西电导航原理北斗导航系统

《西电导航原理北斗导航系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西电导航原理北斗导航系统（117页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、西电导航原理北斗导航系统,20分下载那个也太黑了,绪论 北斗卫星导航系统 GPS卫星导航系统,本章节提纲,北斗前身 北斗1号 发展简史 系统简介 系统的局限性与不足 与GPS系统的比较 北斗2号发展简史 双星定位通信系统简介 双星系统的基本工作过程和基本定位方程 双星系统的定位解算方法 双星系统的误差分析,北斗卫星导航系统提纲,1983年，我国“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士及其合作者提出利用两颗同步定点卫星进行导航的设想，经过分析和和初步实地试验，证明效果良好。 1986年初，我国正式以双星快速定位通信系统为名开始进行整个计划，并由北京跟踪与通信技术研究所负责研发。当时专家的研究报告提出

2、多种卫星导航定位系统的构想，经过深入评析，多数专家认为，利用2颗或3颗位于地球同步轨道的通信卫星进行导航定位的方案比较适合我国。,北斗卫星导航系统 北斗前身,北斗前身(1),1986年的方案提出是由于当时我国航天科技实力，已具有制造与发射同步轨道通信卫星的能力，也已建立卫星地面跟踪网，有相当规模的卫星轨道数据处理中心，所以有利于发挥既有的卫星资源与地面设施功能；另一方面也顾及到当时经济实力有限，因为此项发展需要24颗卫星类似美国GPS的卫星导航定位系统，需要大量经费，当时我国尚无此财力。,北斗卫星导航系统 北斗前身,北斗前身(2),1986年底我国相关单位就提出了总体技术方案和试验方案，预估只

3、要3年时间，就可利用已在轨道的2颗同步卫星进行试验，验证导航定位原理，并检验系统实用性，寻找实现双星导航定位的技术途径。 1989年9月5日凌晨5点，我国科研人员以库尔勒、南宁等4个用户机进行第一次定位试验，结果证明，利用双星定位可实现定位、定时、简短通信三大功能，而且比当时GPS的民用码精度高好几倍。,北斗卫星导航系统 北斗前身,北斗前身(3),备注： 就在筹备双星定位系统期间，我国相关专家发现1982年美国已有3名科学家开始发展一个利用3颗同步轨道卫星，名为GEOSTAR的定位系统，还获得多项专利。但是后来因为功能更佳的GPS全球定位系统发展迅速，使得研发中的GEOSTAR系统资金被撤走，

4、在1991年宣告失败。由于GEOSTAR最后也将使用3颗卫星定位改为双星定位，因此仍倾向于认为使用双星定位的概念是我国最早提出并实现的。,北斗卫星导航系统 北斗前身,北斗前身(4),1994年1月，我国正式批准了北斗卫星导航系统的研制，双星快速定位通信系统正式命名为“北斗”卫星导航定位系统，其工程代号为“北斗一号”,被列为我国“九五计划”重大项目。双星快速定位系统试验的成功，为“北斗”系统奠定了技术基础，先后发射了两颗北斗一号静止轨道卫星。 接下来的6年多里，北京跟踪与通信技术研究所又完成地面控制中心等应用系统的总体设计方案，建立“北斗”系统的完整体系。,北斗卫星导航系统 北斗一号,发展简史(

5、1),北斗卫星导航系统 北斗一号,发展简史(2),北斗1号卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。 该系统由三颗（两颗工作星（80E和140E）、一颗备用星）北斗一号、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。该系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒的同步精度，其精度与GPS相当。,北斗卫星导航系统 北斗一号,系统简介,北斗卫星导航系统 北斗一号,定位工作主要在中心站完成，属于主动式导航定位系统二维导航和定位，高程结果需要由

6、其他途径获得。主要的优势在于军用：通讯、集团用户的调度和派遣。,北斗卫星导航系统 北斗一号,地面数据处理中心： 利用北斗用户的实时运行轨迹和相关地图对动态用户进行导航和交通管制 遥测北斗用户接收机的工作状态，报警用户收发机的故障，识别用户身份，控制用户使用 响应并回复集团用户对下属用户的定位审查,北斗卫星导航系统 北斗一号,1、二维定位的问题 由于“北斗”卫星导航定位系统是双星系统，因此，其用户接收机只能测得二维(平面)的定位数据。用户若位于海平面上，因高度为零，可以直接求得三维(平面和高度)的定位数据；但用户若位于陆地或空中，就需要利用地面控制中心的数字地图或用户自备的测高仪才能求得用户的高

7、度，并进一步确定用户的三维坐标。若控制中心的数字地图数据库数据不够准确，尤其是要拿到非本国的地理精确数据并不容易，定位出的位置数据就会有问题。,北斗卫星导航系统 北斗一号 系统的局限性与不足,2、定位时间的问题 用户的定位申请要送回地面控制中心，经由中心控制系统解算出用户的三维位置资料之后再发回用户。无线电信号从地面发出，经卫星返回地面的上下行时间约为0.24-0.28秒，从用户接收器应答测距信号到接收定位结果，信号经过两次上下行链路的传送，时间约需0.56秒，加上中心控制系统的计算时间，整个定位时间约需1秒钟，即用户接收机约可在1秒钟完成定位。这1秒的定位时间对飞机、导弹这种高速运动用户嫌时

8、间长，会加大定位的误差，因此若要进行精确定位，以车辆、船舶等慢速运动的用户较适合。,北斗卫星导航系统 北斗一号 系统的局限性与不足,3、有源应答的问题(1) 由于“北斗”卫星导航定位系统的客户端要请求定位服务时，必须发出应答信号，即“有源应答”，如果使用者是军方单位就会使自身失去隐蔽性，且这个定位服务要求的信号也可被敌方定位，而招致攻击。 另外，客户端除了要和卫星一样接收来自地面控制中心的询问信号，也要发出应答信号，因此，整个系统的同一时间内服务用户的数量便受用户可使用的通信频率数量、询问信号速率和用户的响应速率等条件的限制。,北斗卫星导航系统 北斗一号 系统的局限性与不足,3、有源应答的问题

9、(2) “北斗”卫星导航定位系统的用户设备容量是有限的，每秒钟只能容纳150个用户。虽然每个客户端都有专用识别码，不过一旦被破解，很容易使整个系统被敌人或有心人士以伪冒信号加以饱和，使系统瘫痪或者是传送假信息，迷惑友军。 由于“北斗”卫星导航定位系统中地面控制中心扮演着系统关键角色，如：承转卫星信息、解算用户位置等，因此，一旦地面控制中心被毁，整个系统就不能运作了，这也是“北斗”系统的致命伤。,北斗卫星导航系统 北斗一号 系统的局限性与不足,4、用户机的问题 系统使用的卫星是同步轨道卫星，这意味着落地信号功率很小，因此用户机需要有较大天线(直径达20厘米)才能接收信号，而且因“有源应答“运作方

10、式，所以，用户机还要包含发射机，因此在体积(普通型用户机长20厘米、宽17.5厘米、高5.2厘米)、重量、耗电量，甚至价格都远比GPS接收机来得大、重、耗电与贵，而且这么大且重的用户机，不要说是装在导弹上，就是单兵使用都是一大负担。,北斗卫星导航系统 北斗一号 系统的局限性与不足,5、抗干扰的问题 系统“有源应答”的运作模式，使得数据更新速度较慢，原本就不利于速度较快的飞机和导弹做精确定位。所以一旦配备“北斗”的飞机或导弹，被敌方干扰，其误差值要比使用GPS制导被干扰要来得大。,北斗卫星导航系统 北斗一号 系统的局限性与不足,1、覆盖范围： 北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围东

11、经约70140，北纬555。 GPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颗)。,北斗卫星导航系统 北斗一号 与GPS系统的比较,2、卫星数量和轨道特性： 北斗1号导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，两颗卫星的赤道角距约60。 GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55，轨道面赤道角距60。GPS卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。,北斗卫星导航系统 北斗一号 与GPS系统的比较,3、定位原理： 北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。由地面中心控制系统解算，提供用户三维定位数据。 GPS是被

12、动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。 北斗系统的这种工作原理带来两个方面的问题：用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，在军事上相当不利；设备必须包含发射机，在体积、重量、价格和功耗方面处于不利的地位。,北斗卫星导航系统 北斗一号 与GPS系统的比较,4、定位精度： 北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。 GPS三维定位精度P码已由16m提高到6m，C/A 码目前已由25100m 提高到12m，授时精度约20ns。,北斗卫星导航系统 北斗一号 与GPS系统的比较,5、用户容量： 北斗导航系统由于是主动双向测距的询问-应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅

13、要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率，用户设备容量是有限的。 GPS是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS 的用户设备容量是无限的。,北斗卫星导航系统 北斗一号 与GPS系统的比较,6、生存能力： 和所有导航定位卫星系统一样，北斗系统基于中心控制系统和卫星而工作，但是北斗系统对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。 为了弥补这种系统易损性，GPS正在发展星间横向数据链技术，使万一主控站被毁后GPS卫星可以

14、独立运行。而北斗系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。,北斗卫星导航系统 北斗一号 与GPS系统的比较,7、实时性： 北斗用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。此外，北斗卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短信通讯功能就是GPS 所不具备的。,北斗卫星导航系统 北斗一号 与GPS系统的比较,“北斗”卫星导航定位系统基本上是以满足民用服务为主，虽然目前军事用途仍有限，不过其仍具有雄厚

15、的军事应用潜力。理由很简单，虽然我国卫星导航定位应用近年来发展迅速，但是绝大多数的军民应用范畴都是建立在美国GPS之上。一旦发生战争，美国关闭GPS或加大民用码误差，对我国而言，后果不堪设想，所以我们必须未雨绸缪，发展自主的卫星导航定位系统。,北斗卫星导航系统 北斗一号 军事用途,其实“北斗”卫星导航定位系统的军事功能与GPS 类似，如：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹机动发射车、自行火炮与多管火箭发射车等武器载体发射位置的快速定位，以缩短反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。不过，因运行方式不同，“北斗”卫星导航定位系统有一些GPS没有的军事功能，其中最重要的就是部队的指挥管制。

16、,北斗卫星导航系统 北斗一号 军事用途,由于北斗卫星导航定位系统的简短通信功能可进行“群呼”，如集团用户中心发出的各种指令经“北斗”指挥型用户机上传至“北斗”卫星接着转给地面控制中心，再经出站链路传至北斗卫星向目标用户转发，使得集团用户中心可对其下属用户进行指挥调度。另外，当用户提出申请或按预定间隔时间进行定位时，不仅用户知道自己的测定位置，而且负责调度指挥的上层单位或其他有关单位也可得知用户所在位置。,北斗卫星导航系统 北斗一号 军事用途,这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说各级部队一旦配备“北斗”卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航外，高层指挥部也可随时通过北斗系统掌握部队位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的好处。换言之，我们可利用“北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。,北斗卫星导航系统 北斗一号 军事用途,海湾战争期间，伊军使用的GPS干扰设备的效能到底如何? 因伊拉克和联军双方都没有公布相关资料，因此很难判断。不过由一些外电报道也许可推出一些端倪，刚开战时，很多报道都指称联军精准武器准到房子被炸