各类卫星星座系统
全球四大卫星定位系统
全球四大卫星定位系统一．GPS系统（美国）二．北斗系统（中国）三．GLONASS系统（俄罗斯）四．伽利略卫星导航系统（欧盟）GPS系统（美国）GPS系统是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资近200亿美元，于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统。
GPS利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。
它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。
如今，GPS已经成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。
GPS系统概述GPS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三部分组成。
（1）空间部分GPS系统的空间部分由空间GPS卫星星座组成。
（2）控制部分控制部分包括地球上所有监测与控制卫星的设施。
（3）用户部分GPS用户部分包括GPS接收机和用户团体。
主要功能：导航测量授时标准：全球定位系统(GPS)测量规范GB/T 18314-2001 Specifications for global positioning system (GPS) surveys种类：GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
北斗卫星导航系统中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。
段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
系统构成北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，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。
中国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射16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。
卫星定位系统原理及各国发展的历史
简述:卫星定位系统原理及各国发展的历史1、子午卫星导航系统（NNSS）该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于64年建成的“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System）。
这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。
1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓厚的兴趣。
经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。
霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。
而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。
1958年12月在克什纳博士的领导下开展了三项研究工作：①研制卫星；②建立地球重力场模型以便卫星的精确定轨和准确预报卫星的空间位置；③研制多普勒接收机。
经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至19 67年7月该系统才由军方解密供民间使用。
此后用户数量迅速增长，最多达9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。
1.1 子午卫星导航系统的组成（1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独立轨道的极轨卫星组成。
在设计上要求卫星的轨道的偏心率为零，轨道倾角i =90°；卫星运行周期为T=107m；卫星高度约为H=1075km；按理论上的设计，六颗卫星应当均匀分布在相互间隔为30度轨道平面上。
但由于早期卫星入轨精度不高，各卫星周期、倾角、偏心率都存在不同程度的误差，故各卫星轨道进动的大小和方向也都不尽相同，这样经过一段时间后各卫星轨道间的间距就变得疏密不一。
北斗系统及产品应用介绍
北斗系统及产品应用介绍北斗导航卫星系统是中国自主研发的全球卫星导航系统，具有独立的卫星星座、地面增强系统和用户终端，是中国航海、航空、交通、测绘、气象、电力、石油、农业等领域中不可或缺的重要工具。
北斗系统的产品应用范围广泛，涵盖了交通运输、公共安全、国土资源等多个领域。
一、交通运输领域：北斗系统在交通运输领域中的应用十分广泛。
首先是汽车导航系统，车载终端可以通过北斗系统获取精准的位置信息，并提供最优的路线规划和导航服务，提高驾驶的安全性和效率。
其次是船舶导航系统，北斗系统可以实时监测和控制船舶的位置，为船舶提供导航、遥测和通信等服务，提高海上运输的安全性和效率。
此外，北斗系统还可以应用于航空交通管制、铁路运输、物流监控等方面，提升交通运输领域的整体效能。
二、公共安全领域：北斗系统在公共安全领域中有着重要的应用。
首先是应急救援系统，北斗系统可以提供精确的位置信息，为救援人员提供快速定位和导航服务，提高救援效率和准确性。
其次是灾害预警和监测系统，北斗系统可以监测地震、洪水、火灾等自然灾害的发生情况，并及时发布预警信息，提醒公众和相关部门采取相应措施，保障公众的生命财产安全。
此外，北斗系统还可以用于警务指挥和监控，通过车载终端和身份识别终端，实现对警员和嫌疑人的定位跟踪，提高公安机关的反恐、抢劫、偷盗等犯罪案件的侦破能力。
三、国土资源领域：北斗系统在国土资源领域中起到重要的作用。
首先是地理信息系统，北斗系统可以为地理信息系统提供高精度的空间定位和导航功能，为地理信息的采集、管理和应用提供强大的支撑。
其次是土地调查和规划，北斗系统可以提供快速准确的地理位置信息，为土地调查和规划工作提供数据支持。
此外，北斗系统还可以用于地质勘探、测绘测量、资源调查等方面，提高国土资源管理和开发的科学性和精确性。
总结起来，北斗导航卫星系统具有广泛的产品应用，涉及交通运输、公共安全、国土资源等多个领域。
北斗系统通过卫星星座、地面增强系统和用户终端的综合应用，为各行业提供高精度、高可靠的位置信息和导航服务，提高工作效率和生活品质。
星座导航及其卫星通信系统的研究
星座导航及其卫星通信系统的研究一、引言卫星导航与通信已经成为了现代社会不可或缺的技术，星座导航及其卫星通信系统作为卫星导航与通信的重要组成部分，受到了国内外学者的广泛关注。
本文将详细阐述星座导航及其卫星通信系统的起源、发展、现状及未来发展趋势。
二、星座导航的概念及历史星座导航是指将多颗卫星安排在不同轨道上，形成一个星座网络来提供导航和定位服务的技术。
星座导航系统最早起源于1960年代美国海军的TRANSIT卫星导航系统，它由6-8颗卫星组成，并定期更新，并在1974年正式向公众开放。
其他比较知名的星座导航系统还包括GPS、GLONASS、BeiDou等。
三、星座导航系统的原理星座导航系统是通过测量卫星与地面用户之间的距离来实现定位和导航，常用的技术包括天线接收器接收到卫星信号、定位计算、信号校正等。
在定位计算中，经纬度和高度是星座导航系统最基本的定位信息。
用户需要的所有信息都可以通过卫星信号来获取。
四、星座导航系统的卫星通信卫星通信是将信息通过卫星传输到任何一个地球上的任何一个点的技术，并能满足不同地区的通信需求。
星座导航系统可以通过多颗卫星来实现全球覆盖，并进行卫星通信。
卫星通信系统的主要组成部分包括发射机、卫星、接收机以及随从站等。
五、星座导航及其卫星通信系统的应用星座导航及其卫星通信系统可以应用于许多领域，如军事、民用、科学研究、航空航天以及金融等。
它可以为旅行者提供可靠的导航和定位服务，为救援提供及时响应，为金融行业提供安全快捷的交易通道等。
六、星座导航及其卫星通信系统的未来展望随着技术的不断发展，星座导航及其卫星通信系统将面临更多的挑战和机遇。
未来星座导航及其卫星通信系统的发展方向包括更高的性能、更精确的定位服务、更高的数据传输速率、更低的能耗以及更优化的卫星网络结构等。
七、结论星座导航及其卫星通信系统是卫星导航与通信的重要组成部分，随着技术的不断发展，它将在日常生活的各个领域中发挥越来越重要的作用。
全球六大GNSS介绍
北斗卫星导航系统覆盖范围：全球功能：北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种形式。
开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。
管理机构：中国卫星导航系统管理办公室。
空间段：北斗卫星导航系统由空间星座、地面控制和用户终端三大部分组成。
空间星座部分由5颗地球静止轨道（GEO）卫星和30颗非地球静止轨道（Non-GEO）卫星组成。
GEO 卫星分别定点于东经58.75度、80度、110.5度、140度和160度。
Non-GEO卫星由27颗中圆地球轨道(MEO)卫星和三颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星组成。
其中，MEO卫星轨道高度21500千米，轨道倾斜角55度，均匀分布在3个轨道面上;IGSO卫星轨道高度36000千米，均匀分布在3个倾斜同步轨道面上，轨道倾斜角55度，3颗IGSO卫星星下点轨迹重合，交叉点经度为东经118度，相位差120度。
地面控制部分由若干主控站、注入站和监测站组成。
主控站主要任务是收集各个监测站的观测数据，进行数据处理，生成卫星导航电文、广域差分信息和完好信息，完成任务规划与调度，实现系统运行控制与管理等；注入站主要任务是在主控站的统一调度下，完成卫星导航电文、广域差分信息和完好信息注入，有效载荷的控制管理；监测站对导航卫星进行连续跟踪监测，接收导航信号，发送给主控站，为卫星轨道确定和时间同步提供观测数据。
用户段：有各类北斗用户终端，以及与其卫星导航系统兼容的终端组成，能够满足不同领域和行业的应用需求。
服务区：东经84度到160度，南纬55度到北纬55度之间的大部分区域。
服务方式：包括开放服务和授权服务两种方式。
开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
四大全球卫星定位系统比较
北斗卫星导航系统-系统组成
系统组成：
空间段：由5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星 组成
GEO 卫星
星座
Non-GEO 卫星
北斗卫星导航系统-系统组成
系统组成：
地面段：由主控站、上 行注入站和监测站组成
北斗系统地面段
北斗卫星导航系统-系统组成
第三步，2020年北斗卫星导航系统形成全球无源 服务能力。
北斗卫星导航系统-发展路线图
北斗卫星导航系统-工程任务
+ 主要任务：
研制生产5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星，在西昌 卫星发射中心用CZ-3A系列运载火箭发射共35颗卫星， 西安卫星测控中心提供卫星发射组网与运行测控支持。
四大卫星导航系统
美国的GPS 中国的北斗 俄罗斯的GLONASS 欧盟的Galileo 四大系统参数应用比较
+ 格洛纳斯卫星系统是“格洛纳斯GLONASS”是俄语中 “全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯 继续该计划。俄罗斯 1993年开始独自建立本国的全 球卫星导航系统。按计划，该系统将于2007年年底 之前开始运营，届时只开放俄罗斯境内卫星定位及 导航服务。到2009年年底前，其服务范围将拓展到 全球。该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及 空中目标的坐标及运动速度信息等。
GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户设备三部分组成。
GPS-系统组成
GPS构成
空间部分
•24颗工作卫星组成 •距地表20200km上 空
•全球任何地方、任 何时间都可观测到4 颗以上的卫星
卫星星座基本参数
卫星星座基本参数卫星星座是由一组卫星组成的天体系统，用于提供全球范围内的通信、导航或遥感服务。
它们通常以地球轨道上的一系列卫星形式存在，这些卫星之间相互配合，以覆盖整个地球的表面。
卫星星座的基本参数包括以下几个方面：1. 卫星数量：卫星星座的规模通常由卫星的数量决定。
不同的应用需要不同数量的卫星来提供服务。
例如，全球导航卫星系统（GNSS）通常需要24颗以上的卫星来实现全球覆盖。
2. 轨道类型：卫星星座可以采用不同的轨道类型，如地球同步轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）或低地球轨道（LEO）。
不同的轨道类型对卫星的运行高度、轨道周期和覆盖范围都有影响。
3. 卫星分布：卫星星座中的卫星可以以不同的方式分布在轨道上。
例如，全球导航卫星系统通常采用均匀分布的方式，确保在任何时刻都有多颗卫星可见。
而通信卫星星座可能会采用更密集的分布方式，以增加容量和覆盖范围。
4. 信号覆盖：卫星星座需要覆盖全球范围的地表，因此信号覆盖是一个重要的参数。
卫星星座的设计需要考虑到地球各个地区的信号接收强度、多径效应和信号延迟等因素。
5. 通信频段：卫星星座的通信频段决定了其在电磁频谱中的位置。
不同的频段具有不同的传输特性和应用限制。
常见的卫星通信频段包括Ka波段、Ku波段和C波段等。
6. 网络架构：卫星星座的网络架构指的是卫星之间的通信方式和协议。
这包括星间链路、地面站和用户终端之间的通信方式，以及数据传输和路由策略等。
综上所述，卫星星座的基本参数涵盖了卫星数量、轨道类型、卫星分布、信号覆盖、通信频段和网络架构等方面。
这些参数的选择和设计将直接影响卫星星座的性能和应用范围。
GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述
ＧPS、GALＩLEO、BDＳ、ＧＬONASS四大卫星定位系统得论述一、基本介绍➢GPS数量:由2４颗卫星组成。
轨道:高度约２0200公里,分布在６条交点互隔6０度得轨道面上。
精度:约为10米、用途:军民两用。
进展:１9９3年全部建成,正在实验第二代卫星系统,计划发射2０颗。
➢GLONASS数量:２４颗卫星组成;精度:1０米左右;用途:军民两用;进展:目前已有１７颗卫星在轨运行,计划２00８年全部部署到位、➢GAＬILEO数量:3０颗中高度圆轨道卫星组成,２7颗为工作卫星,３颗为候补;轨道:高度为24１2６公里,位于３个倾角为5６度得轨道平面内;精度:最高精度小于１米;用途:主要为民用;进展:20０5年12月２８日首颗实验卫星已成功发射,预计2０08年前可开通定位服务。
➢BＤS数量:3颗卫星组成,２颗为工作卫星,１颗为备用卫星;用途:军民两用;进展:前两颗分别于2００0年与20０３年发射成功。
二、系统组成❖空间部分➢GPS:GＰS得空间部分就是由24颗卫星组成(21颗工作卫星;3颗备用卫星),它位于距地表20２00km得上空,均匀分布在６个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。
卫星得分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上得卫星,并能在卫星中预存导航信息,GPS得卫星因为大气摩擦等问题;随着时间得推移,导航精度会逐渐降低➢GLＯNASS:ＧＬONASS系统采用中高轨道得２4颗卫星星座,有21颗工作星与3颗备份星,均匀分布在3个圆形轨道平面上,每轨道面有８颗,轨道高度H=1９000kｍ,运行周期T＝11h15min,倾角ｉ=６4。
８°。
➢GＡＬIＬEＯ:如下图所示,3０颗中轨道卫星(MEO)组成Galilｅo得空间卫星星座。
卫星均匀地分布在高度约为2361６kｍ得3个轨道面上,每个轨道上有10颗,其中包括一颗备用卫星,轨道倾角为5６°,卫星绕地球一周约14h22min,这样得布设可以满足全球无缝隙导航定位、卫星得设计寿命为2０年,每颗卫星都将搭载导航载荷与一台搜救转发器。
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PRN编号是地面用户进行信号捕获、跟踪的关键参数，必须
保证编号的连续性和可用性。
GPS卫星发射频率
当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成 的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。导航电文包括卫 星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折 射修正等信息。
目录
10.1 美国的GPS 10.2 俄国的GLONASS 10.3 欧洲的伽利略系统 10.4 中国的北斗系统 10.5 印度 10.6 日本天顶 10.7卫星系统辅助技术
10.1 GPS
全球定位系统(Global Positioning System, GPS)是美国从20世纪70年代开始研制的， 耗资300亿美元，于1994年全面建成，2018 年开始启动第三代，精度可达0.6米。
GPS全球卫星定位系统由三部分组成：
空间部分：GPS星座
地面控制部分：地面监控系统
一个主控站，5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。 负责维护每颗GPS卫星的星历（即描述卫星运动及其 轨道的参数）。对于导航定位功能而言，GPS卫星的 星历是唯一的动态已知参数。监控卫星正常工作，以 及保持各颗卫星处于同一时间标准。地面站监测出相 关信号以后，将控制命令通过地面注入站发给卫星。
GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为 1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波，它 们的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和120倍，波 束方向图能覆盖约半个地球。在L1和L2上又分别调制着多 种信号，这些信号主要有：
分别是民用的粗/截获码（C/A码）和军用的精密码（P 码），P码加密后构成Y码，因此常将精密码记为P(Y)码。
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断 地发射导航电文和误差校正值。
由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟 不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、 y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之 间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这 4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所 处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。
用户可用4颗卫星确定4个导航参数：纬度、 经度、高度、时间。
PVT解算
每颗卫星大约5小时在地平线以上，同时位于地平线以上的 最少4颗，最大11颗，一般可观察到6-9颗。
卫星上的核心设备是高精度铯原子钟（稳定度为10-13~1014），具有抗辐射性能，它发射标准频率信号，为GPS定 位提供高精度的时间标准。
卫星编号
GPS系统包括SVN（空间飞行器编号）、PRN（伪随机码 编号）、SVID（卫星号）、NAVSTAR（导航星编号）以及 卫星代号在内的五类卫星编号
首先，接收机通过卫星发射的伪码与本地 伪码的相关运算，可获求得卫星信号的传 输时延。
然后，用户从接收到导航电文中，可以提 取时间标记，该标记标明发送信号什么时 候离开的卫星，再利用导航电文中的卫星 星历数据，可以推算出卫星发射电文时所 处位置，以及卫星与用户的距离，由此进 一步推导用户在大地坐标系中的位置速度 等信息。
C/A码是Gold码，码长1023，频率1.023MHz，重复周期1 毫秒，码间距1微秒，相当于300m。
P码
P码又被称为精码，它被调制在L1和L2载波上，是10MHz的 伪随机噪声码，其周期为七天。在实施AS时，P码与W码进 行模二相加生成保密的Y码，一般和称P（Y）码
P码用4个12位移位寄存器的PN序列产生，重复周期266.4 天，被截断成38个短序列，每个序列码长6.1871012，频率 10.23MHz，重复周期7天，码间距0.1微秒，相当于30m。P 码因频率较高，不易受干扰，定位精度高达3米，因此受美 国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国 军方服务。
传统PPS用户，初始工作时跟踪L1上C/A码，然后转化为跟踪L1和L2上 的P（Y）码，此操作师们找到了各种各样的利用L2上码型未知军用信号的 方法，以Z跟踪为代表的一系列技术打开了民用双频测量的 大门。
最新的GPS卫星在L2频率上调制了新的民用信号，使用了 第三个频率L5，并开发新的军用信号M码，GPS依然保持着 业界老大的地位，短期内无人能敌。
16年在开阔地实测GPS椭圆直径径大概两米，及测量精度 大概2米
GPS的基本原理
GPS的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接 收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知 道接收机的具体位置。
卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星 星历中查出，每一颗卫星都会广播其星历表。
用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户 到达时间（TOA），再将其乘以光速得到。由于大 气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之 间的真实距离，而是伪距（PR）。
用户设备部分：GPS 信号接收机。
在GPS中使用单向传输，只有从卫星到用户的链路， 用户不需要发射机，只需要一个GPS接收机即可。
GPS星座
卫星距地面2万公里（20200km）倾斜圆轨道上的24颗卫星 组成，旋转周期为12小时。
由24颗分布在6个等间隔轨道上的卫星组成，每个轨道平面 上有4颗卫星，与赤道成55度的相同方向运行，空间间隔为 90度，3颗为活动的备用卫星。
对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右， 对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。
CA码
C/A码又被称为粗捕获码，它被调制在L1载波上，是1MHz 的伪随机噪声码（PRN码），其码长为1023位（周期为1ms ）。由于每颗卫星的C/A码都不一样，因此，我们经常用它 们的PRN号来区分它们。