卫星导航定位体系是以卫星为导航台的无线电导航体系，一般由卫星、地上支撑网和用户设备3 大部分组成。

　　(1)卫星：作为空间导航台，它接纳和储存地上站制备的导航信息，再向用户发射。它还接纳来自地上站的操控指令并向地上站发射卫星遥测数据，以便地上站了解卫星情况。

　　(2)地上支撑网：由多种地上站和核算中心组成，其功用是搜集来自卫星及与体系作业有关的信息数据并进行处理，产生导航信号和操控指令，再由地上注入站发射给卫星。

　　(3)用户设备：功用是接纳和处理卫星发射的导航信号，进行定位核算，为用户供给高精度、接连的三维方位(经度、纬度、高度)、三维速度和时刻等信息。

　　卫星导航定位体系是一个巨大并且杂乱的体系。在必定的空间轨迹上装备必定数量的卫星，就可完结从地上、近地空间并延至外层空间的全球性接连导航服务，且不受气象条件、昼夜和地势地物的影响。导航定位体系的根本效果是向各类用户和运动渠道实时供给准确、接连的方位、速度和时刻信息。无论是在民用范畴仍是在军事运用范畴，卫星导航定位技能已根本代替了无线电导航、地理丈量和传统大地丈量技能，并推动了全新的导航定位范畴，成为人类活动中遍及选用的导航定位技能，并在精度、实时性和全天候等方面对这一范畴产生了革命性的影响。

　　GPS 体系的空间部分由空间GPS卫星星座组成，如图1 所示。GPS 卫星星座原方案是将24 颗卫星均匀散布在6个不同的轨迹平面上(21 颗正式的作业卫星+ 3 颗活动的备用卫星)。而开展到今日，在轨迹上作业的卫星数量现已抵达28 颗。6 个轨迹面，均匀轨迹高度20200km，轨迹倾角55 °，周期11h 58min。保证在24h，在高度角15°以上，能够一起观测到4～8 颗卫星。

　　2.1.1.2 操控部分操控部分包含地球上一切监测与操控卫星的设备。GPS 作业操控体系(OCS)包含5个监测站、3个注入站和1 个主控站，如图2 所示。

　　主控站设在美国C o l o r a d o 州的Falcon空军基地，一天24h从监测站接纳数据，用以承认卫星是否有时钟或许年历改变以及检测设备功用是否正常。主控站依据监测信号的核算成果，每天向卫星发送1、2 次新的导航与方位核算历信息。监测站设在Colorado Springs、夏威夷、Ascencion Island、Diego Garcia和Kwajalein。无源监测站实质上是用以盯梢可视卫星的GPS 接纳机，可聚集卫星信号的测距数据。监测站丈量来自卫星的信号，并注入每颗卫星的轨迹模型。卫星轨迹模型可用以核算精细的轨迹数据以及卫星时钟的批改。主控站向卫星传送地理历和时钟数据。然后，卫星经过无线电信号将轨迹的无文历数据子集发送到GPS 接纳机。

　　注入站(3 个)，效果是将导航电文注入GPS 卫星，地址设在阿松森群岛(大西洋)、迪戈加西亚(印度洋)和卡瓦加兰(太平洋)。

　　2.1.1.3 用户部分GPS 用户部分包含GPS 接纳机和用户集体。GPS接纳机的体积很小，仅运用几个集成电路，所以造价也较低，这是它能够广泛运用的根底。GPS体系可供给GPS 接纳机能够处理的特别编码卫星信号，用以核算方位、速度和时刻。它有多种分类办法，从功用的视点动身，GPS 接纳机可供给导航、定位、守时和丈量等功用。依照载波频率也可分为单频接纳机、双频接纳机；依照接纳机通道数，能够分为多通道接纳机、序贯通道接纳机、多路多用通道接纳机；依照接纳机作业原理，又可分为码相关型接纳机、平方型接纳机、混合型接纳机、干与型接纳机。现在已有适用于飞机、轮船、地上交通工具和个人手提的导航接纳机。

　　伪距是指卫星发射的测距码信号抵达GPS接纳机的传达时刻乘以光速所得到的量测间隔，如图3 所示。核算公式为：D=c*Δt,其间Δt=t2-t1

　　如图4 所示，假定用户坐落P 点，首要能够得到GPS卫星的方位；其次，咱们又能准确测定P 至卫星之间的间隔，那么P 点必定是坐落以卫星为中心、所测得间隔为半径的圆球上。进一步，咱们又测得点P 至另一卫星的间隔，则P点必定处在前后两个圆球相交的圆环上。咱们还可测得与第三个卫星的间隔，就能够承认P 点只能是在3个圆球相交的两个点上。依据一些地理知识，能够很简单扫除其间一个不合理的方位。

　　GPS 体系在每颗卫星上设备有非常精细的原子钟，并由监测站常常进行校准。卫星发送导航信息，一起也发送准确时刻信息。GPS接纳机接纳此信息，使之与本身的时钟同步，就可取得准确的时刻。GPS接纳机中的时钟，不或许像在卫星上那样，设置贵重的原子钟，所以就运用测定第4 颗卫星，在核算过程中校准GPS接纳机的时钟。单点定位的精度规模在15～30m。

　　前者首要针对载波的相位差进行丈量，又称为RTK 技能，是树立在实时处理两个测站的载波相位根底上的。它能实时供给观测点的三维坐标，并抵达厘米级的高精度。首要由基准站经过数据链实时将其载波观丈量及站坐标信息一起传送给用户站。用户站接纳GPS 卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出定位成果。

　　差分技能相对定位首要是指在一个测站对两个方针的观丈量、两个测站对一个方针的观丈量或一个测站对一个方针的两次观丈量之间进行求差。其意图在于消除公共项，包含公共差错和公共参数。

　　全球导航卫星体系(GLONASS，GLObal NAvigation Satellite System)是前苏联从上世纪80年代初开端建造的与美国 GPS 相相似的卫星定位体系，也由卫星星座、地上监测操控站和用户设备3 部分组成。

　　1982 年，GLONASS 的第一颗卫星升空，从此开端运用于丈量与导航范畴。GLONASS 的卫星星座由24颗卫星组成，与GPS 相同，GLONASS包含21 颗作业卫星和3 颗备用卫星，均匀散布在3 个近圆形的轨迹平面上，每个轨迹面8 颗卫星，轨迹高度19100km，作业周期11h15min(恒星时)，轨迹倾角64.8 °。卫星信号频率为1.6GHz 和1.2GHz。2005 年12 月25 日，俄航天部队与俄航天局在拜科努尔发射场的81 号发射台成功发射了载有3 颗GLONASS 卫星的“质子-K”运载火箭。现在这3颗卫星作业正常，这样GLONASS有17枚在轨卫星。

　　(1)在定位技能方面，GLONASS与GPS 的原理相同，即以准确的守时和卫星量程核算为基准来进行。所需的准承认时由每颗卫星上的多个原子钟来供给。每个卫星运用两个频率(频段)来传送。民用代码(仅在较低频率上)和军用代码均调制在这些频率上。GLONASS卫星发送两个伪随机噪声代码：一个代码是民用码SPS(规范定位服务，适当于GPS 中的C ／ A)，其码率为511kbit ／ s；另一个代码是秘要的军用码PPS(精细定位服务，适当于GPS 的P)，其码率为5.11Mbit/s。码率数值越高，定位精度也越高，GLONASS 的码率大约为GPS 的一半，因而只有当GPS 的精度受S A (挑选可用性)的束缚时，GLONASS 才会表现出定位精度的优势。别的，GLONASS 选用了较少的卫星数量，并且卫星轨迹倾斜度较高，可适用于较高纬度的区域。

　　(2)GLONASS 接纳机的作业原理与GPS接纳机大致适当。接纳机生成一份代码(已知)，并与从卫星接纳的代码比较，得出内部代码的时刻差代表卫星信号的传达时刻。丈量的时刻乘以光速即可求得至卫星的间隔。以相同的办法丈量至3 颗卫星的间隔可得出三维方位，别的还需求经过丈量至第4颗卫星的间隔来处理接纳机中的时钟问题。

　　(3)GLONASS 与GPS 除了选用不同的时刻体系和坐标体系以外，二者之间的最大区别是：一切GPS 卫星的信号发射频率是相同的，而不同的GPS卫星发射的伪随机噪声码(PRN)是不同的，用户以此来区别卫星，称为码分多址(CDMA)；而一切GLONASS 卫星发射的伪随机噪声码是相同的，不同卫星的发射频率是不同的，用以区别不同的卫星，称为频分多址(FDMA)。关于GPS 与GLONASS 的更多相同和不同之处如表1 所示。

　　为进一步进步Glonass 的定位才能，开辟广阔的民用商场，俄政府方案用4 年时刻将其更新为Glonass-M 体系。内容有：改善一些地上测控站设备；延伸卫星的在轨寿数到8年；完结体系高的定位精度：方位精度进步到10～15m，守时精度进步到20～30ns，速度精度抵达0.01m／ s。别的，俄方案将体系发播频率改为GPS的频率，并得到美罗克威尔公司的技能援助。GLONASS 的首要用途是导航定位，当然与GPS 相同，也能够广泛运用于各种等级和品种的丈量运用、GIS运用和时频运用等。

　　伽利略方案是由欧盟委员会(EC)和欧洲空间局(ESA)一起主张并安排施行的欧洲民用卫星导航方案,旨在树立欧洲自主、独立的民用全球卫星导航定位体系,总投资约35亿欧元,估计在2008 年布置完结。该体系是一种敞开式的以民用为主的卫星体系。我国作为第一个非欧盟成员国参加了伽利略卫星导航方案,并许诺向该方案投入2亿欧元，中方企业还将参加未来伽利略方案特许运营(GOC)，并将投入其他的1.3亿欧元,用于展开布置阶段的作业。2005 年12 月27 日，首颗伽利略实验卫星成功发射升空。原方案于2006 年发射的第二颗卫星，将推延至2007 年头发射。

　　方案中的伽利略体系空间部分由30 颗(27 颗作业星＋ 3 颗活动星)中轨迹卫星(MEO)组成。30 颗卫星散布在离地23616km 高的3 个圆形轨迹上轨迹倾角56 度，如图5 所示。每个轨迹上的卫星有一个是活动卫星，该卫星能够在同一轨迹面内机动移动就任一卫星方位，以代替毛病卫星，然后极大的进步了体系的可靠性。卫星分量在650kg，功耗为1.7kw。

　　在主张的体系结构中，首要的应战在于守时问题，即时刻同步。轨迹的核算在地上上进行。其空间信号等效于GPS Block-IIF 卫星上的信号，具有在L频段上和GPS兼容的多频体系，在无增强下能够抵达10m 精度。

　　Galileo体系供给3种等级的功用：全球(供给世界规模的掩盖)、区域(供给欧洲规模的掩盖)、局域(供给机场或城区的掩盖)。Galileo体系还界说了3 品种型的事务： 敞开接入事务(OAS)：向一切民用用户敞开的免费事务；一类操控接入事务(CAS1)：为商业运用供给的并施行操控接入的有偿服务；二类操控接入事务(CAS2)：为安全和军事运用供给的并施行操控接入的有偿服务。CAS 2 可完结水平4m、笔直16m 的精度。一切这三类服务的精度都优于10m，最高精度比美国GPS 高10 倍，承认物体的差错规模将在1m之内，乃至还能供给即时的定位信息。

　　2003 年5 月25 日零时34分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功地将第三颗“斗极一号”导航定位卫星送入太空。前两颗“斗极一号”卫星别离于2000年10月31日和12月21日发射升空，作业至今导航定位体系作业安稳，状况杰出。这次发射的是导航定位体系的备份星。它与前两颗“斗极一号”作业星组成了完好的卫星导航定位体系，保证全天候、全地利供给卫星导航信息。这标志着我国成为继美国全球卫星定位体系(GPS)和前苏联的全球导航卫星体系(GLONASS)后，在世界上第3 个树立了完善的卫星导航体系的国家，该体系的树立对我国国民国防和经济建造将起到积极效果。

　　斗极导航定位体系(CNSS)是全天候供给卫星导航定位信息的区域性导航定位体系，该体系相同是由空间卫星、地上操控中心站和斗极用户终端3部分构成。“斗极一号”的掩盖规模是北纬5°～55°，东经70°～140°之间的心脏区域，最宽处在北纬3 5°左右。其定位精度为水平精度1 0 0 m，建立标校站(相似差分状况)之后为20m。作业频率为2491.75MHz。体系能包容的用户数为540000 户/ 小时。

　　斗极双星定位体系是一种有源定位方法，双星对用户双向测距如图6所示，由1个配有电子高程图的地上中心站定位，还有几十个散布于全国的参阅标校站和很多用户机。与G P S 和GLONASS 不同的是，在定位过程中，“斗极一号”用户应首要发射需求定位的信号，经过卫星转发至地上操控中心，地上操控中心解算出方位后再经过卫星转发给用户； 而G P S 和GLONASS 只需求接纳4 个卫星的方位信息，由自己解算出三维坐标。该体系可完结快速导航定位、双向简略报文通讯和守时授时三大功用，其间后两项功用是GPS所不能供给的。因为需求中心站供给数字高程图数据和用户机发上行信号，使该体系用户容量、导航定位维数、隐蔽性方面受到约束，CNSS在体系上不能与国际上的GPS、GLONASS及Galileo体系兼容。因而，在一代导航定位卫星的根底上，我国现已开端开发第二代导航体系，以满意经济、军事的久远需求。

　　芯片是导航接纳体系中要害的部件之一。为了习惯卫星导航开展的需求，导航芯片将逐渐做到小型化、高灵敏度、低功耗和低价位，那么相应的接纳机单片化成为了一个必定的开展趋势。一起A-GPS 技能成为GPS 芯片总体设计的重要依据，它能够更好的满意大众化需求，并习惯在室内外等恶劣环境下的运用。未来的芯片还会采纳16 或更多的信道，以处理不同导航体系的兼容性，也为与无线通讯的交融和增强体系构成共用信道奠定根底。

　　未来的卫星导航定位体系的星历自主更新才能、抗炸毁才能和星历精度将进一步得到进步。星间链路频谱挑选和抗搅扰研讨将进一步加强，星间链路以高可靠性作业，双向链路将被选用。新的高速上行链路、下行链路和星间链路通讯结构将被选用，这将有或许引起导航卫星体系的作业产生革新。自主导航仿真、频率调整、搅扰和激光链路仿真等研讨作业将得到进一步加强。

　　愈加老练的电子技能将使星载原子钟的安稳度得到进一步进步，老化系数更小，质量更轻，体积更小，可批量生产。估计到2007 年左右数字铷钟和激光泵铯钟将在G P S 卫星上运用，2009 年左右空间线性离子阱体系将在GPS 卫星上运用。

　　未来若干年内，导航卫星体系完好性监测技能得到进一步完善。经过履行中止监控、检测、承认、告警和纠正来供给导航处理方案的完好性。卫星导航运用也将从单一的GPS 年代转变为多星座(GPS/GLONASS/斗极/伽利略)并存兼容的GNSS 年代；从以车辆运用为主转变为个人消费运用为主；从经销运用产品为主逐渐转变为运营服务为主的服务产业化新时期。

　　军事运用范畴，为了习惯未来战役开展的需求，卫星导航体系有必要要有更好的抗电子搅扰才能。一起还应该具有反响敏捷，运用灵敏，便于和其它兵器设备兼容等特色。一起，导航定位体系应能够针对不同等级的用户供给相应的运用规模，约束运用权限，以进步体系的安全性，使其愈加习惯军事指挥和战略布置的需求。

　　卫星导航定位体系无论是在促进我国经济开展和科技进步等民用范畴，仍是在咱们的军事奋斗预备方面都有着非常重要的效果。要大力开展我国的卫星导航定位体系，首要要保证导航定位的高准确度，在此根底上，大力遍及民用接纳机，坚持商场导向，全面推动卫星运用产业化开展，使军用和民用相辅相成。其次，既要安身世界各国的导航卫星开展现状，充分考虑现在的区域体系将来开展为全球化的或许性，以久远的眼光大力开展我国的卫星导航工作；一起又要着眼于我国的实际情况，走先区域后全球化的开展路途，保证现有的体系与未来全球体系在体系上能够彼此兼容，完结平稳过渡。

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