北斗卫星导航系统基础知识PPT课件
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• 核心应用技术 与国际先进水平差距 较大 ， 自主研发终端性能仍需改进
• 交通 、 电信 、 金融 、 电力 、 物 流等 关键领域 未全部使用中国时频 基准
• 卫星导航行业应用规模总体偏小， 技术和业务的深度融合不足，装备 与系统应用水平较低
• 大众位置服务市场产业链较长，缺 乏有效的商业模式
• 对国际市场、国际用户需求、导航 产业国际化发展顶层谋划研究不足
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—用户终端应用
用户终端应用效果较好的环境
空旷地
楼顶高处
电磁辐射弱
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—用户终端应用
用户终端应用效果差的环境
水面 城市高楼
隧道
高架
树林下
电磁环境复杂
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内容概要
北斗导航与位置服务重点实验室|
成功发射3颗GEO卫星，建成北斗卫星导航试验系统。系统能够提 供基本的定位、授时和短报文通信服务。
2000年10月31日 140E
2000年12月21日 80E
2003年5月25日 110.5E
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—北斗三步走
第二步——亚太组网，实现亚太区域服务
2012年建成由14颗卫星组成的区域星座，区域服务覆盖亚太 地区，并正式提供服务。
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—系统组成
地面控制部分
地面控制部分包括：主控站，上 行注入站和监测站。负责收集由卫 星传回之讯息，并计算卫星星历、 相对距离，大气校正等数据，并向 每颗卫星注入更新的导航电文。
卫星地面控制部分
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卫星定位基本原理—定位原理
原理说明
网购物流查询
公交系统
公安执勤
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卫星导航定位需求—载体导航
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卫星导航定位需求—工程应用
工程测量
桥梁监测
地球形变测量
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内容概要
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北斗系统的发展—四大系统
四大导航系统
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卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
迷路是不知道自己在哪里，不能和已 知的位置建立起方位和距离的联系。
定位，解决我在哪儿的问题。
怎么定位？
指南针
地图
灯塔
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卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
无线电定位
手机信号定位
卫星定位
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卫星导航定位需求—导航
2007年4月14日 MEO卫星
2009年4月15日 GEO卫星
2010年1月17日 GEO卫星
卫星
运载火箭
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—北斗三步走
第三步——全球组网，实现全球服务
2020年建成由35颗卫星（5颗GEO，30颗non-GEO）组成的全球 导航系统。
第二步 2012年
北斗卫星导航系统基础知识
练柱先 0140349052 王玉泽 0140349074
2014/11
内容概要
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求
What ？什么是导航定位？ why ？为什么需要卫星导航定位？
how ？卫星导航定位怎么实现的？
how ？怎样更好利用导航定位服 务生产生活？
北斗导航与位置服Biblioteka Baidu重点实验室|
卫星定位基本原理—系统简介
系统简介
• 美苏空间信息激烈竞争，为卫星 导航系统提供了大量的资金支持。
• 通信技术的发展为卫星信号远距 离传输提供了可能。
• 电子技术进步为卫星的控制、制 造提供了强有力的保证。
• 经济社会的需求是卫星导航系统 持续发展的源动力。
美苏争霸
卫星导航系统有三部分组成：空间 星座部分，地面控制部分，用户终 端设备。
IGSO、MEO），但必须有无缝的 运控管理 • GPS已占领全球主要导航市场，而 北斗必须拥有属于自己的市场空间 • 相关政策、法规、标准需要进一步 健全 • 技术创新体系、应用服务体系和产 业推进体系尚不完善，产业环境亟 待优化
• 地面基础设施 欠缺 ， 分散建设 ， 未形成统一基准综合服务基础设施
北斗系统的发展—四大系统
北斗系统建设原则
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北斗系统的发展—北斗三步走
第一步——试验系统，实现从无到有
• 1983年提出发展建设概念。 • 1994年北斗卫星导航系统工程启动，之前历经8年理论论证。 • 2000年发射第一颗卫星。 • 2003年完成试验系统。 最终成果：
伪随机码（ Pseudo Random Noice，PRN）：
▪ 以等概率产生0和1。 ▪ 具有良好的自相关性。
编码信号移位后与原信号进行异或运算，产生 新序列，自相关函数R判定自相关性：
R = (N0 - N1) / (N0 + N1) 完全对齐时，R=1，未对齐时，R接近0。
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卫星向地面发射电磁波，以光速传播。卫星距地面高度 约为20000km。
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卫星定位基本原理—定位原理
导航电文
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卫星定位基本原理—计算延时
计算卫星信号传播时间
t0: 卫星发出码信号 t0: 接收机同步产生相同的码信号
Δt = ？
卫星基于电路产生的伪随机码相 位对齐方式实现时间延迟量的计算。
卫星定位基本原理—定位原理
定位原理
得到卫星和接收机之 间的距离后如何定位？
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卫星定位基本原理—定位原理
平面定位原理
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卫星定位基本原理—定位原理
第三步 2020年
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北斗系统的发展—系统应用
应用服务领域
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北斗系统的发展—机遇与挑战
面临挑战
• 北斗频率资源紧缺 • 北斗卫星时钟稳定性与国际先进水
平有较大差距 • 北斗卫星地面跟踪站仅限国土范围
，几何结构较差 • 北斗具有三种不同的星座（GEO、
导航是确定怎么去
导航解决怎么走的问题。规划 路径，安排时间，力求省时省力。
例如从上海瀚文小学到北京天 安门，利用卫星导航可以准确规划 出最优路径，全程约1216公里，开 车前往大概需要13小时24分。
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卫星导航定位需求—日常生活
车载导航
运动记录
无处不在的卫 星导航定位
移动商店
• 交通 、 电信 、 金融 、 电力 、 物 流等 关键领域 未全部使用中国时频 基准
• 卫星导航行业应用规模总体偏小， 技术和业务的深度融合不足，装备 与系统应用水平较低
• 大众位置服务市场产业链较长，缺 乏有效的商业模式
• 对国际市场、国际用户需求、导航 产业国际化发展顶层谋划研究不足
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北斗系统的发展—用户终端应用
用户终端应用效果较好的环境
空旷地
楼顶高处
电磁辐射弱
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北斗系统的发展—用户终端应用
用户终端应用效果差的环境
水面 城市高楼
隧道
高架
树林下
电磁环境复杂
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内容概要
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成功发射3颗GEO卫星，建成北斗卫星导航试验系统。系统能够提 供基本的定位、授时和短报文通信服务。
2000年10月31日 140E
2000年12月21日 80E
2003年5月25日 110.5E
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—北斗三步走
第二步——亚太组网，实现亚太区域服务
2012年建成由14颗卫星组成的区域星座，区域服务覆盖亚太 地区，并正式提供服务。
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—系统组成
地面控制部分
地面控制部分包括：主控站，上 行注入站和监测站。负责收集由卫 星传回之讯息，并计算卫星星历、 相对距离，大气校正等数据，并向 每颗卫星注入更新的导航电文。
卫星地面控制部分
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卫星定位基本原理—定位原理
原理说明
网购物流查询
公交系统
公安执勤
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卫星导航定位需求—载体导航
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卫星导航定位需求—工程应用
工程测量
桥梁监测
地球形变测量
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内容概要
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北斗系统的发展—四大系统
四大导航系统
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
迷路是不知道自己在哪里，不能和已 知的位置建立起方位和距离的联系。
定位，解决我在哪儿的问题。
怎么定位？
指南针
地图
灯塔
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卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
无线电定位
手机信号定位
卫星定位
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卫星导航定位需求—导航
2007年4月14日 MEO卫星
2009年4月15日 GEO卫星
2010年1月17日 GEO卫星
卫星
运载火箭
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北斗系统的发展—北斗三步走
第三步——全球组网，实现全球服务
2020年建成由35颗卫星（5颗GEO，30颗non-GEO）组成的全球 导航系统。
第二步 2012年
北斗卫星导航系统基础知识
练柱先 0140349052 王玉泽 0140349074
2014/11
内容概要
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求
What ？什么是导航定位？ why ？为什么需要卫星导航定位？
how ？卫星导航定位怎么实现的？
how ？怎样更好利用导航定位服 务生产生活？
北斗导航与位置服Biblioteka Baidu重点实验室|
卫星定位基本原理—系统简介
系统简介
• 美苏空间信息激烈竞争，为卫星 导航系统提供了大量的资金支持。
• 通信技术的发展为卫星信号远距 离传输提供了可能。
• 电子技术进步为卫星的控制、制 造提供了强有力的保证。
• 经济社会的需求是卫星导航系统 持续发展的源动力。
美苏争霸
卫星导航系统有三部分组成：空间 星座部分，地面控制部分，用户终 端设备。
IGSO、MEO），但必须有无缝的 运控管理 • GPS已占领全球主要导航市场，而 北斗必须拥有属于自己的市场空间 • 相关政策、法规、标准需要进一步 健全 • 技术创新体系、应用服务体系和产 业推进体系尚不完善，产业环境亟 待优化
• 地面基础设施 欠缺 ， 分散建设 ， 未形成统一基准综合服务基础设施
北斗系统的发展—四大系统
北斗系统建设原则
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—北斗三步走
第一步——试验系统，实现从无到有
• 1983年提出发展建设概念。 • 1994年北斗卫星导航系统工程启动，之前历经8年理论论证。 • 2000年发射第一颗卫星。 • 2003年完成试验系统。 最终成果：
伪随机码（ Pseudo Random Noice，PRN）：
▪ 以等概率产生0和1。 ▪ 具有良好的自相关性。
编码信号移位后与原信号进行异或运算，产生 新序列，自相关函数R判定自相关性：
R = (N0 - N1) / (N0 + N1) 完全对齐时，R=1，未对齐时，R接近0。
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卫星向地面发射电磁波，以光速传播。卫星距地面高度 约为20000km。
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卫星定位基本原理—定位原理
导航电文
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卫星定位基本原理—计算延时
计算卫星信号传播时间
t0: 卫星发出码信号 t0: 接收机同步产生相同的码信号
Δt = ？
卫星基于电路产生的伪随机码相 位对齐方式实现时间延迟量的计算。
卫星定位基本原理—定位原理
定位原理
得到卫星和接收机之 间的距离后如何定位？
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
平面定位原理
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
第三步 2020年
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—系统应用
应用服务领域
北斗导航与位置服务重点实验室|
北斗系统的发展—机遇与挑战
面临挑战
• 北斗频率资源紧缺 • 北斗卫星时钟稳定性与国际先进水
平有较大差距 • 北斗卫星地面跟踪站仅限国土范围
，几何结构较差 • 北斗具有三种不同的星座（GEO、
导航是确定怎么去
导航解决怎么走的问题。规划 路径，安排时间，力求省时省力。
例如从上海瀚文小学到北京天 安门，利用卫星导航可以准确规划 出最优路径，全程约1216公里，开 车前往大概需要13小时24分。
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—日常生活
车载导航
运动记录
无处不在的卫 星导航定位
移动商店