现代传感与检测技术
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
使用C/A码，民用 水平±100 m 垂直± 150-170 m 时间± 340 ns
Precise Positioning Service (精密定位服务)
可使用P码，军用 水平± 22 m 垂直± 27.7 m 时间± 200 ns
2、 SA和AS技术
3、GPS现代化
Selective Availability（选择可用性）
1990.3.25~2000.5.1 人为降低普通用户的测量精度。方法:
ε技术：降低星历精度（加入随机变化） δ技术：卫星钟加高频抖动（短周期，快变化）
在Block IIＲ卫星的L2载波上调制C/A码，在Block II F 卫星中增加 f =1 176.45MHz的民用频率； 增强卫星信号强度，增加抗干扰能力； 增设新的军用码(M码)，与民用码分开，并具有更好的 保密性和抗干扰能力； 使用新技术，以阻止或干扰敌方使用GPS； 军用接收机具有更好的保护装置，特别是抗干扰能力， 具有快速初始化功能。
导航与定位
卫星导航发展，基本原理，信号处理
微弱信号检测 检测系统抗干扰技术 信号的调理及处理 多传感器信息融合 现代检测系统 计算机检测技术 虚拟仪器
姿态敏感器
GPS测量、陀螺仪、太阳敏感器、星敏感器
汽车传感器
汽车传感器类型、应用
接收机基本原 理 组合导航技术
机器人传感器
全球设施（ 空间段和地面段 ） 空间段 G ALILEO DATA 27/3/1 Walker 27/3/1 3轨面 Constellation 56度 23616km 20年 14h4m
27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)
GPS系统组成——用户设备部分
按照原理、用途、功能来分类
导航型接收机
用途
测地型接收机 单频接收机
载波频率
双频接收机 平方型接收机 多通道接收机
工作原理
混合型接收机 干涉型接收机
通道种类
序贯通道接收机
2
2015/9/24
GPS系统组成——用户设备部分
GPS系统组成——用户设备部分
手持导航型GPS机，精度5-15m
2010.12 24 颗卫星 99.99% 全球可用性
欧洲伽利略导航卫星计划
欧洲意发展GNSS（Global positioning and Navigation Satellite System）,将建立包含30颗环绕地球卫星的网络，卫 星高度2．4万公里，计划于2008年建成并投入使用
Galileo 组成
测量型GPS接收机，最高精度1mm+1ppm
主机箱 电台 主机 记 录 簿
天 线
电 源
天 线
GPS在各个领域中的应用
1、GPS在军事中的应用
2、GPS在交通运输业中的应用
航运、航空搜索 陆路交通（车辆导航、监控） 船舶远洋导航和进港引水
GPS导航的导弹
3、GPS在测量中的应用
布设城市控制网、工程测量控制网， 进行各种工程测量
Galileo系统，采用被动式导航定位原理和扩频技术发 送导航定位信号。但它将其功能分成公开服务、人身安全 、商务服务和公用管理等四种服务模式，每种服务采用不 同的信号。从该表可见，只有公开服务和安全服务，是采 用自由使用的信号；余者是需要经过特许，才可使用的。
Galileo 系统服务种类和信号 载波频率 服务名称 公开服务 (OS) 人身安全服 务(SOL) 商务服务(CS) 公用管制服 务(PRS) 说明 表示没有加密的伪噪声码； 表示没有加密的卫星导航电文。 表示已加密的伪噪声码； 表示已加密的卫星导航电文 E5A E5B E6C E6P L1F L1P
Блок 39. 25.12.2008 Блок 38. 25.09.2008 Блок 37. 25.12.2007 20.02.2009 5-7 m
(1 sigma)
GLONASS系统新进展
计划到 2010具体完全工作能力 （24颗星） 地面控制部分现代化
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
• period 14 hours 4 min • ground track repeat about 10 days
5
2015/9/24
Galileo 组成
区域设施
IMS Network IULS
Galileo服务
全球设备 局域设施
局域设施
NAV SIS NAV SIS
区域上行
NAV SIS
卫星星座
GLONASS系统新进展
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
20.02.2007 18 m (1 sigma) 20.02.2006 25 m (1 sigma)
Блок 36. 26.10.2007
20.02.2008 15 m (1 sigma)
GPS系统组成——地面控制部分
主控站:它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据， 计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这 些数据通过注入站注入到卫星中去 ；同时，它还对 卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现 故障时，调度备用卫星替代失效的工作卫星工作。 3个注入站:将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的 改正数等注入到卫星中去。 5个监控站：接收卫星信号，监测卫星的接收卫星信 号，监测卫星的工作状态 ，传送到主控站。
. . .
….
. . .
IMS Network
ICC
数据链
NAV SIS
监控站
局域设施
ICC IMS
数据链 完好性测试 与发布
GCC
导航控制& 星座维护中心
UHF 搜救
L-band 导航 COSPAS-SARSAT
地面设施
用户
外部辅助系统
全球设施、区域设施、局域设施、用户部分
免费公共服务：免费使用 商业服务：高精度加密信息、 区域差分信号等 生命保险服务：用于交通运输 、航空、船只入港、铁路运输 管制和航空管制 公共事业服务：欧盟用，如国 家安全、紧急救援、治安、警 戒，及紧急的能源和通讯等。 搜寻与救援服务：优于国际通 用的卫星搜寻救援系统COSPASSARSAT
Anti-Spoofing（反电子欺骗）
1994.1.31~至今 P码加密，P+WY
GLONASS 升级计划
俄罗斯的GLONASS系统
GLONASS是前苏联开始建立的全球导航卫星系统 (Global Navigation Satellite System－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.6 GHz 和 1.2GHz。 目前的卫星状况已具备可用性。
Galileo系统提供四种服务模式
每颗 Galileo 卫星发送的 6 种导航定位信号
Galileo 信号名称 L1F L1P E6C E6P E5A E5B 射频分量 L1-B L1-C L1-A E6-B E6-C E6-A E5A-I E5A-Q E5B-I I/Nav 导航电 文类型 I/Nav G/Nav C/Nav G/Nav F/Nav 特点 民众使用信号，传送完整 的导航数据。 约束使用信号，传送约束 使用的导航数据。 控制使用信号，传送控制 使用的导航数据。 约束使用信号，传送约束 使用的导航数据。 民众使用信号，传送完整 的导航数据。 民众使用信号，传送完整 否 部分加密 政府型加密 否 政府型加密 否 商务型加密 商务型加密 测距码 加密否 否 政府型加密 导航数据 加密否 部分加密 政府型加密
不同时间的工作卫星数
GLONASS 卫星部署计划
2008.12 –2009.1 18 颗卫星 94% 全球可用性
2009.12 22 颗卫星. 99.7% 全球可用性
对将来新发射的GLONASS-K卫星 增加CDMA信号 GLONASS performance competitive ability provision plan GLONASS Federal Program extension until 2020
2015/9/24
决定战争胜负的是什么？
现代传感与检测技术
武器装备的先进 战术兵法的运用 国家的经济实力 战争的师出有名 军队的规模数量 军队的纪律组织 将领的指挥能力
2
现代传感与检测技术课程安排及主要内容
传感器原理部分 检测技术
卫星导航(内容)
卫星导航技术发展 卫星导航基本原理
altitude ~23616 km SMA 29993.707 km
GNSS1是GPS和 GLONASS的星基增强 系统, EGNOS(欧洲静止 轨道导航重叠服务。 1995年启动,2000年运 行,包括服务:辅助测距 信息;完整性信息;广域 差分改正信息。
inclination 56 degrees
Colorado springs
24颗卫星（21+3） 6个轨道平面 55º轨道倾角 20200km轨道高度（地面 高度） 11小时58分轨道周期 5个多小时出现在地平线 以上每天提前4分钟出现 在地球上任何地方可以同 时观测到4-11颗高度角15 以上的卫星。
5 5
kwajalein
Hawaii Ascencion Diego Garcia
GPS系统组成
空间部分：
提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息
地面控制部分： 用户设备部分：
接收卫星信号 记录处理数据 中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨
GPS系统组成——空间部分
GPS系统组成——地面控制部分
1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥 伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。
3
2015/9/24
4、GPS在其他领域中的应用
美国政府的GPS政策
1、SPS与PPS
精细农业 遥感 卫星定轨 资源勘探 GPS气象学 个人旅游及野外探险 电力、广播、电视、通讯等网络的时间同步 、时间传递 …
Standard Positioning Service (标准定位服务)
4
2015/9/24
GLONASS系统新进展
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
常用机器人传感器
3 4
全球四大卫星导航定位系统
美国GPS
Leabharlann Baidu
俄罗斯GLONASS
欧盟伽利略
中国北斗
特点： 1.全球、全天候工作 2.功能多、应用广 3.定位精度高 4.操作简便 5.定位效率高 6.抗干扰性能好、保密性能强
5 6
1
2015/9/24
GPS(Global Positioning System)全球定位
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
系统
全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系 统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、 连续、实时的三维定位和测速；另外，利用该系统，用 户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位. 1973年批准研制GPS系统；1974~1993先后经历了方案 论证、系统论证、生产试验三个阶段。论证阶段发射了 11颗卫星，试验阶段发射了第三代GPS卫星。 GPS卫星星座24颗卫星，卫星轨道面个数6个，卫星高 度20200KM，轨道倾角55度，运行周期11小时58分，载波 频率为1575和1227MHZ，GPS卫星在轨重量为843.68KG， 设计寿命七年半。
Precise Positioning Service (精密定位服务)
可使用P码，军用 水平± 22 m 垂直± 27.7 m 时间± 200 ns
2、 SA和AS技术
3、GPS现代化
Selective Availability（选择可用性）
1990.3.25~2000.5.1 人为降低普通用户的测量精度。方法:
ε技术：降低星历精度（加入随机变化） δ技术：卫星钟加高频抖动（短周期，快变化）
在Block IIＲ卫星的L2载波上调制C/A码，在Block II F 卫星中增加 f =1 176.45MHz的民用频率； 增强卫星信号强度，增加抗干扰能力； 增设新的军用码(M码)，与民用码分开，并具有更好的 保密性和抗干扰能力； 使用新技术，以阻止或干扰敌方使用GPS； 军用接收机具有更好的保护装置，特别是抗干扰能力， 具有快速初始化功能。
导航与定位
卫星导航发展，基本原理，信号处理
微弱信号检测 检测系统抗干扰技术 信号的调理及处理 多传感器信息融合 现代检测系统 计算机检测技术 虚拟仪器
姿态敏感器
GPS测量、陀螺仪、太阳敏感器、星敏感器
汽车传感器
汽车传感器类型、应用
接收机基本原 理 组合导航技术
机器人传感器
全球设施（ 空间段和地面段 ） 空间段 G ALILEO DATA 27/3/1 Walker 27/3/1 3轨面 Constellation 56度 23616km 20年 14h4m
27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)
GPS系统组成——用户设备部分
按照原理、用途、功能来分类
导航型接收机
用途
测地型接收机 单频接收机
载波频率
双频接收机 平方型接收机 多通道接收机
工作原理
混合型接收机 干涉型接收机
通道种类
序贯通道接收机
2
2015/9/24
GPS系统组成——用户设备部分
GPS系统组成——用户设备部分
手持导航型GPS机，精度5-15m
2010.12 24 颗卫星 99.99% 全球可用性
欧洲伽利略导航卫星计划
欧洲意发展GNSS（Global positioning and Navigation Satellite System）,将建立包含30颗环绕地球卫星的网络，卫 星高度2．4万公里，计划于2008年建成并投入使用
Galileo 组成
测量型GPS接收机，最高精度1mm+1ppm
主机箱 电台 主机 记 录 簿
天 线
电 源
天 线
GPS在各个领域中的应用
1、GPS在军事中的应用
2、GPS在交通运输业中的应用
航运、航空搜索 陆路交通（车辆导航、监控） 船舶远洋导航和进港引水
GPS导航的导弹
3、GPS在测量中的应用
布设城市控制网、工程测量控制网， 进行各种工程测量
Galileo系统，采用被动式导航定位原理和扩频技术发 送导航定位信号。但它将其功能分成公开服务、人身安全 、商务服务和公用管理等四种服务模式，每种服务采用不 同的信号。从该表可见，只有公开服务和安全服务，是采 用自由使用的信号；余者是需要经过特许，才可使用的。
Galileo 系统服务种类和信号 载波频率 服务名称 公开服务 (OS) 人身安全服 务(SOL) 商务服务(CS) 公用管制服 务(PRS) 说明 表示没有加密的伪噪声码； 表示没有加密的卫星导航电文。 表示已加密的伪噪声码； 表示已加密的卫星导航电文 E5A E5B E6C E6P L1F L1P
Блок 39. 25.12.2008 Блок 38. 25.09.2008 Блок 37. 25.12.2007 20.02.2009 5-7 m
(1 sigma)
GLONASS系统新进展
计划到 2010具体完全工作能力 （24颗星） 地面控制部分现代化
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
• period 14 hours 4 min • ground track repeat about 10 days
5
2015/9/24
Galileo 组成
区域设施
IMS Network IULS
Galileo服务
全球设备 局域设施
局域设施
NAV SIS NAV SIS
区域上行
NAV SIS
卫星星座
GLONASS系统新进展
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
20.02.2007 18 m (1 sigma) 20.02.2006 25 m (1 sigma)
Блок 36. 26.10.2007
20.02.2008 15 m (1 sigma)
GPS系统组成——地面控制部分
主控站:它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据， 计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这 些数据通过注入站注入到卫星中去 ；同时，它还对 卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现 故障时，调度备用卫星替代失效的工作卫星工作。 3个注入站:将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的 改正数等注入到卫星中去。 5个监控站：接收卫星信号，监测卫星的接收卫星信 号，监测卫星的工作状态 ，传送到主控站。
. . .
….
. . .
IMS Network
ICC
数据链
NAV SIS
监控站
局域设施
ICC IMS
数据链 完好性测试 与发布
GCC
导航控制& 星座维护中心
UHF 搜救
L-band 导航 COSPAS-SARSAT
地面设施
用户
外部辅助系统
全球设施、区域设施、局域设施、用户部分
免费公共服务：免费使用 商业服务：高精度加密信息、 区域差分信号等 生命保险服务：用于交通运输 、航空、船只入港、铁路运输 管制和航空管制 公共事业服务：欧盟用，如国 家安全、紧急救援、治安、警 戒，及紧急的能源和通讯等。 搜寻与救援服务：优于国际通 用的卫星搜寻救援系统COSPASSARSAT
Anti-Spoofing（反电子欺骗）
1994.1.31~至今 P码加密，P+WY
GLONASS 升级计划
俄罗斯的GLONASS系统
GLONASS是前苏联开始建立的全球导航卫星系统 (Global Navigation Satellite System－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.6 GHz 和 1.2GHz。 目前的卫星状况已具备可用性。
Galileo系统提供四种服务模式
每颗 Galileo 卫星发送的 6 种导航定位信号
Galileo 信号名称 L1F L1P E6C E6P E5A E5B 射频分量 L1-B L1-C L1-A E6-B E6-C E6-A E5A-I E5A-Q E5B-I I/Nav 导航电 文类型 I/Nav G/Nav C/Nav G/Nav F/Nav 特点 民众使用信号，传送完整 的导航数据。 约束使用信号，传送约束 使用的导航数据。 控制使用信号，传送控制 使用的导航数据。 约束使用信号，传送约束 使用的导航数据。 民众使用信号，传送完整 的导航数据。 民众使用信号，传送完整 否 部分加密 政府型加密 否 政府型加密 否 商务型加密 商务型加密 测距码 加密否 否 政府型加密 导航数据 加密否 部分加密 政府型加密
不同时间的工作卫星数
GLONASS 卫星部署计划
2008.12 –2009.1 18 颗卫星 94% 全球可用性
2009.12 22 颗卫星. 99.7% 全球可用性
对将来新发射的GLONASS-K卫星 增加CDMA信号 GLONASS performance competitive ability provision plan GLONASS Federal Program extension until 2020
2015/9/24
决定战争胜负的是什么？
现代传感与检测技术
武器装备的先进 战术兵法的运用 国家的经济实力 战争的师出有名 军队的规模数量 军队的纪律组织 将领的指挥能力
2
现代传感与检测技术课程安排及主要内容
传感器原理部分 检测技术
卫星导航(内容)
卫星导航技术发展 卫星导航基本原理
altitude ~23616 km SMA 29993.707 km
GNSS1是GPS和 GLONASS的星基增强 系统, EGNOS(欧洲静止 轨道导航重叠服务。 1995年启动,2000年运 行,包括服务:辅助测距 信息;完整性信息;广域 差分改正信息。
inclination 56 degrees
Colorado springs
24颗卫星（21+3） 6个轨道平面 55º轨道倾角 20200km轨道高度（地面 高度） 11小时58分轨道周期 5个多小时出现在地平线 以上每天提前4分钟出现 在地球上任何地方可以同 时观测到4-11颗高度角15 以上的卫星。
5 5
kwajalein
Hawaii Ascencion Diego Garcia
GPS系统组成
空间部分：
提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息
地面控制部分： 用户设备部分：
接收卫星信号 记录处理数据 中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨
GPS系统组成——空间部分
GPS系统组成——地面控制部分
1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥 伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。
3
2015/9/24
4、GPS在其他领域中的应用
美国政府的GPS政策
1、SPS与PPS
精细农业 遥感 卫星定轨 资源勘探 GPS气象学 个人旅游及野外探险 电力、广播、电视、通讯等网络的时间同步 、时间传递 …
Standard Positioning Service (标准定位服务)
4
2015/9/24
GLONASS系统新进展
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
常用机器人传感器
3 4
全球四大卫星导航定位系统
美国GPS
Leabharlann Baidu
俄罗斯GLONASS
欧盟伽利略
中国北斗
特点： 1.全球、全天候工作 2.功能多、应用广 3.定位精度高 4.操作简便 5.定位效率高 6.抗干扰性能好、保密性能强
5 6
1
2015/9/24
GPS(Global Positioning System)全球定位
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
系统
全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系 统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、 连续、实时的三维定位和测速；另外，利用该系统，用 户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位. 1973年批准研制GPS系统；1974~1993先后经历了方案 论证、系统论证、生产试验三个阶段。论证阶段发射了 11颗卫星，试验阶段发射了第三代GPS卫星。 GPS卫星星座24颗卫星，卫星轨道面个数6个，卫星高 度20200KM，轨道倾角55度，运行周期11小时58分，载波 频率为1575和1227MHZ，GPS卫星在轨重量为843.68KG， 设计寿命七年半。