第三講 北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)概述

GNSS測(cè)量定位技術(shù)理論知識(shí)第三講北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)概述主講：周建鄭1授課內(nèi)容一、建設(shè)原則二、系統(tǒng)構(gòu)成三、覆蓋范圍四、坐標(biāo)系統(tǒng)五、時(shí)間系統(tǒng)六、定位原理七、系統(tǒng)功能2一、建設(shè)原則

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展，以應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)發(fā)展為根本目標(biāo)，不僅要建成系統(tǒng)，更要用好系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)質(zhì)量、安全、應(yīng)用、效益，遵循以下建設(shè)原則：1.開(kāi)放性。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)、發(fā)展和應(yīng)用將對(duì)全世界開(kāi)放，為全球用戶(hù)提供高質(zhì)量的免費(fèi)服務(wù)，積極與世界各國(guó)開(kāi)展廣泛而深入的交流與合作，促進(jìn)各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間的兼容與互操作，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2.自主性。中國(guó)將自主建設(shè)和運(yùn)行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可獨(dú)立為全球用戶(hù)提供服務(wù)。3二、系統(tǒng)構(gòu)成第一步——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)北斗第一階段42000年以來(lái)，成功發(fā)射3顆GEO衛(wèi)星，建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠提供基本的定位、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)。2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E4北斗一號(hào)系統(tǒng)組成

部分組件地面中心控制系統(tǒng)1個(gè)配有電子高程圖的地面中心、網(wǎng)管中心，測(cè)軌站、測(cè)高站和數(shù)十個(gè)分布在全國(guó)的地面參考站空間部分兩顆經(jīng)差為60度的地球靜止衛(wèi)星、一顆備用衛(wèi)星，衛(wèi)星高度為36000km用戶(hù)終端帶有定向天線(xiàn)的收發(fā)器5作為全球系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首先在2012年左右覆蓋亞太地區(qū)，并將在2020年前覆蓋全球。

北斗系統(tǒng)第二階段北斗系統(tǒng)第三階段2012年左右2020年前第二步——全球系統(tǒng)6二、系統(tǒng)構(gòu)成6北斗二號(hào)系統(tǒng)部分組件作用地面中心控制系統(tǒng)同北斗一號(hào)監(jiān)測(cè)、調(diào)控空間部分5顆GEO+5顆IGSO+4顆MEO3顆GEO位于84oE，140oE和160oE；3顆IGSO,位于118oE,傾斜角55o播發(fā)測(cè)距碼和導(dǎo)航電文用戶(hù)終端接收機(jī)3D定位；對(duì)GPS和BD系統(tǒng)自身的增強(qiáng)；短消息通訊。7三、覆蓋范圍北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋中國(guó)本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，覆蓋范圍東經(jīng)約70°~140°，北緯5°~55°。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)東南亞實(shí)現(xiàn)全覆蓋。8四、坐標(biāo)系統(tǒng)-CGCS2000ZXYIERS首子午面赤道面0,0,0IERS極定義：符合IERS條件橢球常數(shù)：長(zhǎng)半軸：

a=6378137.0m扁率：

f=1/298.257222101地心引力常數(shù)：

GM=3986004.418108m3s-2地球角速度：

=7292115.010-11rads-19

CGCS2000通過(guò)國(guó)家GPS大地網(wǎng)的2500多點(diǎn)的坐標(biāo)和速度（歷元2000.0）實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)精度：坐標(biāo)cm級(jí)；速度精度：mm/yr級(jí)。四、坐標(biāo)系統(tǒng)-CGCS200010北斗的監(jiān)測(cè)站通過(guò)GPS聯(lián)測(cè)納入CGCS2000坐標(biāo)系。衛(wèi)星定軌計(jì)算用監(jiān)測(cè)站的坐標(biāo)。用戶(hù)用軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行定位和導(dǎo)航，得到CGCS2000坐標(biāo)。監(jiān)測(cè)站GPS聯(lián)測(cè)監(jiān)測(cè)站坐標(biāo)衛(wèi)星軌道用戶(hù)導(dǎo)航定位四、坐標(biāo)系統(tǒng)-CGCS200011五、時(shí)間系統(tǒng)12北斗時(shí)（BDT）溯源到協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（NTSC），與UTC的時(shí)間偏差小于100納秒。BDT的起算歷元時(shí)間是2006年1月1日零時(shí)零分零秒（UTC）。BDT與GPS時(shí)和Galileo時(shí)的互操作在北斗設(shè)計(jì)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)已經(jīng)考慮，BDT與GPS時(shí)和Galileo時(shí)的時(shí)差將會(huì)被監(jiān)測(cè)和發(fā)播。12六、定位原理

衛(wèi)星至用戶(hù)間的距離測(cè)量是基于衛(wèi)星信號(hào)的發(fā)射時(shí)間與到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間之差，稱(chēng)為偽距。為了計(jì)算用戶(hù)的三維位置和接收機(jī)時(shí)鐘偏差，偽距測(cè)量要求至少接收來(lái)自4顆衛(wèi)星的信號(hào)。

由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)的影響，使得民用的定位精度只有數(shù)十米量級(jí)。為提高定位精度，普遍采用差分定位技術(shù)（如DGPS、DGNSS），建立地面基準(zhǔn)站(差分臺(tái))進(jìn)行衛(wèi)星觀測(cè)，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測(cè)值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對(duì)外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測(cè)值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。13七、系統(tǒng)功能短報(bào)文通信：北斗系統(tǒng)用戶(hù)終端具有雙向報(bào)文通信功能，用戶(hù)可以一次傳送40-60個(gè)漢字的短報(bào)文信息?？梢赃_(dá)到一次傳送達(dá)120個(gè)漢字的信息。在遠(yuǎn)洋航行中有重要的應(yīng)用價(jià)值。精密授時(shí)：北斗系統(tǒng)具有精密授時(shí)功能，可向用