中国全球卫星导航信号基本框架设计
中国卫星导航系统应用框架建设——刘经南院士
卫星导航定位技术的最新进展一,系统更新,升级及新系统发展方面中国卫星导航系统与应用 框架建设武汉大学GPS工程技术研究中心 刘 经 南在系统发展领域主要包括美国GPS现代 化,欧盟发展的Galileo系统,中国发展的 北斗定位导航系统以及各国基于不同应用 发展的各种增强系统二,新技术,新方法的应用方面包含精密单点定位技术和网络RTK技术的发 展应用,以及基于这两种新技术的差分连续 运行系统平台技术发展.卫星导航定位技术的最新进展一,系统更新,升级及新系统发展方面GPS现代化计划 Galileo计划 WAASEGNOS增强系统 MSAS增强系统 QZSS系统1.GPS现代化计划保护 采用一系列措施保护GPS系统不受敌方和黑客的 干扰,增加GPS军用信号的抗干扰能力,其中包 括增加GPS的军用无线电信号的强度. 阻止 阻止敌方利用GPS的军用信号.设计新的GPS卫 星型号(ⅡF),设计新的GPS信号结构,增加 频道,将民用频道L1,L2,L5(1.17645GHz)和军 用频道L3,L4分开. 改善 改善GPS定位和导航的精度,在GPSⅡF卫星中增 加两个新的民用频道,即在L2中增加CA码 (2005年),另增L5民用频道(2007年).Block II/IIABlock IIR12.伽利略(GALILEO)全球定位系统拥有者欧盟GALILEO ArchitectureREGIONAL COMPONENTSIMS NetworkGALILEO CORE SYSTEMregional uplink NAV SISS-b and upli nkLOCAL COMPONENTSLocal Infrastruct. NAV SIS-b C-bMEO CONSTELLATION发展简史Galileo 系统星座 GALILEO系统是欧洲自主的,独立的全球多模式卫 星定位导航系统,提供高精度,高可靠性的定位服 务,同时它实现完全非军方控制,管理,计划将于 2008年完成.可与美国的GPS和俄罗斯的GLONASS 兼容,但比后两者更安全,更准确,IULS….NAV SIS NAV SISnk u upli andICCCommunication link. . .IMS NetworkGSS Network. . .Local Infrastruct. Communication linkTTC uplinkICC INTEGRITY DETERMINATION IMS & DISSEMINATIONon up Missilink系统组成GALILEO系统由30颗卫星组成,其中27颗工作星, 3颗备份星.卫星分布在3个中地球轨道(MEO) 上,轨道高度为23616千米,轨道倾角56度.每个轨 道上部署9颗工作星和1颗备份星.NAVIGATION CONTROL & CONSTELLATION MANAGEMENTGCCL-band NAVUHF SARCOSPAS-SARSATGROUND SEGMENTExternal Complementary Systems USER SEGMENTGalileo and GPS协同操作3.增强系统(WAAS)其是对GPS观测量的误差源加以区分,并对每 一个误差源分别加以"模型化",然后将计算出来的 每一个误差源的误差修正值(差分改正值),通过 数据通讯链传输给用户,对用户GPS接收机的观测 值误差加以改正,以达到削弱这些误差源影响,改 善用户GPS定位精度的目的.协同定位:提高精度 (更好几何因子,…) 增加可用性 (城区, 建筑物,…): GPS 在市区可用性: 50 % Galileo + GPS在市区可用性: 95 %卫星数 可见卫星 数 完备性 覆盖范围 24+3 8 好 好 27+3 12 好 好 GPS GALILEO GPS+ GALILEO 51+6 20 优 优2增强系统(WAAS)北美地区WAAS欧洲EGNOSWAAS China MSAS QZSS EGNOS日本MSAS(MTSAT Satellite-base Augmentation System ) QZSS印度SA/WAASGAGANGAGAN中国北斗增强系统世界已建或在建 WAAS 系统3.1日本MSAS系统日本MSAS系统由日本航空局建设空基增强导航系统1999年第一颗MTSAT(Multi-functional Transport Satellite )卫星发射失败 2005年2月26日MTSAT-1R卫星发射卫星位于东经大约140度, 轨道高度大约35800km地面部分主控站 (MCS) 处理中心 CPF 导航地球站 NES 监测中心 M&C 地面监控站 (GMS) 测距监控站 (MRS) 通讯系统 (NCS)系统最早于2007年初,第2颗MTSAT卫星 发射后投入使用.空间部分:MTSAT33.2 QZSS 系统结构GPS Constellation MTSAT Sapporo GMS日本的准天顶卫星系统(QZSS),是日本计划发展的 另一增强系统,它将为日本及其邻近国家的GNSS服务 提供与GPS兼容的额外测距信号,从而提高定位的可用 性,精确度和可靠性.NTT 64Kbs User Kobe MCS Fukuoka GMS Tokyo GMS Ibaraki MCSKDD 128Kbs Hawaii MRS MCS Master Control Station MRS Monitor and Ranging Station GMS Ground Monitor Station Naha GMS Australia MRS阶段一:3 QZSS 和阶段二:7QZSS 阶段一: 阶段二:7QZSS3.3 EGNOS欧洲静地星导航重叠服务 (EGNOS)是正由欧洲 开发的同时对GPS和GLONASS广域星基增强系统.它的原 理与美国的WAAS类似,包括相应的地面设施和空间卫 星,以提高GPS 和GLONASS系统的精度,完好性和可用 性.EGNOS是欧洲GNSS计划的第一阶段,即GNSS-1,并 作为向欧洲GNSS-2(即伽利略计划)发展的基础. DOP分析 DOP分析GPS only GPS+QZSS e-Angle 10°e-Angle 30° e-Angle 10° e-Angle 30° 10° 30° 10° 30° GDOP 2.39 6.88 1.80 3.59 HDOP 2.43 1.27 VDOP 4.95 2.604EGNOS 系统结构Space Segment 3 GEOs (Inmarsat AOR-E and IND-W, ARTEMIS) GLONASS GPS卫星导航定位技术的最新进展二,新技术,新方法的应用方面精密单点定位技术 网络 RTK定位技术User SegmentCORS差分定位连续运行网络34 RIMSRanging & Integrity Monitoring StationsGround Segment6 NLESNavigation Land Earth StationsEWAN EGNOS Wide Area NetworkMission Control CentersPACF ASQFPerformance Assessment and Check Out Facility Application Specific Qualification Facility4 MCC1.精密单点定位技术精密单点定位技术发展背景及概念 精密单点定位国内外进展 精密单点定位技术应用 精密单点定位关键技术 精密单点定位服务模式精密单点定位技术发展背景当今的卫星定位技术正向着实时,高精度,高可靠性 的方向发展,网络化,集中式的数据服务(Data Service)是这些技术的典型特征. 定位技术的领域界限逐渐变得模糊,随着理论的不断 完善,各种定位方法相互融合,趋向统一. 定位技术的发展越来越多地依赖于计算机,无线通 信,网络等的技术发展,它的技术发展呈现出多元化 和学科交叉的特点.5精密单点定位技术发展背景卫星定位技术的发展历程第四代 定位技术 -X精密单点定位技术发展背景各种GPS定位技术指标参数定位技术名称 单点定位 精度(m) ±10 ~±20m ±1.0~±5.0 ±1.0~±5.0 ±0.01~±0.20 ±0.01~±0.20 ±0.001~±0.05 作用距离(km) 全球 <150 <1500/全球 <15 <70 0.01~ 10000 响应时间 实时 实时 实时 实时 实时 半小时~24小 时第三代精密单点定位技术网络RTK技术局域差分 广域差分 /WAAS第二代 常规RTK 第一代 伪距单点定位 载波静态定位 广域差分定位 伪距差分定位RTK 虚拟基准站 (VRS) 静态定位绝对定位相对定位局限性: 码定位:定位精度不高 RTK VRS:成本高,作用距离短 静态定位:作业时间长需求发展: 低轨卫星定轨,大范围空 间信息数据采集精密单点定位技术国外进展国外主要研究机构:JPL,NRCAN,CALGARY 大学,NAVCOM 公司等精密单点定位技术国外进展NASA 全球差分GPS系统控制中心ternet In InmarsatwTDRSThe Tracking and Data Relay Satellite上行链路卫星地面和机载用户In ternet播发主要研究进展:实时分米级,事后厘米级定位结果Developed under the NASA Advanced Information Systems Technology ProgramFor more information see: /igdgNASA全球实时参考站空间用户6精密单点定位技术国内研究进展国内主要研究机构:基于PANDA软件的全球性精密单点定位KELY武汉大学等单位 主要研究进展:ALBH WUHNHARBKARR2000年起开展研究 目前实现实时水平10~20厘米,高程20~40 厘米,事后厘米级定位结果 已应用于实际工程作为基准站获取钟差作为流动站实现PPP定位GPS卫星固定为PANDA软件单天解的预报轨道,利用全球35个基准 站获取精密钟差;实现全球任意一点的精密动态单点定位基于PANDA软件的精密单点定位1. 精密单点定位可以采取两种方式: 1) 利用区域的实时观测数据计算钟差和轨道; 2) 利用先一天全球的观测数据计算卫星轨道实 施预报,同时利用区域性实时数据获取钟 差; 2. 利用精密单点定位模式,卫星钟差能在很大程度上 吸收轨道误差,适合较大区域无基准站的高精度定 位; 武汉大学自主研制开发的精密定轨软件(PANDA software)能提供系统级服务.精密单点定位技术应用地理信息调查: 公路调查; 森林面积范围调查; 环境监测; 精密农业.Mineral & Resource Exploration3.7精密单点定位服务模式基于INTERT,公众网的精密单点定位服务播 发2.网络 RTK定位技术工作原理 网络RTK也叫多基准站RTK.网络RTK就是在一 定区域内建立多个(一般为三个或三个以上)坐 标为已知的GPS基准站,对该地区构成网状覆 盖,并以这些基准站为基准,计算和发播相位观 测值误差改正信息,对该地区内的卫星定位用户 进行实时改正的定位方式. 特点 覆盖面广,定位精度高,可靠性高,可实时提供 厘米级定位. 我国已经建成的深圳市连续运行卫星定位服务系统就 是网络RTK技术的实现.GSM公众网GSM公众网数据处理中心GPS-USInternet跟踪站网络 RTK定位技术网络RTK的组成基准站网 数据通讯链路 - 基准站与数据处理中心数据通讯 - 数据处理中心与用户部分的数据通讯 数据处理中心 用户部分用 户 应 用 子 系 统 服务 系统控制中心 需求 GNSS跟踪站子系统 数据通信子系统用户数据中心网络RTK8网络RTK的优势覆盖范围更广 成本更低 精度和可靠性更高 应用范围更广 改进了OTF初始化时间常规RTK与网络RTK的比较精度比较网络RTK代表软件GPS-Network软件包 开发者: Trimble LEICA-SPIDER软件包 开发者: Leica Power-NET软件包 开发者:武汉大学GPS中心GPS-Network软件的组成和及功能GPSNet 软件功能: 连接和控制远程接收机,获取接收机状态和观测数据 RINEX数据文件的创建和保存 参考站数据统计分析和质量监测 单个基准站RTCM数据的生成DGPSNet 软件功能:网络RTK模型化信息,参考站间距离为70-300km, 单频流动站用户接收机 误差模型:模型化大气层和轨道误差,网络RTK解减少多路径效应影响,适合差分定位 精度: 单频接收机差分定位低于低于0.5m的定位精度 信息类型:RTCM 1,2,3, 9RTKNet 软件功能: 全网电离层,对流层和星历误差的模型化 VRS处理器为流动站接收机提供网络RTK模型化信息 精度:快速初始化,网内任何位置厘米级的定位9GPS-Network软件特点采用VRS技术 全网电离层,对流层,轨道误差进行模型化 双向数据通讯 流动站提供自己的概略坐标,数据处理中心软件根据 流动站的位置生成虚拟参考站的观测值,并按照标准 的RTK差分协议格式发给流动站; 用户量受到通讯能力的限制; 易于监控和管理流动站用户权限,作业;LEICA-SPIDERMAX服务 提供全网络的误差改正信息 单向数据通讯(ISDN/PSTN) 用户量没有限制 i-MAX服务 流动站提供自己的概略坐标 基准站软件计算出最优的流动站误差并提供给该流动 站 双项数据通讯(ISDN/PSTN)LEICA-SPIDER功能模块图LEICA-SPIDER软件特点同时提供两种服务1. MAX服务单向数据通讯,用户只接收不发播,具有良好的隐蔽性; 全网统一提供误差改正信息(RTCM 3.0网络改正信息格式); 用户量没有限制; 用户接收机必须能够接收RTCM 3.0格式网络改正信息. 不利于监控和管理流动站用户的作业和权限.2. i-MAX服务双向数据通讯; 流动站提供自己的概略坐标,基准站软件计算出最优的流动站误差并提 供给该流动站; 可根据具体的用户类型定制差分数据格式包括RTCM2.1,2.3,3.0等; 用户量受到通讯能力的限制. 易于监控和管理流动站用户权限,作业10Power-NET武汉大学GPS中心开发Power-NET软件包{基准站管理软件Power-RS{系统管理和播发软件Power-MS {计算软件Power-NET{网络服务软件Power-Web{用户计算软件Power-US{支持CBI和PPP技术特点{单向通信{用户需要专用解码器Power-NET系统PowerRSPower-NETPowerUS PowerUS PowerUS 用户接收机用户接收机用户接收机……PowerRS PowerRSPower-Web Power-MS基准站管理软件－PowerRS深圳市连续运行卫星定位服务系统我国首例集现代计算机网络、卫星定位、大地测量、现代移动通信等最新技术的城市级定位与导航综合服务系统“空间数据基础设施”的重要组成部分向各类用户提供米级、分米级、厘米级服务网络RTK定位技术的应用系统包括基准站网、监控分析中心、数据传输系统、数据发播系统、用户应用系统等实现现代化数字城市所需的位置、速度、时间系统信息的数据采集与服务满足城市建设的行业服务需求，并使GPS位置服务拓展到个人服务中。
第四章 卫星导航定位信号结构
卫星信号组成概述
• GPS卫星信号的组成部分
– 载波（Carrier） • L1 • L2 – 测距码（Ranging Code） • C/A码（目前只被调制在L1上） • P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） – 卫星（导航）电文（Message）
卫星信号组成概述
GPS卫星信号的生成 关键设备 – 原子钟
x r cos u y r sin u
z0
轨道平面坐标系与天球坐标系
4.4 卫星轨道位置计算
⑧卫星在瞬时天球坐标系位置
第四章 卫星导航定位信号结构
厦门理工学院空间信息科学与工程系
主 要 内 容
§4.1 载波与测距码 §4.2 导航电文 §4.3 卫星信号调制 §4.4 GPS卫星位置计算
学 习 要 求
掌握卫星信号的基本组成 掌握几种主要的载波频率，理解其间的关系 理解测距码产生的原理，理解并掌握二进制运算规 则，掌握C/A码、P码的周期、码元宽度等相关概念 了解导航电文总体结构，掌握卫星轨道6个基本参 数所表示的意义 理解卫星信号调制的过程 理解并掌握卫星位置计算的基本思路
4.4 卫星轨道位置计算
②计算观测瞬间卫星的偏近点角
E M e sin E
③计算观测瞬间卫星的真近点角
1 e2 sin E sin v 1 e cos E
cos E e cos v 1 e cos E
1 e 2 sin E v acr tan cos E e
4.2 导航电文
四、第4、5子帧（第三数据块） 第4、5子帧的第3~10个字 内容：
（1）所有卫星历书（概略星历P66） （2）所有卫星健康状况 （3）所有卫星AS标识及卫星类型标识 （4）GPS时域UTC间关系参数 （5）电离层改正参数
二、GPS系统的组成及信号结构
地面监控部分 通信和辅助系统 通信和辅助系统是指地面监控系统中负责数据传输以及提 供其他辅助服务的机构和设施，全球定位系统的通信系统 供其他辅助服务的机构和设施， 由地面通信线，海底电缆及卫星通信等联合组成，此外， 由地面通信线，海底电缆及卫星通信等联合组成，此外， 美国国防制图局将提供有关极移和地球自转的数据以及各 监测站的精确地心坐标， 监测站的精确地心坐标，美国海军天文台将提供精确的时 间信息。 间信息。
2、GPS卫星的信号结构 GPS卫星的信号结构 测距码 测距码是用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码,GPS 测距码是用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码,GPS 卫星中所用的测距码从性质上讲属于伪随机噪声码(PRN) 卫星中所用的测距码从性质上讲属于伪随机噪声码(PRN) 粗码（ C/A码 A 、粗码（ C/A码)
用户部分 接收机、 组成：GPS接收机 气象仪器、计算机、 组成：GPS接收机、气象仪器、计算机、钢尺等仪器 设成。 设成。
接收机按用途分导航型、测量型、授时型。 接收机按用途分导航型、测量型、授时型。 按接收的卫星信号频率分单频型、双频型。 按接收的卫星信号频率分单频型、双频型。 按接收的卫星类型分单星、 按接收的卫星类型分单星、多星
用户部分
GPS接收机：天线单元，信号处理部分， GPS接收机：天线单元，信号处理部分，记录装置和电源 接收机 天线单元：由天线和前置放大器组成，灵敏度高， 天线单元：由天线和前置放大器组成，灵敏度高，抗干扰 性强。GPS天线分为单极天线 微带天线、锥型天线等。 天线分为单极天线、 性强。GPS天线分为单极天线、微带天线、锥型天线等。 信号处理部分： GPS接收机的核心部分， 信号处理部分：是GPS接收机的核心部分，进行滤波和信号 接收机的核心部分 处理，由跟踪环路重建载波，解码得到导航电文， 处理，由跟踪环路重建载波，解码得到导航电文，获得伪 距定位结果。 距定位结果。 记录装置 : 主要有接收机的内存硬盘或记录卡（CF卡）。 主要有接收机的内存硬盘或记录卡（CF卡 电源: 分为外接和内接电池（12V）， ），机内还有一锂电池 电源: 分为外接和内接电池（12V），机内还有一锂电池
全国北斗gps方案
全国北斗GPS方案1. 引言北斗卫星导航系统是中国自主研发的卫星导航系统，由一系列组成部分组成，包括导航卫星、地面控制和用户终端设备。
全国北斗GPS方案旨在提供全国范围内高精度的定位、导航和时钟同步服务。
本文档将介绍全国北斗GPS方案的架构、技术特点和应用领域。
2. 架构全国北斗GPS方案的架构包括多个组成部分，如下：2.1 导航卫星全国北斗GPS方案采用一系列导航卫星来提供定位和导航服务。
导航卫星主要分为三个不同的轨道，包括地球同步轨道卫星、倾斜近地轨道卫星和中圆轨道卫星。
这些卫星通过广域覆盖和多星联合方式，确保用户在全国范围内都能获得高精度的定位和导航服务。
2.2 地面控制地面控制系统是全国北斗GPS方案的关键部分，负责监控和管理导航卫星的运行状态，提供精确的星历和时钟信息，以及与用户终端设备之间的通信连接。
地面控制系统通过卫星地面测量站、卫星轨道测量系统和控制与管理系统组成。
2.3 用户终端设备用户终端设备是全国北斗GPS方案的使用者，包括车载终端、手持终端、船舶终端等。
这些终端设备内置北斗芯片，可以接收和解码导航卫星发送的信号，从而实现定位、导航等功能。
用户终端设备还可以与地面控制系统进行通信，以获取实时的定位和导航信息。
3. 技术特点全国北斗GPS方案具有以下技术特点：3.1 高精度定位全国北斗GPS方案采用差分定位技术，通过多基站观测同一卫星的信号，消除大气延迟和钟差误差等因素，从而提高定位的精度。
该方案的定位精度可以达到几米甚至更高的水平，满足各种应用场景的需求。
3.2 高可靠性全国北斗GPS方案采用多星联合和广域覆盖的方式，确保在任何时间任何地点都能接收到至少4颗导航卫星的信号。
即使有个别卫星发生故障，系统仍然能够提供高可靠的定位和导航服务。
同时，地面控制系统通过监控导航卫星的状态，及时调整和修复故障卫星，以确保系统的稳定性和可靠性。
3.3 开放接口全国北斗GPS方案提供开放接口，允许第三方开发者基于该方案开发各种应用。
全球卫星导航系统格局讲解课件
绪论 >全球卫星导航系统格局
“北斗”系统运作原理与流程
“北斗”卫星导航定位系统是由太空的导航通信卫 星、地面控制中心和客户端三部分组成：
GPS概述②
系统构成
空间星座部分、地面控制部分、用户设备部分
服务方式
通过由多颗卫星所组成的卫星星座提供导航定位服务
定位原理
距离交会
测距原理
被动式电磁波测距
特点
全球覆盖、全天候、不间断、精度高
绪论 >全球卫星导航系统格局
“北斗”系统运作原理与流程
“北斗”卫星导航定位系统是全天候、全日 时提供卫星导航定位信息的区域导航系统， 所以用户随时都可以接收到卫星广播的询问 信号，服务范围以大陆地区为主。
北斗卫星导航系统组成：
北斗
空间端
5颗
30颗
静
非
止
静
卫
止
星
卫
星
地面端
其
主
注
监
它
控
入
测
地
站
站
站
面
站
用户端
北
兼容
斗
其他
用
卫星
户 系统
端
终端
绪论 >全球卫星导航系统格局
“北斗”系统运作原理与流程
简单的说，“北斗”卫星导航定位系统具有 快速定位、简短通信和精密授时的三大主要 功能。
快速定位：从用户发出定位申请，到收到结 果，只需1秒钟。而在这1秒钟内，整个系 统要完成发送申请信号、上传卫星、经地面 控制中心计算出位置，再从卫星将定位信息 送返申请用户等流程，而其中快速捕捉信号 只用了几毫秒。
全球卫星导航系统地面监测站卫星通信子系统的设计
ｔａ ｓ ｔ ｈ ｓ ｎｔ ｒｎ ａａ ａ ｄ ｔ ｅ ｗｅ ｔ ｅ ａａ ｗｈ ｃ ｒ ｓ ｄ ｉ ｙ ｔ ｍ ｒ ｃｓｏ ｏ ｆ ｍｉ ｇ ｏ ｂ ｔ ｉｎ ｓ ｈ ｒ ｏ ｒ ｃ ｉｎ ａ ｄ ｒ ｎ ｍｉ ｔ ｅ ｅｍｏ ｉ ｉ ｇ ｄ ｔ ｎ ｈ ａｈ ｒｄ ｔ ｉｈ ａ ｅｕ ｅ ｓ ｓｅ ｐ ｅ ｉｉｎ ｃ ｎ ｒ ｎ ｒ ｉ ｏ ｏ ｐ ｅ ｅｃ ｒｅ ｔ ｎ ｏ ｎ ｉ ， ｏ
Ｇｒ ｕ ｄ Ｓ ｒ ｅｌ ｎ ｅＳ ａｉ ｎ Ｓ ｓｅ ｏ ｏ ｎ ｕ ｖ ｉ ａ ｃ ｔｔ ｙ ｔｍ ｆ ｌ ｏ ＧＮＳ Ｓ
ＲＥＮ Ｘ ｉ ｏ ｉ ａ ｗｅ
Ａ ｂｓｒ ｃ ：Ｇｌｂ ｌ ｖｇ ｔ ｎＳ ｔｌ ｔ ｙ ｔｍ ｏ ｎ ｏ ｉ ｒＳ￣ｉｎｉ ｎ ｓｇ ｆ ａ ｔ ｏ ｓｉ ｔ ｆｔｅＧｒｕ ｄＯｐ ｒｔ ｇ ｔａ ｔ ｏ ａ Ｎａ ｉａｉ ａｅｌｅＳ ｓ ｏ ｉ ｅ Ｇｒ ｕ ｄＭ ｎｔ ｔ ｏ ｓａ ｉｎｉｃ ｎ ｎｔｕ ｅｏ ｏ ｎ ｅａｉ ｏ ｉ ｃ ｔ ｈ ｎ
ａ ｄ Ｃｏ ｒ ｌｎ ｎ ｎｔｏｌｉｇ Ｓｙｓｅ ，ｗｈｏ ｅ ｍ ａｎ ｐ ｐ ｅ ｉ ｏ ｃ ｎｔ ｏｕ ｌ ｏ ｔ ｎｄｍ ｅ ｓ ｒ ｈ ａｅ ｌｔ ｉ ａｌ ｈ ｏ ｉｏｒｒ ｃ ｉ ｒ ｎ ｔｍ ｓ ｉ ｕｒ ｏｓ ｓｔ ｏ ｉ ｎｕ ｓｙ ｍ ｎｉ ａ ａ ｕ ｅｔ ｅ ｓ ｔｌｉ ｓｇｎ ｔｅ ｍ ｎ ｔ ｅ ｅｖｅ，ａ ｄ ｏｒ ｅ ｂｙ
信子系 统是整 个地 面监 测站可靠 运行 的有力 保障 。
在逐 步建设 的卫星 导航系 统 。 地 面 监 测 站 是 全 球卫 星 导航 系 统 的 重 要组 成
每 一个 全 球 卫 星 导航 系统 都 有 自己的通 信 卫
星 ，本文 以静 止卫星 为例来 设计 。静 止卫 星是位 于
中国全球卫星导航信号基本框架设计
关 键 词 信 号 体 制 调 制 方 式 相 关特 性 伪 随机 码 北 斗 卫 星 导 航 系统
ＤＯＩ ０ ３ ８ ／． ｓｎ １ ０ — ５ Ｘ． ０ １ ０ ． ０ ：１ ． ７ ０ ｊ ｉｓ ． ０ ０７ ８ ２ １ ． ４ ０ ２
Ｔａ ｂ．１ ＣＯ Ｍ ＰＡ Ｓ ｓｇｎａ ｔｕｃ ｕ ｅ Ｓ ｉ ｌｓ ｒ ｔ ｒ ｓ
导 航信 号
中心 频 率
／ Ｈｚ Ｍ
码 速 率
／ Ｈｚ Ｍ
１ Ｏ．２ ３
符 号 速 率
／ （ ｉ ｓ ｂｔ ） ／
５ ０
二 次 编码
／ｉ ｂｔ
１ Ｏ
调 制 方 式
服务 类 型
包络 调制 ，其 中 Ｂ ａ中心频率 为 １ ７ ． ５ ２ ６ ４ ＭＨｚ ２ １ ，Ｂ ｂ中心 频率 为 １ ０ ． ４ ７ １ ＭＨｚ ２ ２ 。Ｂ ａ和 Ｂ ｂ分别 调 ２
制不 同导航 数据 电文 ，Ｂ ａ Ｂ ｂ分别 设置数 据 电文 通道 （ ２和 ２ 分别 为 Ｂ ａ ２ ｘ和 Ｂ ｂ ） 导 频通 道 （ 别 ２ｘ和 分
Ｂ２ ｘ ａ
Ｂ２ｂｘ
１． ３ ０ ２ １１ １ ７ ５ ９． ９
１ ２ Ｏ ３
．
无 电文
１Ｏ Ｏ
２Ｏ Ｏ Ａｌ ｔ ＢＯＣ（ ５，１ ） １ Ｏ
１ Ｏ
公 开
中 国 空 间 科 学 技 术
第 ４ 期
Ｃｈ ｎ ｓ ａ ｅ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｉ ｅ ｅ Ｓｐ ｃ ｃ ｅ ｃ ｎｄ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ
中国全 球卫 星导 航信 号 基本 框 架 设 计
全国北斗导航方案
全国北斗导航方案引言北斗导航系统是中国自主研发的卫星导航定位系统，是中国国家战略性基础设施之一。
全国北斗导航方案是针对我国全境的北斗导航服务需求制定的一项完整计划，旨在提供高精度、全球覆盖的导航定位服务，为国家和人民提供安全、可靠、便捷的导航服务。
方案概述全国北斗导航方案由北斗导航系统基础设施和服务体系构成，包括北斗导航卫星、测控段设施、用户终端设备和数据中心等。
北斗导航卫星全国北斗导航方案依托北斗导航卫星提供导航信号覆盖。
目前，北斗导航系统已经部署了一颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和27颗中圆地球轨道卫星，以实现全球覆盖和高精度导航定位能力。
测控段设施全国北斗导航方案建设了一系列测控段设施，包括测控站、测控网和数据链路等。
测控站用于对北斗导航卫星进行测量、控制和管理，确保导航卫星的正常运行。
测控网是由多个测控站组成的网络，用于实现数据的传输和处理。
数据链路用于将导航卫星发送的导航信号传输到用户终端设备。
用户终端设备全国北斗导航方案提供多种用户终端设备，包括车载导航设备、手机导航软件、手持导航仪等。
这些设备可以接收导航信号，并进行导航定位、路径规划、导航引导等功能。
用户可以根据自己的需求选择适合的终端设备。
数据中心全国北斗导航方案建设了多个数据中心，用于存储、处理和分析导航定位数据。
这些数据中心具备大规模数据存储和计算能力，可以提供实时的导航定位服务和数据分析服务。
方案特点全国北斗导航方案具有以下特点：全球覆盖北斗导航系统通过地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星相结合的方式，实现了全球范围的导航信号覆盖。
无论在陆地、海洋还是空中，用户都可以获得高精度的导航定位服务。
高精度定位北斗导航系统采用多种技术手段，如差分定位、精密星历、导航星座优化等，提高了导航定位的精度。
在城市峡谷、森林密林等复杂环境下，北斗导航系统仍能提供高精度的导航定位服务。
多样化用户终端全国北斗导航方案提供多种用户终端设备，满足不同领域、不同用户的导航需求。
全球卫星导航系统的设计与实现
全球卫星导航系统的设计与实现全球卫星导航系统（GNSS）是目前世界上使用最为广泛的定位与导航技术，它通过建立一系列全球范围内的卫星星座，向用户提供高精度、高可靠性的位置、速度、时间信息。
目前世界上已经建成了多个GNSS系统，如美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统、中国的Beidou系统等。
这些系统大大提升了现代社会的生产力和生活质量。
那么，如何设计和实现一个全球卫星导航系统呢？一、导航信号的设计导航信号是卫星导航系统的关键组成部分，它是用户接收设备获取和处理导航信息的基础。
GNSS系统的导航信号一般由两部分构成：微波载波和调制信号。
其中，微波载波是指GNSS信号的高频信号，调制信号则是携带确切位置信息的低频信号，通过二者的组合可以获取高精度的导航信息。
同时，为了解决GNSS信号在复杂环境下的干扰和抵消多径效应，需要采用多频率、多天线、多路径等技术对导航信号进行优化设计。
二、卫星星座的构建卫星星座是GNSS系统的核心组成部分，它由一组固定轨道的卫星组成，负责向用户发送导航信号。
构建卫星星座需要考虑多种因素，如成本、星座覆盖范围、卫星寿命、可靠性等。
目前，大部分GNSS系统采用了较为成熟的长寿命卫星技术，通过多颗卫星交织运行，使星座能够覆盖整个地球的绝大部分地区，保证导航服务的全球性和连续性。
三、用户接收设备的设计用户接收设备是GNSS系统最直接的用户接口，它由接收天线、信号接收器、定位计算器、显示器等部件组成。
用户接收设备的设计需要考虑多种因素，如重量、体积、功耗、抗干扰能力、精度等。
同时，应该根据不同用户的需求和应用场景，设计出不同类型的用户接收设备，如嵌入式接收机、手持式接收机、车载接收机等。
四、导航算法的实现导航算法是GNSS系统中数据处理和计算的核心部分，它负责将接收到的导航信号转化为用户所需要的位置、速度、时间等信息。
GNSS系统的导航算法主要分为两类：单点定位和差分定位。
中国北斗卫星导航系统 资料图知识分享
中国目前使用较广泛的 “北斗一号”导航卫星系统， 是以满足民用服务为主，兼具部分军事用途。（资料图）
中国目前使用较广泛的 “北斗一号”导航卫星系统， 是以满足民用服务为主，兼具部分军事用途。（资料图）
美备GPS制导炸弹的MQ-8“死神”无人机
装备GPS制导炸弹的AV-8B“鹞”式战机。（资料图）
欧洲的“伽利略”导航卫星。（资料图）
欧洲的“伽利略”导航卫星。（资料图）
中国北斗卫星导航系统 北斗二代卫星模型图（资料图）
北斗卫星工作示意图（资料图）
北斗卫星工作示意图（资料图）
北斗卫星工作示意图（资料图）
按预定计划，中国 2012年左右，将使北斗 系统首先具备覆盖亚太地 区的定位、导航和授时 (在轨卫星向用户发布标 准时间信息)等能力； 到2020年，将建成覆盖 全球的“北斗”卫星导航 系统。中国北斗导航系统 正处于从一代向二代的升 级过渡时期。
北斗导航方案
北斗导航方案引言北斗导航系统是中国自主研发的卫星导航定位系统，旨在提供全球覆盖的定位、导航、授时等服务。
在过去的几十年里，北斗导航系统已经取得了令人瞩目的成就，并成为中国在卫星导航领域的重要突破。
本文将对北斗导航方案进行全面介绍，包括系统架构、技术特点、主要应用领域以及未来的发展方向。
一、北斗导航系统架构北斗导航系统采用三层架构，由空间段、地面段和用户段组成。
1. 空间段空间段由一组运行在离地球地面上轨道的卫星组成，主要负责发送导航信号和广播系统状态信息。
目前，北斗导航系统已经部署了一系列的卫星，包括地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆轨道卫星，以提供全球覆盖的服务。
2. 地面段地面段由一系列的控制站和监测站组成，主要负责卫星的控制和维护。
同时，地面段还负责与用户段的通信，并将用户的请求传递给适当的卫星。
3. 用户段用户段包括一系列的终端设备，如北斗导航芯片、导航仪等，以及与之配对的应用软件。
用户通过这些设备和软件，可以接收卫星发送的导航信号，进行定位导航等操作。
二、北斗导航系统的技术特点1. 高精度定位北斗导航系统采用多星定位技术，通过同时接收多颗卫星的信号，可以实现高精度的定位。
在城市峡谷等信号衰减环境下，北斗导航系统还采用了多路径抗干扰技术，进一步提高了定位的精度和稳定性。
2. 全天候使用北斗导航系统通过发送携带有导航、授时等信息的信号，可以实现全天候的定位和导航功能。
无论是晴天还是阴天、白天还是黑夜，用户都可以通过北斗导航系统准确获取位置信息。
3. 快速启动北斗导航系统具备快速启动的能力，用户只需在开启设备后，通过搜索卫星信号，就可以在数十秒内获取定位信息。
这种快速启动的特点适用于各种应急场景和紧急情况下的导航需求。
4. 多功能应用北斗导航系统不仅提供基础的定位导航功能，还可以支持多种增值服务。
例如，北斗导航系统可以用于农业、渔业等农村产业的精准作业，还可以用于车辆管理、航空航天等领域。
全球导航卫星系统中的信号设计与授权技术研究
全球导航卫星系统中的信号设计与授权技术研究随着时代的发展，全球导航卫星系统的应用已经深入人类生活的各个领域，如交通、物流、地理信息等。
在各种应用场景下，导航信号的稳定性和准确性对于使用者至关重要，同时，设计和授权导航信号的技术也是导航系统发展的重要方面。
一、全球导航卫星系统概述全球导航卫星系统是由多颗卫星共同组成的卫星导航系统，它们通过向地球上的信号接收器发射导航信号，使得接收器可以在任何地点准确计算自身的位置、速度和时间等信息。
目前，全球范围内已有多个导航卫星系统投入运行，例如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo以及中国的北斗导航系统等。
二、导航信号设计导航信号的设计是导航系统的重要组成部分，它直接关系到导航信号的可靠性和精度。
导航信号的设计包括导航信号发射频率、携带的数据类型和数据传输方式等方面。
1.导航信号发射频率在全球导航卫星系统中，导航信号发射的频率是固定的，这也是导航信号的一个重要特点。
GPS的L1频率为1575.42 MHz，L2频率为1227.60 MHz；GLONASS的L1频率为1602 MHz，L2频率为1246 MHz；Galileo的E1频率为1575.42 MHz，E5频率为1176.45 MHz；北斗系统的B1频率为1561.098 MHz，B3频率为1268.52 MHz。
导航信号发射频率的确定需要考虑多个因素，如频段空闲情况、信号传输距离、抗干扰能力等。
2.携带的数据类型导航信号携带的数据类型即为导航消息，其中包含了卫星位置、时间、精度等信息。
不同的导航系统在携带的数据类型上有所不同，如GPS携带了卫星位置、时间、速度、纠偏等信息；GLONASS则携带了卫星位置、时间和卫星状态信息；Galileo携带了卫星位置、时间、偏差、延迟等信息；北斗系统携带了卫星位置和状态等信息。
导航信号携带的数据类型的确定需要考虑到各种应用场景的需求，以满足使用者对导航信息的精度和实时性的要求。
工程测量课件：全球卫星导航系统(GNSS)简介
➢ 卫星位置、卫星钟差从卫星导航电文中获得
➢ 对流层延迟采用经验模型计算
➢ 电离层延迟采用经验模型计算或双频方法消除
➢ 忽略卫星钟差残余误差等误差的影响
只有天线（待测点）坐标、接收机钟误差四个未知数
1
(
X
i S
X )2
(YSi
Y )2
(ZSi
Z)2 2
ctr
i
I
cts
6. GNSS定位基本方法-1伪距单点（绝对）定位
1 +tP 2 +tP 3 +tP 4 +tP
( X1 X P )2 (Y1 YP )2 (Z1 ZP )2
( X 2 X P )2 (Y2 YP )2 (Z2 ZP )2
( X 3 X P )2 (Y3 YP )2 (Z3 ZP )2
( X 4 X P )2 (Y4 YP )2 (Z4 ZP )2
4.2 GNSS接收机分类
(1)按用途 导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机、姿态测量型等
(2)按系统类型 单系统接收机、多系统接收机
能同时接收GPS、GLONASS、BDS、GALILEO等卫星信号的接收机，简称为GNSS卫星 定位接收机。
优越性： 增加接收卫星数 提高效率 提高定位的可靠性和精度
服务五大功能。
1.概述- 1卫星导航系统的现状
（4）GALILEO系统 欧盟欧盟通过欧洲空间局和欧洲导航卫星系统管理局建造， 2005年开始研制，正在建设中 基于GALILEO地球参考框架（GTRF），与最新的ITRF保持在3cm(2sigma)以内。
1.概述-2卫星定位技术的应用
1.2卫星定位技术的应用
4. GNSS接收机-1GNSS接收机构成
卫星导航系统的设计与实现
卫星导航系统的设计与实现卫星导航系统是现代时代中的重要工具，用于解决导航问题。
它为航空航天、交通运输、海洋渔业、地质勘探和探险等领域提供了定位服务。
然而，设计和实现这样的系统需要考虑多个因素，包括卫星系统的架构和设计，地面站的布置，数据传输和处理系统的建立等。
本文将探讨卫星导航系统的设计和实现，分为以下几个方面进行讨论。
一、卫星导航系统的基本结构卫星导航系统由两部分组成：卫星和地面站。
卫星负责收集和处理导航数据，并将数据传输到地面站。
地面站则将收到的数据处理后发送到用户设备上。
目前，全球范围内使用的主要卫星导航系统有GPS（全球定位系统）、Glonass（全球卫星导航系统）和BDS（北斗导航系统）等。
这些系统都是由多个卫星组成的，通过这些卫星实现对全球定位的覆盖。
二、卫星导航系统的设计考虑因素卫星导航系统的设计需要考虑多个因素，包括卫星系统的架构和设计，地面站的布置，数据传输和处理系统的建立等。
以下是这些因素的详细说明。
（一）卫星系统的架构和设计在卫星系统的架构和设计方面，需要考虑卫星数量，卫星的服务范围和质量等因素。
卫星数量会影响系统的准确性和可用性。
服务范围是指卫星所在轨道所涵盖的范围，可以选择近地轨道或中地轨道。
质量则是指卫星的稳定性和可靠性等因素。
（二）地面站的布置地面站的布置也是卫星导航系统中关键的设计因素之一。
地面站需要分布在不同的地点，并与卫星进行通信，以确保整个系统的可靠性和准确性。
地面站的数量和分布情况会影响系统的精度和覆盖面积。
（三）数据传输和处理系统的建立卫星导航系统中的数据传输和处理系统也是关键的设计因素之一。
这些系统需要确保数据的传输和处理速度，以及准确性。
数据的传输和处理系统应该满足卫星导航系统的要求，包括数据的导航精度、数据的持久性和可靠性等方面。
三、卫星导航系统的实现卫星导航系统的实现可以分为以下几个步骤。
（一）卫星的设计和制造卫星的设计和制造是卫星导航系统的第一步。
中国全球卫星导航信号基本框架设计
中国全球卫星导航信号基本框架设计
谭述森;周兵;郭盛桃;刘志俭
【期刊名称】《中国空间科学技术》
【年(卷),期】2011(031)004
【摘要】中国的全球卫星导航信号设计必须遵循许多约束条件,具备国际可协调性,导航信号的服务类型、载波中心频率、调制方式和伪随机码序列均需参加与GPS、Galileo进行的频率协调.依据参加与GPS频率协调的参考假设文件,描述了中国的
全球卫星导航信号结构、基本参数、公开导航信号的伪随机扩频码序列和二次编码序列,计算表明伪随机扩频序列的性能与GPS信号伪随机扩频序列性能相当.
【总页数】7页(P9-14,29)
【作者】谭述森;周兵;郭盛桃;刘志俭
【作者单位】北京环球信息中心,北京100094;北京环球信息中心,北京100094;北
京环球信息中心,北京100094;北京环球信息中心,北京100094
【正文语种】中文
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3.卫星导航,全球新时代
—第十一届中国卫星导航年会在成都召开 [J], 齐晓君;杨欣
4.北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力——第一届中国卫星导航学术年会在京召开 [J],
5.北斗卫星导航系统任务团队:用创新引领中国跻身全球卫星导航系统强国之列 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
全球定位系统的组成及信号结构共53页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 ，生 命是活 动。——卢 梭
全球定位系统的组成及信号结构
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来