为大误差，另外，因为大家的手都很脏，图纸经常被揉的又烂又脏，摸得尺寸都看不清楚，增加了识图的难度，怎样能避免此类问题的出现或者尽量减少弹画墨线所带来的误差，同时又提高了工作的时间和效率成为本文所探讨的话题？以前在建筑工地，见到一些高层建筑施工时，每层的控制轴线已经不再是从最高处悬吊铅垂一层一层往上引，因为随着楼层的增高，风力逐渐加大，尤其上了10层以后,铅锤左右乱摆，根本无法控制，所以高层建筑施工都采用在最底下的定位轴点安装红外线激光射枪(因为光线几乎不受风力大小的影响)，然后在上层的施工面放置玻璃板，打开激光装置后，会有一个小红圆点出现在玻璃板上，10层楼高的距离圆点直径可能才只有1/6个小指甲盖大小。
其它各关键点采用相同方法定位，等所有的关键点引为完毕后,就可以在新的操作面上，进行点与点的连线，用墨线弹置地面，整个楼面控制墙体的轴线就这样产生了。
而且精度误差值相对较低。
看了建筑工地的红外线射枪真是受启发，如果在卫星上安装一个信号发射装置并通过一定的控制装置使它把图纸上的关键点（比如角点或交点）相应的投射到接收板上，现场干活的不识图的小工都可以照准相应的小红点的位置点点，然后把相应的各点用墨线连起来，这样，整个一幅施工平面图就精确无误的出现了，接下来所做的就是依线砌筑或灌注墙体了。
卫星定位系统
卫星定位系统摘要全球卫星定位系统GPS的出现与发展为社会和个人提供了便利条件。
本文主要介绍全球卫星定位系统在军事和民用两方面的运用，包括其概念的提出、发展历程和模式。
本文还介绍了世界以及我国全球定位系统的现状，简述了全球定位系统（GPS）的基本结构和测量原理。
关键词：卫星定位；GPS ；应用引言全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。
因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用[1]，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。
正文2.1 卫星定位系统简介全球卫星定位系统GPS是美军70年代初在“子午仪卫星导航定位”技术上发展而起的具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。
GPS由三大子系统构成：空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统。
空间卫星系统空间卫星系统由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55Ο，轨道平面间距60Ο。
在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90Ο，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前30Ο。
事实上，空间卫星系统的卫星数量要超过24颗，以便及时更换老化或损坏的卫星，保障系统正常工作。
该卫星系统能够保证在地球的任一地点向使用者提供4颗以上可视卫星。
地面监控系统地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站构成。
该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。
地面监控系统各站的主要任务是：监测站用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。
卫星定位系统简介学习资料
在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应 等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时 大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根 据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收 机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。
GPS没有指北针的功能，静止不动时是不知道方向的。
5.导向（Bearing）6.日出日落时间（Sun set/raise time）
7.足迹线（Plot trail）
二、构成
由三部分构成：地面控制部分（由主控站、地面天线、监测站和通讯辅助系 统组成）、空间部分（由24颗卫星组成 分布在6个道平面上）、用户装置部分（主要 由GPS接收机和卫星天线组成）。
卫星定位系统简介
卫星定位系统简介
卫星定位系统 即全球定位系统(Global Positioning System)。简单地
说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任 意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该 观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。
GPS卫星定位原理及其应用卫星导航定位系统概论
电池帆板，全长
多波束定向天线，这是一种由12个单元构成
5.3230m24，/7/1接5 受日光面
的条形波束螺旋天线阵，能发射L1和L2波段
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积7.2m2。
的信号，其波束方向图能覆盖约半个地球。
GPS卫星的核心部件
微处理器 导航电文存储器 高稳定度的原子频标 伪噪声码发生器 S波段接收机 L波段双频发射机
▪ 基本结构
▪ 天线单元：接收天线、前置放大器 ▪ 接收单元：通道单元、计算和显示单元、存储
单元、电源
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当前美国对GPS用户的主要限制性政策
1.对不同的GPS用户，提供不同的服务方式。
2.实施选择可用性（Selective Availability—SA）政策。
3.精测距码（P码）的加密措施（Anti-spoofing —AS ） 也叫反电子欺骗措施。
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24 颗 卫 星 分 布 在 互 为 55 度 交 角 的 6 个 轨 道 平 面 上， 每个轨道面上布有4 颗卫星
卫 星 高 约 20200 Km
• 12 小 时 绕 轨 道 一 周
– 可 见 时 间 为 4-5 小 时
• 设计寿命为 7.5 年 • 卫 星 种类 区 分
– Block 1(一 代),Block 2, 2A(二 代), Block 2R，2 F(三 代)
根据Wooden 1985年所给出 的定义：NAVSTAR全球定位 系统（GPS）是一个空基全 天侯导航系统，它由美国国 防部开发，用以满足军方在 地面或近地空间内获取在一 个通用参照系中的位置、速 度和时间信息的要求。
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卫星定位技术的发展简介
7卫星定位(第七章)讲解
第七章卫星定位1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星的发射成功，是人类致力于现代科学技术发展的结晶，它使空间科学技术的发展，迅速地跨入了一个崭新的时代。
四十多年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学以及军事科学等众多学科领域，得到极其广泛的应用，从而推动了科学技术的迅猛发展，也丰富了人类的科学文化生活。
7.1 概论7.1.1 第一代卫星定位系统人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。
卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术。
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”(Navy Navigation Satellite System。
－NNSS)。
该系统采用多普勒卫星定位技术进行测速\定位的卫星导航系统。
NNSS系统中，卫星的轨道都通过地极，故也称“子午(Transit)卫星系统”。
子午卫星导航系统的问世，开创了海空导航的新时代，1964年该系统建成，随即在美国军方启用；1967年美国政府批准该系统解密，并提供民用。
自此，卫星多普勒定位技术迅速兴起。
多普勒定位具有经济快速、精度均匀、不受天气和时间的限制等优点。
只要在测点上能收到从子午卫星上发来的无线电信号，便可在地球表面的任何地方进行单点定位或联测定位，获得测站点的三维地心坐标。
美国子午卫星导航系统建立的同时，前苏联也于1965年开始建立了一个卫星导航系统，称为CICADA。
该系统有12颗所谓宇宙卫星。
NNSS和CICADA卫星导航系统虽然将导航和定位推向了一个新的发展阶段，但是它们仍然存在着一些明显的缺陷。
比如卫星少、不能实时定位。
地面上一点上空子午卫星通过的间隔时间较长，而且低纬度地区每天的卫星通过次数远低于高纬度地区。
而对于同一地点两次子午卫星通过的间隔时间为0.8—1.6小时，对于同一子午卫星，每天通过次数最多为13次，间隔时间更长。
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2、卫星多普勒定位
利用多普勒卫星定位技术进行测速、定位的卫星导 航系统，叫做子午卫星导航系统。 20世纪50年代末期，美国开始研制。20世纪70年代， 20世纪50年代末期，美国开始研制。20世纪70年代， 卫星多普勒定位技术迅速兴起。 卫星多普勒频移测量定位的基本原理是以多普勒效 应为基础。装在卫星上的无线电发射机连续发射电 磁波信号，地面站上的多普勒接收机，接收卫星通 过时所发射的电磁波信号，并将观测到的多普勒频 移个数记录下来，利用多普勒定位基本关系式可推 求出卫星位置或地面站位置。
70年代中期，我国开始引进多普勒接收机，进行 70年代中期，我国开始引进多普勒接收机，进行 了西沙群岛的大地测量基准联测。国家测绘局和 总参测绘局联合测设了全国卫星多普勒大地网， 石油和地质勘探部门也在西北地区测设了卫星多 普勒定位网。 在美国子午卫星导航系统（NNSS， 在美国子午卫星导航系统（NNSS， 6颗卫星）建 立的同时，前苏联也于1965年开始建立了一个卫 立的同时，前苏联也于1965年开始建立了一个卫 星导航系统（CICADA，有12颗所谓的宇宙卫星）。 星导航系统（CICADA，有12颗所谓的宇宙卫星）。
多普勒定位优点：具有经济快速、 精度均匀 、 多普勒定位优点：具有经济快速 、 精度均匀、 不受天气和时间的限制等。 不受天气和时间的限制等 。 只要在测点上能收 到从子午卫星上发来的无线电信号， 到从子午卫星上发来的无线电信号 ， 便可获得 测站点的三维地心坐标。 测站点的三维地心坐标。 缺限：1 比如卫星少、不能实时定位， 缺限：1）比如卫星少、不能实时定位，一台接 收机需观测15 次合格的卫星通过， 收机需观测 15次合格的卫星通过 ， 才能使单点 定位精度达10m左右。 定位精度达10m左右。2）卫星轨道低(平均高度 卫星轨道低( 1070km)，难以精密定轨。 1070km)，难以精密定轨。
第2节 卫星导航定位技术的发展
一、卫星导航定位技术的概念
卫星定位技术是利用人造地球卫星进行 点位测量的技术。具体地讲就是接收导航卫 星发送的导航定位信号，并以导航卫星作为 动态已知点，实时地测定运动载体的在航位 置和速度，进而完成导航定位。
二、卫星定位技术发展的三个阶段 1、卫星三角测量定位 ——20世纪60—70年代，人造地球卫星仅仅作为一种 ——20世纪60—70年代，人造地球卫星仅仅作为一种 空间的观测目标，由地面观测站对它进行观测建立卫 星三角网或卫星测距网。观测卫星的方法有: 星三角网或卫星测距网。观测卫星的方法有: ——卫星照像观测: ——卫星照像观测:它是在地面站上，以恒星为背景， 拍摄卫星发出的闪光或卫星反射的太阳光，根据底片 上卫星和恒星影像的位置以及拍摄时刻，经过底片处 理和归算，可求出拍摄瞬间卫星所在的空间方向。现 已很少使用。 ——卫星激光测距: ——卫星激光测距:卫星激光测距是由安置在地面站的 激光测距仪向卫星发射激光脉冲，并接收由卫星反射 镜反射回来的脉冲，测量脉冲往返传播时间，从而计 算测站至卫星的距离。
3、全球卫星导航定位系统 该系统具有全天候、全球性和高精度的连续导 航与定位功能。 主要运行和再建系统有：GPS卫星全球定位系 主要运行和再建系统有：GPS卫星全球定位系 统；GLONASS卫星全球导航系统；北斗卫星 统；GLONASS卫星全球导航系统；北斗卫星 导航系统；建设中的Galileo卫星导航系统。 导航系统；建设中的Galileo卫星导航系统。