四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)偽距單點(diǎn)定位性能對(duì)比分解

1、四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)偽距單點(diǎn)定位性能對(duì)比摘要引言衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的成功產(chǎn)生， 促進(jìn)了衛(wèi)星導(dǎo)航定位市場(chǎng)這一新 興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 全球衛(wèi)星導(dǎo)航業(yè)務(wù)一直被美國(guó)的 GPS即全球定位系統(tǒng) ( Global Positioning System )所壟斷。目前， GPS以其技術(shù)優(yōu)勢(shì) 和廉價(jià)的使用成本， 在全球得到廣泛應(yīng)用， 涉及野外勘探、 陸路運(yùn)輸、 海上作業(yè)及航空航天等諸多行業(yè)， 其相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)市場(chǎng)的年產(chǎn)值達(dá) 80 億美元，成為當(dāng)今國(guó)際公認(rèn)的八大無(wú)線產(chǎn)業(yè)之一。然而在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)期間， 歐洲使用的 GPS系統(tǒng)曾經(jīng)受 到限制，而且定位精度也有所下降 ; 尤其在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)還曾 經(jīng)單方面關(guān)閉過(guò)巴爾干

2、地區(qū)的民用導(dǎo)航信號(hào)源。GPS是美國(guó)從本世紀(jì) 70年代開(kāi)始研制，歷時(shí) 20 年，耗資 200億 美元，于 1994 年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維 導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 在美國(guó)全面研制成功 并運(yùn)用到民事和軍事領(lǐng)域后， 全球各個(gè)大國(guó)發(fā)現(xiàn)了其潛在危機(jī)以及機(jī) 遇。隨后，是俄羅斯的衛(wèi)星系統(tǒng) “格洛納斯 GLONAS”S，是俄語(yǔ)中“全 球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYS”T的E 縮寫(xiě)。最 早開(kāi)發(fā)于蘇聯(lián)時(shí)期，后由俄羅斯繼續(xù)該計(jì)劃。俄羅斯 1993 年開(kāi)始獨(dú) 自建立本國(guó)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。緊接其后是中國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，他于 19

3、94 年啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo) 航試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)。 在之后是歐洲的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 2002 年 3 月 26 日， 歐盟首腦會(huì)議批準(zhǔn) Galileo 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的實(shí)施計(jì)劃。 這標(biāo)志著 在 2008 年歐洲將擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，并結(jié)束美國(guó)的 GPS 獨(dú)霸天下的局面。第一章 偽距單點(diǎn)定位根據(jù)觀測(cè)值的不同， 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)單點(diǎn)定位可以分為偽距單點(diǎn)定 位和相位單點(diǎn)定位。 其中偽距單點(diǎn)定位因速度快、 不存在整周模糊度、 接收機(jī)價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于各種車輛、艦船的導(dǎo)航和監(jiān)控、野 外勘測(cè)等領(lǐng)域。偽距單點(diǎn)定位原理 測(cè)碼偽距是由衛(wèi)星發(fā)射的碼到測(cè)站的傳播時(shí)間與光速的乘積所 得的量測(cè)距離。設(shè)觀測(cè)歷元 i、接收

4、機(jī) k、衛(wèi)星 j ，在建立偽距觀測(cè) 值距離方程時(shí)，必須顧及衛(wèi)星鐘差 、接收機(jī)鐘差 及大氣折射對(duì)流層延遲 、電 離層延遲訊 ，方程為 :=解算時(shí)將其線性化，略去接收機(jī)及觀測(cè)歷元的標(biāo)號(hào)， 得到觀測(cè)方程式 :式中含有三維坐標(biāo)改正數(shù)，及接收機(jī)鐘差 共四個(gè)未知數(shù)。 為由測(cè)站近似坐標(biāo) 和衛(wèi)星坐標(biāo) 求得的衛(wèi)地距， 為接收機(jī)天線相位中心到測(cè)站標(biāo)石 中心的高度， 為 衛(wèi)星的高度角， 弓修正項(xiàng)可將衛(wèi)星到天 線相位中心的觀測(cè)距離修正為衛(wèi)星到測(cè)站標(biāo)石中心的距離。組成誤差方程 ，利用最小二乘法求解 ，其精度為 :利用各個(gè)觀測(cè)歷元的偽距觀測(cè)量， 只要始終保持接收到至少 4 顆 衛(wèi)星的信號(hào)，就能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的、連續(xù)的導(dǎo)航定位

5、。在靜態(tài)測(cè)量定位 中，采用較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間， 取得大量的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，從而可以提高 最小二乘解的精度。第二章 四大定位系統(tǒng)偽距單點(diǎn)定位的數(shù)學(xué)模型及算法1、GPS定位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型1.1 偽距單點(diǎn)定位模型在某歷元 k，單點(diǎn)定位的基本方程為 : 式中， 為觀測(cè)偽距殘差 ; 為接收機(jī)坐標(biāo) ; 為衛(wèi)星 J 的坐標(biāo) ; 為偽距觀測(cè)值 ; 為接收機(jī)鐘差與衛(wèi)星鐘差 ; 為 其余因素所引起的距離偏差。為了提高單點(diǎn)定位的精度， 需要對(duì)諸多誤差進(jìn)行改正， 具體方法 如下:（1）電離層改正 : 采用 P1,P2 觀測(cè)值的 LC組合，從而消去電離 層的影響。（2）對(duì)流層改正 :采用歐盟 EGNOS的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算天頂方

6、向?qū)?流層延遲， 它基于接收機(jī)高度和氣象參數(shù)， 并與接收機(jī)的經(jīng)緯度和年 積日有關(guān)。映射函數(shù)采用 Niell 模型（3）由扁心率引起的相對(duì)論效應(yīng)對(duì)偽距的改正 : 由于衛(wèi)星和接收 機(jī)所處位置的地球引力位不同， 以及衛(wèi)星和接收機(jī)在慣性空間中的運(yùn) 動(dòng)速度不同， 衛(wèi)星鐘頻率將由此產(chǎn)生漂移， 相應(yīng)的改正公式參見(jiàn)文獻(xiàn)（4）地球自轉(zhuǎn)改正 :WGS 84 坐標(biāo)系為非慣性坐標(biāo)系，因此，信 號(hào)發(fā)射和接收時(shí)刻對(duì)應(yīng)的地固系是不同的， 參考文獻(xiàn)中列出了計(jì)算地 球自轉(zhuǎn)引起的距離差的方法和公式。1.2 多歷元平差時(shí)對(duì)接收機(jī)鐘差的處理 接收機(jī)在每個(gè)歷元對(duì)每顆衛(wèi)星的觀測(cè)值可以列出一個(gè)如式 （1） 的 觀測(cè)方程， 對(duì)該歷元所有觀測(cè)

7、方程進(jìn)行線性化、 法化處理后可得到法 方程:式中， 為接收機(jī)坐標(biāo)參數(shù) ; 為第 k 歷元的接收 機(jī)鐘差參數(shù)。 由于每個(gè)歷元的接收機(jī)鐘差不同， 那么隨著觀測(cè)時(shí)間的 增加，接收機(jī)鐘差參數(shù)會(huì)變得越來(lái)越多，系數(shù)陣成為一個(gè)稀疏矩陣， 造成存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間的浪費(fèi)。 此時(shí)可以對(duì)法方程進(jìn)行變形， 或改 進(jìn)接收機(jī)鐘差的模型。 本文詳細(xì)介紹了上述兩種處理方法， 證明其都 可滿足單點(diǎn)定位要求。逐點(diǎn)法方程分塊消去法 該方法通過(guò)矩陣分塊乘法將每個(gè)歷元的接收機(jī)鐘差參數(shù)解出消去，再將所有消去接收機(jī)鐘差的法方程組合成只含有三個(gè)坐標(biāo)參數(shù)的 法方程整體求解，具體做法如下。首先對(duì)式 (2) 分塊求接收機(jī)鐘差 :同時(shí)可以得到只含坐

8、標(biāo)參數(shù)的法方程 :將各歷元求得的式 (4) 進(jìn)行疊加，組成一個(gè)整體的法方程后進(jìn)行 求解。1.2.2 接收機(jī)鐘差的多項(xiàng)式模型 鐘差隨時(shí)間的關(guān)系一般可以用多項(xiàng)式來(lái)表示， 本文鐘差模型采用 了二次多項(xiàng)式 :式中， 為 k 歷元時(shí)刻接收機(jī)鐘差 ;t 為 k 歷元觀測(cè)時(shí)刻 ;t 。為第1 個(gè)歷元的觀測(cè)時(shí)刻。于是未知數(shù)增加為 6 個(gè) : 接收機(jī)三個(gè)坐標(biāo)和三 個(gè)鐘差多項(xiàng)式系數(shù)。將 帶入式 (1) 進(jìn)行求解。1.3 以大地坐標(biāo)為參數(shù)定位結(jié)果空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)之間的偏微分關(guān)系可參考文獻(xiàn)中所列 公式，從而得到轉(zhuǎn)換矩陣 為:誤差方程轉(zhuǎn)化為 :式中， A是 WGS 84坐標(biāo)系下平差時(shí)的系數(shù)陣。由于新產(chǎn)生的誤 差方

9、程系數(shù)陣中各元素?cái)?shù)量級(jí)相差懸殊， 因此會(huì)造成法方程十分不穩(wěn) 定，影響平差結(jié)果的精度，因此這里將 與 以 S 為單位，即對(duì)系 數(shù)陣中的前 2x2 個(gè)元素乘以一個(gè)系數(shù)1. 4 以高斯坐標(biāo)為參數(shù)定位結(jié)果由高斯坐標(biāo) 到大地坐標(biāo) 再到空間坐標(biāo) 的偏微分公式比較復(fù)雜， 因此選用數(shù)值導(dǎo)數(shù)的方法求坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換的雅 可比矩陣，從而計(jì)算至高斯坐標(biāo) （3 °帶或 6°帶） 。求得新的系數(shù)陣 后，就可以迭代求解接收機(jī)的高斯坐標(biāo)。2、北斗定位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型偽距單差是指對(duì)兩個(gè)測(cè)站相同衛(wèi)星號(hào)的偽距觀測(cè)值做差， 從而可 以消去衛(wèi)星鐘差的影響，對(duì)大氣延遲的影響也能起到一定的削弱作 用。若考慮對(duì)流層延遲和電離層

10、延遲的影響，測(cè)站在第 t 歷元觀測(cè) s 號(hào)衛(wèi)星的偽距觀測(cè)方程可表示為：式中， 為偽距觀測(cè)值 ; 為衛(wèi)地距離 ; 為衛(wèi)星鐘差 ; 為接收機(jī) 鐘差 ; 為隨機(jī)誤差 ;分別為對(duì)流層和電離層延遲。同理， k測(cè)站在第 t 歷元觀測(cè) s號(hào)衛(wèi)星的偽距觀測(cè)方程為用式(2)減去式(1) ，得k,r 測(cè)站在第 t 歷元觀測(cè) s號(hào)衛(wèi)星的單差 觀測(cè)方程 :當(dāng)基線很短時(shí)， 兩個(gè)測(cè)站的電離層和對(duì)流層延遲量基本相同， 所 以 非常小可以忽略其影響。偽距雙差是在單差的基礎(chǔ)上對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行星間的二次差分， 從而 進(jìn)一步消除電離層和對(duì)流層殘留誤差的影響， 更重要的是可以消除接 收機(jī)鐘差的影響， 使得未知數(shù)僅為三個(gè)坐標(biāo)差參數(shù)， 便于

11、誤差方程的 建立和解算。由式(3)可知， k,r 測(cè)站在第 t 歷元觀測(cè) s號(hào)衛(wèi)星的單差觀測(cè)方 程可表示為 :同理， k,r 測(cè)站在第 t 歷元觀測(cè) Z號(hào)衛(wèi)星的單差觀測(cè)方程為 :用式 (4) 減去式 (3) ，得到 k,r 測(cè)站在第 t 歷元觀測(cè) s， l 衛(wèi)星的 雙差觀測(cè)方程 :3、俄羅斯的 GLONAS定S 位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型GLONAS單S 點(diǎn)定位的數(shù)學(xué)模型為 :其中 為接收機(jī)鐘差，當(dāng)觀測(cè)量為 GPS偽距時(shí)為占東，為GLONASS偽距時(shí)為; 設(shè) 為接收機(jī)坐標(biāo)為衛(wèi)星坐標(biāo)當(dāng)觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)大于 5 顆時(shí)，一般采用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 假設(shè)觀測(cè)了 n 顆 GPS衛(wèi)星和 m顆 GLONAS衛(wèi)S 星，

12、則誤差方程為 :其中， V 是殘差向量， X 是未知參數(shù)向量為相應(yīng)的方向余弦， P 為權(quán)矩陣， 為相應(yīng)的測(cè)距約方差。由于 GPS/GLONAS兩S系統(tǒng)的偽 距定位觀測(cè)值的精度差異， 將 GPS/GLONAS等S權(quán)處理或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選 定 GPS/GLONAS的S權(quán)的方法是不合理的。為了得到最佳 GPS/GLONASS 組合單點(diǎn)定位結(jié)果，必須合理定權(quán)。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，可以得到較可靠 的觀測(cè)值精度信息，這樣， 在定權(quán)的時(shí)候，可以采用驗(yàn)后估計(jì)的方法 （ 胡國(guó)榮等， 2002） 。設(shè) GPS, GLONAS的S 單位權(quán)方差分別為 : 、 。在利用最小 二乘方法進(jìn)行平差時(shí)，利用驗(yàn)后估計(jì)的方法估計(jì) GPS,

13、GLONAS觀S測(cè) 值的方差 - 協(xié)方差，然后定權(quán)，最后再進(jìn)行平差。則定權(quán)的過(guò)程如下：（1）對(duì) （2） 式第一次最小二乘平差時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給 GPS,GLONASS 觀測(cè)值先驗(yàn)定權(quán) 、 ；（2）進(jìn)行最小二乘平差時(shí)，求得；（3）利用驗(yàn)后估計(jì)對(duì)方差方法進(jìn)行估計(jì)其中， 為 GPS觀測(cè)值個(gè)數(shù)， 為 GLONAS觀S 測(cè)值個(gè)數(shù) ;。4)定權(quán)式中， C為任一常數(shù)，可選 中的某個(gè)值。最后反復(fù)進(jìn)行 (2) 一(4) ，直到為止。1 是自由向量最小二乘法解為 。一般在最小二乘解解算時(shí)， 需 要進(jìn)行迭代計(jì)算，此時(shí)權(quán)矩陣等于觀測(cè)量協(xié)方差矩陣的逆矩陣。4、歐盟的 Galileo 定位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型利用測(cè)距碼進(jìn)行偽距測(cè)量

14、時(shí)， Galileo 單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程可表 示為:式中，P為 Galileo IOV 衛(wèi)星的偽距觀測(cè)值； 為衛(wèi)星至接收機(jī)間的 幾何距離； c 為光速； dt 為接收機(jī)鐘差； dT 為衛(wèi)星鐘差；是衛(wèi)星軌道誤差； 是對(duì)流層延遲誤差； 是電離層延遲誤差； 是偽距多路徑誤差及觀測(cè)噪聲。鑒于 Galileo 。系統(tǒng)采用的 NeQuick 電離層延遲改正模型屬于一 種半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，直接采用雙頻偽距消電離層組合觀測(cè)值進(jìn)行單點(diǎn)定位 試算，則觀測(cè)方程變?yōu)?:式中，式中， 、 分別為 Galileo C1 和 C5 偽距觀測(cè)值， 、 分別為Galileo E1 和 E5a 的載波頻率。第三章 四大定位系統(tǒng)的發(fā)展歷

15、程、組成、特點(diǎn)及其應(yīng)用 第一節(jié) GPS1.1 GPS 的發(fā)展歷程GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。 從 1973 年到 1979年，共 發(fā)射了 4 顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。 從 1979 年到 1984年，又陸續(xù) 發(fā)射了 7 顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明， GPS定位 精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。 1989年 2月 4 日第一顆 GPS工作衛(wèi) 星發(fā)射成功，表明 GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。 1993年底實(shí)用的 GPS 網(wǎng)即（ 21+3）GPS星座已經(jīng)建成，之后根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。

16、1.2 GPS 的 系 統(tǒng) 組 成 GPS 定位系統(tǒng)由 GPS衛(wèi)星空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備三 部分組成?？臻g部分： 24 顆工作衛(wèi)星組成距地表 20200km上空全球任何地 方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到 4 顆以上的衛(wèi)星。地面部分：監(jiān)測(cè)站、主控制站、地面天線。 用戶設(shè)備：測(cè)量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率計(jì)算 出用戶所在經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間。1.3 GPS 的特點(diǎn) 高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛 全球，全天候工作：能為用戶提供連續(xù)，實(shí)時(shí)的三維位置，三維 速度和精密時(shí)間。不受天氣的影響。定位精度高：?jiǎn)螜C(jī)定位精度優(yōu)于 10 米，采用差分定位，精度可 達(dá)厘米級(jí)和毫米

17、級(jí)。功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對(duì) GPS認(rèn)識(shí)的加深， GPS不僅在測(cè)量， 導(dǎo)航，測(cè)速，測(cè)時(shí)等方面得到更廣泛的應(yīng)用 .1.4 GPS 的應(yīng)用 陸地應(yīng)用：車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測(cè)、 地球資源勘探、 工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、市政規(guī)劃控制海洋應(yīng)用：遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、 海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測(cè)量、海洋平臺(tái)定、海平面升降監(jiān)航空航天：飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援、載人航天器防護(hù)探測(cè)第二節(jié) 北斗定位系統(tǒng)2.1 北斗的發(fā)展歷程 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)按照三步走的總體規(guī)劃分步實(shí)施：第一步， 1994 年啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)， 200

18、0 年形成 區(qū)域有源服務(wù)能力；第二步， 2004年啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)， 2012 年形成區(qū)域 無(wú)源服務(wù)能力；第三步， 2020 年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)形成全球無(wú)源服務(wù)能力。2.2 北斗系統(tǒng)的組成空間段：由 5 顆GEO衛(wèi)星和 30顆 Non-GEO衛(wèi)星組成地面段：由主控站、上行注入站和監(jiān)測(cè)站組成 用戶段：由北斗用戶終端以及與其它 GNSS兼容的終端組成2.3 北斗定位系統(tǒng)的特點(diǎn) 該系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、 高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并兼具短報(bào)文通信能力。2.4 北斗定位系統(tǒng)的應(yīng)用一代系統(tǒng)2000 年以來(lái)，中國(guó)已成功發(fā)射了 4 顆“北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星”， 建成北

19、斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）。這個(gè)系統(tǒng)具備在中國(guó)及其周 邊地區(qū)范圍內(nèi)的定位、 授時(shí)、報(bào)文和 GPS廣域差分功能， 并已在測(cè)繪、 電信、水利、交通運(yùn)輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮著重要作用。二代系統(tǒng)中國(guó)正在建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由 5 顆靜止軌道衛(wèi)星 和 30 顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開(kāi)放服務(wù)和授 權(quán)服務(wù)（屬于第二代系統(tǒng)）。開(kāi)放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測(cè) 速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為 10米，授時(shí)精度為 50 納秒，測(cè)速精度 02 米/ 秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)和通 信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。第三節(jié) 格洛納斯 GLONAS

20、定S 位系統(tǒng)3.1 格洛納斯系統(tǒng)的發(fā)展歷程格洛納斯衛(wèi)星系統(tǒng)是“格洛納斯 GLONAS”S是俄語(yǔ)中“全球衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng) GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYS”T的E縮寫(xiě)。最早開(kāi)發(fā) 于蘇聯(lián)時(shí)期，后由俄羅斯繼續(xù)該計(jì)劃。俄羅斯 1993 年開(kāi)始獨(dú)自建立 本國(guó)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。按計(jì)劃，該系統(tǒng)將于 2007 年年底之前開(kāi) 始運(yùn)營(yíng)，屆時(shí)只開(kāi)放俄羅斯境內(nèi)衛(wèi)星定位及導(dǎo)航服務(wù)。到 2009 年年 底前，其服務(wù)范圍將拓展到全球。 該系統(tǒng)主要服務(wù)內(nèi)容包括確定陸地、 海上及空中目標(biāo)的坐標(biāo)及運(yùn)動(dòng)速度信息等。3.2 格洛納斯定位系統(tǒng)的組成GLONASS 定位系統(tǒng)也由三個(gè)部分組成即（1）GLONA

21、SS衛(wèi)星（空間部分）；（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面監(jiān)控部分）；（3）GLONASS接收機(jī)（用戶部分）。3.3 格洛納斯定位系統(tǒng)的特點(diǎn)GLONASS 包括 24 顆衛(wèi)星（ 3 顆備用），衛(wèi)星高度 19100 公里，均 勻分布在個(gè)軌道面上， 軌道面傾角為 64.8 度，運(yùn)行周期約為 11 小時(shí) 15分，衛(wèi)星信號(hào)采用了兩種載波， 其頻率分別為 l.6 GHz 和 1.2GHz。 目前的衛(wèi)星狀況已具備可用性。數(shù)量： 24 顆衛(wèi)星組成軌道：三個(gè)軌道平面兩兩相隔 120 度，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔 45度。每顆衛(wèi)星都在 19100千米高、 64.8 度傾角的軌道上運(yùn)行 精度： 10米左右用途：軍民兩用3.4

22、格洛納斯定位系統(tǒng)的應(yīng)用（1）航空、航海交通安全與管理；（2）大地測(cè)量與制圖；（3）地面交通運(yùn)輸實(shí)時(shí)監(jiān)控；（4）移動(dòng)目標(biāo)的異地時(shí)間同步；（5）生態(tài)監(jiān)測(cè)、野外搜尋與救生。第四節(jié) 伽利略 Galileo 定位系統(tǒng)4.1 伽利略 Galileo 定位系統(tǒng)的發(fā)展歷程1999 年 2 月 10 日，歐盟執(zhí)行機(jī)構(gòu)歐洲委員會(huì) （EC） 公布了歐洲導(dǎo) 航衛(wèi)星系統(tǒng)“伽利略”計(jì)劃，該系統(tǒng)是與美國(guó)全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng) （GPS） 和俄羅斯的 GLONAS系S 統(tǒng)兼容的民用全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)。 歐盟之所以 進(jìn)行“伽利略”計(jì)劃，主要是為了擺脫對(duì)美國(guó) GPS系統(tǒng)的依賴，打破美國(guó)對(duì)全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)的壟斷， 在使歐洲獲得工業(yè)和商

23、業(yè)效益 的同時(shí)，贏得建立歐洲共同安全防務(wù)體系的條件。2002 年 3 月 26 日，歐盟首腦會(huì)議批準(zhǔn) Galileo 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系 統(tǒng)的實(shí)施計(jì)劃。這標(biāo)志著在 2008 年歐洲將擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航定位 系統(tǒng)，并結(jié)束美國(guó)的 GPS獨(dú)霸天下的局面。歐洲建設(shè) Galileo 系統(tǒng)的目的主要有兩個(gè)：軍事安全盡管伽利略計(jì)劃是民用衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)， 但該項(xiàng)計(jì)劃完成后， 將使 歐洲贏得建立歐洲共同安全防務(wù)體系的條件。經(jīng)濟(jì)利益歐盟一項(xiàng)研究預(yù)測(cè)表明， 發(fā)展 Galileo 計(jì)劃，僅在歐洲就可以創(chuàng) 造出 140000多個(gè)就業(yè)崗位。每年創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)收益將會(huì)高達(dá) 90億歐元， 到 2020 年， Galileo 系統(tǒng)的收益

24、將達(dá)到 740 億歐元。4.2 伽利略 Galileo 定位系統(tǒng)的組成太空部分：由 30顆 Galileo 衛(wèi)星組成，分布在三個(gè)高度為 23616 千米，軌道傾角為 56 度的軌道上，每個(gè)軌道有 9 顆工作衛(wèi)星外加 1 顆備用衛(wèi)星。備用衛(wèi)星停留在高于正常軌道 300千米的軌道上。 衛(wèi)星 使用的時(shí)鐘是銣鐘和無(wú)源氫鐘， 衛(wèi)星上除基本的載荷外， 還有搜索救 援載荷和通信載荷。地面部分：包括兩個(gè)位于歐洲的 Galileo 控制中心和 20 個(gè)分布 在全球的 Galileo 傳感站。除此之外還有若干個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和控制中 心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的工作站。 Galileo 控制中心主要負(fù)責(zé)控制衛(wèi)星的 運(yùn)轉(zhuǎn)和導(dǎo)航任務(wù)的

25、管理。 20 個(gè)傳感站通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)向控制中心發(fā)傳 送數(shù)據(jù)。用戶部分：即 Galileo 接收機(jī)，由導(dǎo)航定位模塊和通信模塊組成。4.3 伽利略 Galileo 定位系統(tǒng)的特點(diǎn)相比 GPS和 GLONAS，SGalileo 系統(tǒng)起點(diǎn)較高，吸收了很多 GPS 和 GLONAS的S 經(jīng)驗(yàn)，具有很多優(yōu)點(diǎn)。從設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)看， Galileo 系統(tǒng)的定位精度優(yōu)于 GPS。如果說(shuō) GPS只 能找到街道， Galileo 系統(tǒng)則可找到車庫(kù)門(mén)。Galileo 系統(tǒng)為地面用戶提供 3 種信號(hào)：免費(fèi)使用的信號(hào)、加密 且需交費(fèi)使用的信號(hào)、加密且能滿足更高要求的信號(hào)。其精度依次提高，最高精度比 GPS高 10 倍。免費(fèi)使用

26、的信號(hào)精 度預(yù)計(jì)為 10 米。Galileo 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是多頻率、多服務(wù)、多用戶。它除了具 有定位導(dǎo)航功能外， 還具有全球搜尋救援功能。 為此每顆 Galileo 衛(wèi) 星還裝備一種援救收發(fā)器， 接收來(lái)自遇險(xiǎn)用戶的求援信號(hào)， 并將它轉(zhuǎn) 發(fā)給地面救援協(xié)調(diào)中心，后者組織對(duì)遇險(xiǎn)用戶的援救。與此同時(shí)， Galileo 系統(tǒng)還向遇險(xiǎn)用戶發(fā)送援救安排通報(bào)，以便遇險(xiǎn)用戶等待救 援。Galileo 系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于：它能夠與 GPS、 GLONASS實(shí)現(xiàn) 多系統(tǒng)內(nèi)的相互兼容。 Galileo 接收機(jī)可以采集各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或 者通過(guò)各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組合來(lái)進(jìn)行定位導(dǎo)航。4.4 伽利略 Galileo 定位系統(tǒng)

27、的應(yīng)用公共規(guī)范服務(wù)( Public Regular Service )：這種服務(wù)只提供給 歐盟成員國(guó)。提供與歐洲密切相關(guān)的軍事、工業(yè)和經(jīng)濟(jì)服務(wù)，比如： 國(guó)家安全、緊急救援、治安、警戒以及緊急的能源、交通和通訊等。地區(qū)性組織提供的導(dǎo)航定位服務(wù)( Navigation Services to be provided by Local components )：這種加強(qiáng)的導(dǎo)航定位服務(wù)根據(jù)用 戶的特殊要求， 通過(guò)區(qū)域性增強(qiáng)系統(tǒng)向用戶提供。 該服務(wù)可以提供更 精確的定位和授時(shí)服務(wù)。搜尋與救援服務(wù)( Search and Rescue Service )第五節(jié) 四大定位系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)和性能比較比較類目北斗

28、GPSGLONASS Galileo衛(wèi)星數(shù)目5+30242430軌道傾角(度)605564.856普通用戶定位精度 (米)101005010特殊用戶定位精度 (米)110161通信是否否是所用頻段數(shù)目322>=3信號(hào)CDMACDMAFDMACDMA比較類目北斗GPSGLONASSGalileo覆蓋 范圍北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋我國(guó)本土的 區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約 70°一 140°，北緯 5°一 55°。最終形成全球定位系統(tǒng)。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)?航系統(tǒng)。能夠確保地球上任 何地點(diǎn)、任何時(shí)間能同時(shí)觀 測(cè)到 6-9 顆衛(wèi)星 （實(shí)際上最 多能觀測(cè)到 11穎） 。實(shí)現(xiàn)全球定位服務(wù)， 可提供 高精度的三維空間和速度 信息，也提供授時(shí)服務(wù)。“歐洲版 GPS”之稱，可 提供全球可供民用的定 位系統(tǒng)。伽利略系統(tǒng)的基 本服務(wù)有導(dǎo)航、定位、授 時(shí)；特殊服務(wù)有搜索與救 援；定位 原理北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè) 距二維導(dǎo)航。地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)。GPS是被動(dòng)式偽碼單向測(cè)距 三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨(dú)立 解算自己三維定位數(shù)據(jù)。定位原理與 GPS相似。 GLONAS在S 定位、測(cè)速及定 時(shí)精度上則優(yōu)于施加選擇 可用