卫星定位导航-复习
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定点于东经84.6°赤道，地球静止轨道 “长征三号丙”
2019年8月1日5时30分
地球同步轨道 “长征三号甲”
2019年11月1日0时26分
第六颗北斗导航卫星成功送入太空 “长征三号丙”
主要功能
1）定位导航，定位精度20~100m；
2）通信：用户与用户，用户与地面中心 之间均可实行双向简短数字报文通信；
卫星定位导航
提纲
第一章 小结
1. 导航的基本方法 航标方法：目视，依靠参照物； 航位推算法：方位仪、速度表，推算； 天文导航：六分仪，观测天体； 惯性导航：对加速度计积分，确定位置； 无线电导航：通过测量电波从发射台到接
收机的传输时间来定位；陆基导航、空基导 航、卫星导航。
北斗卫星导航系统
北斗导航实验卫星系统
2000年10月31日 （东经80°） 2000年12月21日 （东经140°） 2019年5月25日发射了1颗备份星 2019年2月3日发射了1颗补网星 （都是地球同步静止轨道）
北斗导航卫星系统
2019年4月14日4时11分 北斗导航卫星（ＣＯＭＰＡＳＳ－Ｍ１）
3、信号接收
观测方法
接收机钟差
载波相位整周未知数
天线相位中心位置偏差（了解）
4、地球自转与相对论的影响
狭义相对论——速度变化——钟变慢 广义相对论——引力场变化——钟变快
GPS卫星钟比地面上快0.45ms 5、政策限制
二、消除误差的方法 1、差分技术 2、建立独立的GPS卫星测轨系统 3、建立独立的卫星定位系统 4、多制式兼容接收机
提供各种导航应用，为GPS校对时间， 作为GPS的备用系统。
地形辅助导航：利用地形、地物和地貌 特征进行导航（图像识别）；
3. 卫星定位导航
常用的卫星定位导航系统 经度
GPS
纬度
高度
GLONASS
时间
北斗
速度
Galileo（还要过几年）
在地图 上标出
位置
高度
卫
1、卫星部分
星历与模型误差
钟差与稳定性
卫星摄动
相位不确定性（了解）
2、信号传播
大气层的层次结构
电离层折射
D区：吸收 E区：反射 F区：反射
电离层误差延迟
电子含量与时间的关系
电离层改正模型
对流层折射
与温度、气压、高程有关
多路径效应
直射与反射信号叠加
与接收机天线位置和周围反射体有关
高度为２１５００千米的中圆轨道 “长征三号甲”
2009年4月15日凌晨
北斗导航卫星（ＣＯＭＰＡＳＳ－Ｇ２） 地球同步静止轨道卫星 “长征三号丙”
2019年1月17日0时
定点于东经160 ° 轨道倾角1.8 °的赤道 “长征三号丙”
2019年6月2日晚23时53分
卫星星座
星
数目
倾角
周期
百度文库
定 位 导
地面测控系统
航
系 统
卫星信号接收机
主控站
备用主控站
注入站
监测站
定位原理
/ 信号结构
卫星选取
/ 误差及校正
接收机工作原理
参数获取
/ 应用方法
第二章 小结
1. 天球的概念 天球、天轴、天球赤道面、天球赤道、
2. 常用导航系统
惯性导航系统：对加速度计输出值积分， 计算运载体的位置；
雷达：利用电磁波反射测定目标与天线 间的传输延迟，计算出距离；利用天线角 度测定目标方位与高度。
二次雷达：利用询问、应答脉冲信号， 经识别后测定出距离；根据天线的旋转角 度测定方位。塔康、伏尔、测距器 。
罗兰-C（远程导航）：由于2个脉冲信号 同时到达接收机的位置是1条双曲线，用2 条双曲线的焦点确定用户位置。
一、定位信息采集
PDA MCU
实时处理 发送数据
GPS 接收机
PC
天线
串口 USB口
数据处理
事后处理 保存数据
车辆监控
出租车管理系统 车辆管理
车车轨
车
辆辆迹通辆
定报重信反
位警现
控
车牌 辆照 调鉴 度别
车辆税控
营 运 状 况
计 价 器 报 税
位置坐防通标盗话遥遇控录劫熄音火 电子地求监图助听锁越闭图界门像窗
建立独立的卫星定以求位得系G统PS系统在该点的位
置或伪距测量误差。
GPS+GLONASS
GPS+GALILEO
独立自主、自力更生
北斗二代
其它卫星定位导航系统
轨道：6条 倾角：55度 每轨卫星数：4 卫星总数： 24 轨道高度：20230Km 运行周期：11小时58分 坐标系：WGS-84
GPS提供的2种定位服务：
订车 打等击候套牌 行驶监里控程收入 减少伪空造载车牌 载客自情动况报税
3、网络拓扑图
第六章 小结
差分的概念
与基准比较减去误差
差分的类型
位置差分
伪距差分
局域差分和广域差分
载波相位差分
相对差分
差分的方法(选讲)
差分的误差
消除误差的方法
差分技术
把一部基准GPS接收机放在
多制式兼容接收机位这置部已GP精S接确收测机定产的生点的上定，位将 建立独立的GPS数卫据星与测其轨准系确的统位置相比较，
6. 时间体系 世界时、历书时、原子时、协调时、
GPS 时、北京时间；特点与转换； 7. 卫星轨道基础 作用在卫星上的力
第三章 小结
GPS导航信号的特点 GPS星座 接收机
通常采用伪随 机码测距
C/A码 P码
通信端口与参数设置
NMEA-0183格式数据的读取
<<GPS技术与工程应用>> 熊志昂
国防工业出版社
高性能GPS接收机
速度 > 515 m/s
高度 > 18000 m
加速度 > 6g
美国政府限制出口!
经度:104.05.1913E 纬度: 30.38.5032N 高度:441.6m
8通道
GPS应用的 基本数据
2019年 11月30日
速度 15.61节*1.852=
28.9km/h
3）定时：单向授时精度 100 ns
双向授时精度 20 ns
Galileo卫星星座
30颗卫星构成（27颗工作星，3颗备分 星）
轨道数： 3 轨道高度： 23 616 km
定位精度 6m
轨道倾角：56 度
卫星质量：650 kg
发射功率：1.5 kW
第八章 GPS 应用
数据读取 $GPRMC
$GPRMC,时间,A/V,纬度,N/S,经度,E/W,
速度（节）,航向,日期,,“校验位
第四章 小结
1、伪距的概念
2、GPS定位的基本概念
绝对定位
相对定位
差分定位
动态差分
静态差分
3、利用卫星几何精度衰减因子选定工作卫星
第五章 小结
一、误差的来源
C/A码标准定位服务（SPS） P码精密定位服务（PPS） C/A码标准定位服务： 水平方向：20~40m 垂直方向：45m 速度 ：0.2 m/s 授时 ：0.2 μs
采取SA（Selective Availability）措施 （选择可用性）后C/A码精度：
水平方向：100m 垂直方向：156m 速度 ：0.3 m/s
天球子午面、子午面、时圈、黄道、黄极 和春分点 ； 2. 天球坐标系 天球空间直角坐标、天球球面坐标及转 换；
3. 岁差与章动 4. 协议地球坐标系 空间直角坐标系、大地坐标系，换算关系，常用参数； 5. 全球大地坐标系 WGS-84 坐标系与局部坐标系，转换方法； 中国采用的坐标系 北京-54;北京-80;新北京-54; 2000国家大地坐标系（与WGS-84全兼容）
北斗卫星导航实验系统 “北斗一号”
覆盖范围
北纬5°~55°
东经70°~140°
覆盖我国本土的区域导航系统
上大下小，最宽处在北纬35°左右
水平定位精度为100米
标校后为20米(类似差分状态)
工作频率：2491.75MHz
有源系统 双向通信
系统容量：每小时540000用户
实测误差达 180m
授时 ：0.34 μs
P码精密定位服务（PPS）用于军方。
GLONASS系统的卫星星座 24 颗卫星 均匀分布在 3 个轨道 每个轨道 8 颗卫星 轨道倾角 64.8 度 轨道高度 19 100 km 运行周期 11小时15分
单点定位精度 水平方向：16 m 垂直方向：25m 定时精度：20~30ns 速度精度：0.01m/s 坐标系 PE-90
2019年8月1日5时30分
地球同步轨道 “长征三号甲”
2019年11月1日0时26分
第六颗北斗导航卫星成功送入太空 “长征三号丙”
主要功能
1）定位导航，定位精度20~100m；
2）通信：用户与用户，用户与地面中心 之间均可实行双向简短数字报文通信；
卫星定位导航
提纲
第一章 小结
1. 导航的基本方法 航标方法：目视，依靠参照物； 航位推算法：方位仪、速度表，推算； 天文导航：六分仪，观测天体； 惯性导航：对加速度计积分，确定位置； 无线电导航：通过测量电波从发射台到接
收机的传输时间来定位；陆基导航、空基导 航、卫星导航。
北斗卫星导航系统
北斗导航实验卫星系统
2000年10月31日 （东经80°） 2000年12月21日 （东经140°） 2019年5月25日发射了1颗备份星 2019年2月3日发射了1颗补网星 （都是地球同步静止轨道）
北斗导航卫星系统
2019年4月14日4时11分 北斗导航卫星（ＣＯＭＰＡＳＳ－Ｍ１）
3、信号接收
观测方法
接收机钟差
载波相位整周未知数
天线相位中心位置偏差（了解）
4、地球自转与相对论的影响
狭义相对论——速度变化——钟变慢 广义相对论——引力场变化——钟变快
GPS卫星钟比地面上快0.45ms 5、政策限制
二、消除误差的方法 1、差分技术 2、建立独立的GPS卫星测轨系统 3、建立独立的卫星定位系统 4、多制式兼容接收机
提供各种导航应用，为GPS校对时间， 作为GPS的备用系统。
地形辅助导航：利用地形、地物和地貌 特征进行导航（图像识别）；
3. 卫星定位导航
常用的卫星定位导航系统 经度
GPS
纬度
高度
GLONASS
时间
北斗
速度
Galileo（还要过几年）
在地图 上标出
位置
高度
卫
1、卫星部分
星历与模型误差
钟差与稳定性
卫星摄动
相位不确定性（了解）
2、信号传播
大气层的层次结构
电离层折射
D区：吸收 E区：反射 F区：反射
电离层误差延迟
电子含量与时间的关系
电离层改正模型
对流层折射
与温度、气压、高程有关
多路径效应
直射与反射信号叠加
与接收机天线位置和周围反射体有关
高度为２１５００千米的中圆轨道 “长征三号甲”
2009年4月15日凌晨
北斗导航卫星（ＣＯＭＰＡＳＳ－Ｇ２） 地球同步静止轨道卫星 “长征三号丙”
2019年1月17日0时
定点于东经160 ° 轨道倾角1.8 °的赤道 “长征三号丙”
2019年6月2日晚23时53分
卫星星座
星
数目
倾角
周期
百度文库
定 位 导
地面测控系统
航
系 统
卫星信号接收机
主控站
备用主控站
注入站
监测站
定位原理
/ 信号结构
卫星选取
/ 误差及校正
接收机工作原理
参数获取
/ 应用方法
第二章 小结
1. 天球的概念 天球、天轴、天球赤道面、天球赤道、
2. 常用导航系统
惯性导航系统：对加速度计输出值积分， 计算运载体的位置；
雷达：利用电磁波反射测定目标与天线 间的传输延迟，计算出距离；利用天线角 度测定目标方位与高度。
二次雷达：利用询问、应答脉冲信号， 经识别后测定出距离；根据天线的旋转角 度测定方位。塔康、伏尔、测距器 。
罗兰-C（远程导航）：由于2个脉冲信号 同时到达接收机的位置是1条双曲线，用2 条双曲线的焦点确定用户位置。
一、定位信息采集
PDA MCU
实时处理 发送数据
GPS 接收机
PC
天线
串口 USB口
数据处理
事后处理 保存数据
车辆监控
出租车管理系统 车辆管理
车车轨
车
辆辆迹通辆
定报重信反
位警现
控
车牌 辆照 调鉴 度别
车辆税控
营 运 状 况
计 价 器 报 税
位置坐防通标盗话遥遇控录劫熄音火 电子地求监图助听锁越闭图界门像窗
建立独立的卫星定以求位得系G统PS系统在该点的位
置或伪距测量误差。
GPS+GLONASS
GPS+GALILEO
独立自主、自力更生
北斗二代
其它卫星定位导航系统
轨道：6条 倾角：55度 每轨卫星数：4 卫星总数： 24 轨道高度：20230Km 运行周期：11小时58分 坐标系：WGS-84
GPS提供的2种定位服务：
订车 打等击候套牌 行驶监里控程收入 减少伪空造载车牌 载客自情动况报税
3、网络拓扑图
第六章 小结
差分的概念
与基准比较减去误差
差分的类型
位置差分
伪距差分
局域差分和广域差分
载波相位差分
相对差分
差分的方法(选讲)
差分的误差
消除误差的方法
差分技术
把一部基准GPS接收机放在
多制式兼容接收机位这置部已GP精S接确收测机定产的生点的上定，位将 建立独立的GPS数卫据星与测其轨准系确的统位置相比较，
6. 时间体系 世界时、历书时、原子时、协调时、
GPS 时、北京时间；特点与转换； 7. 卫星轨道基础 作用在卫星上的力
第三章 小结
GPS导航信号的特点 GPS星座 接收机
通常采用伪随 机码测距
C/A码 P码
通信端口与参数设置
NMEA-0183格式数据的读取
<<GPS技术与工程应用>> 熊志昂
国防工业出版社
高性能GPS接收机
速度 > 515 m/s
高度 > 18000 m
加速度 > 6g
美国政府限制出口!
经度:104.05.1913E 纬度: 30.38.5032N 高度:441.6m
8通道
GPS应用的 基本数据
2019年 11月30日
速度 15.61节*1.852=
28.9km/h
3）定时：单向授时精度 100 ns
双向授时精度 20 ns
Galileo卫星星座
30颗卫星构成（27颗工作星，3颗备分 星）
轨道数： 3 轨道高度： 23 616 km
定位精度 6m
轨道倾角：56 度
卫星质量：650 kg
发射功率：1.5 kW
第八章 GPS 应用
数据读取 $GPRMC
$GPRMC,时间,A/V,纬度,N/S,经度,E/W,
速度（节）,航向,日期,,“校验位
第四章 小结
1、伪距的概念
2、GPS定位的基本概念
绝对定位
相对定位
差分定位
动态差分
静态差分
3、利用卫星几何精度衰减因子选定工作卫星
第五章 小结
一、误差的来源
C/A码标准定位服务（SPS） P码精密定位服务（PPS） C/A码标准定位服务： 水平方向：20~40m 垂直方向：45m 速度 ：0.2 m/s 授时 ：0.2 μs
采取SA（Selective Availability）措施 （选择可用性）后C/A码精度：
水平方向：100m 垂直方向：156m 速度 ：0.3 m/s
天球子午面、子午面、时圈、黄道、黄极 和春分点 ； 2. 天球坐标系 天球空间直角坐标、天球球面坐标及转 换；
3. 岁差与章动 4. 协议地球坐标系 空间直角坐标系、大地坐标系，换算关系，常用参数； 5. 全球大地坐标系 WGS-84 坐标系与局部坐标系，转换方法； 中国采用的坐标系 北京-54;北京-80;新北京-54; 2000国家大地坐标系（与WGS-84全兼容）
北斗卫星导航实验系统 “北斗一号”
覆盖范围
北纬5°~55°
东经70°~140°
覆盖我国本土的区域导航系统
上大下小，最宽处在北纬35°左右
水平定位精度为100米
标校后为20米(类似差分状态)
工作频率：2491.75MHz
有源系统 双向通信
系统容量：每小时540000用户
实测误差达 180m
授时 ：0.34 μs
P码精密定位服务（PPS）用于军方。
GLONASS系统的卫星星座 24 颗卫星 均匀分布在 3 个轨道 每个轨道 8 颗卫星 轨道倾角 64.8 度 轨道高度 19 100 km 运行周期 11小时15分
单点定位精度 水平方向：16 m 垂直方向：25m 定时精度：20~30ns 速度精度：0.01m/s 坐标系 PE-90