导航系统-导航基础
GPS教学课件：第3章 - GPS系统导航定位基础
中南大学测绘与国土信息工程系
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GPS时间系统的两种定义方式
● 主 钟 方 式 ： 由 主 控 站 的 主 钟 定 义 ， GPS 系 统 时 间 在 1991年6月17日以前由在科罗拉多的GPS主控站的 主钟产生。
●合成钟方式：由所有地面钟和卫星钟组成的钟组定义 ，系统时间尺度由各个钟的加权平均得到。这就是合 成钟（Composite Clock, CC）的概念。合成钟又 称‘纸’钟，由所有监测站和卫星钟组成。
➢ WGS84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议 地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z 轴构成右手系。
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世界大地坐标参考系统(WGS84)
➢ 椭球常数：
长半轴： a = 6378137.0 m
气阻力、光辐射压力以及地球潮汐力等。 ➢ 受摄轨道：同时考虑摄动力作用下的卫星运动轨道。 ➢ 受摄轨道的确定：先通过研究无摄运动确定无摄轨道，再研究
各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的无摄轨道加以修正 ，从而确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征。
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卫星受摄运动
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中南大学测绘与国土信息工程系
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大地坐标系
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地球坐标系两种表达形式的转换
对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间转换关系如下：
X (N H ) cos B cos L
Y (N H ) cos B sin L
Z [(N (1 e2 ) H ) sin B]
中南大学测绘与国土信息工程系
北斗卫星导航系统基础知识
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
迷路是不知道自己在哪里，不能和已 知的位置建立起方位和距离的联系。
定位，解决我在哪儿的问题。
怎么定位？
指南针
地图
灯塔
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
无线电定位
手机信号定位
卫星定位
卫星导航定位需求—导航
导航是确定怎ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ去
导航解决怎么走的问题。规划 路径，安排时间，力求省时省力。
地球形变测量
内容概要
卫星导航定位需求 北斗系统的发展 卫星定位基本原理
北斗系统的发展—四大系统
四大导航系统
• GPS 全球定 位系统
• 24颗卫星
美国
俄罗 斯
• GLONASS格 洛纳斯
• 24颗卫星
• 北斗BDS • 14颗卫星
中国
欧盟
• GALILEO伽 利略
• 4颗卫星
北斗系统的发展—四大系统
应用服务领域
北斗系统的发展—机遇与挑战
面临挑战
• 北斗频率资源紧缺 • 北斗卫星时钟稳定性与国际先进水
平有较大差距 • 北斗卫星地面跟踪站仅限国土范围
，几何结构较差 • 北斗具有三种不同的星座（GEO、
IGSO、MEO），但必须有无缝的 运控管理 • GPS已占领全球主要导航市场，而 北斗必须拥有属于自己的市场空间 • 相关政策、法规、标准需要进一步 健全 • 技术创新体系、应用服务体系和产 业推进体系尚不完善，产业环境亟 待优化
• 大众位置服务市场产业链较长，缺 乏有效的商业模式
• 对国际市场、国际用户需求、导航 产业国际化发展顶层谋划研究不足
北斗系统的发展—用户终端应用
GPS基础知识二
GPS复习题1．名词解释导航：通过实时地测定运载体在途中行进时的位置和速度，引导运载体沿一定航线经济而安全地到达目的地的技术。
极移:地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移。
历元：在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。
多路径效应: 多路径效应也称多路径误差,即接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。
整周模糊度:一般是未知的，通常称为整周未知数（整周待定值或整周模糊度）周跳:gps卫星信号中断时，初始整周计数发生变化的现象。
天线相位差:卫星天线几何中心与相位中心的偏差绝对定位；在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。
相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。
整数解：将平差计算所得的整周未知数取为相近的整数，并作为已知数代入原方程，重新解算其它待定参数。
当观测误差和外界误差（或残差）对观测值影响较小时，该方法较有效，一般应用于基线较短的相对定位中。
非整数解：如果外界误差影响较大，求解的整周未知数精度较低(误差影响大于半个波长)，将其凑成正数，无助于提高解的精度。
此时，不考虑整周未知数的整数性质，平差计算所得的整周未知数，不再进行凑整和重新计算。
一般用于基线较长相对定位中大地高：某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。
大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。
正高：某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号Hg表示正常高：常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。
某点的正常高正是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用Hr表示。
高程异常：似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记为 。
1．简答题1简述导航技术的发展历程。
推算定位-天文导航-惯性导航-无线电导航2简述导航系统的分类并举例。
GNSS卫星导航定位基础
• 中国高程系统（常用）： • 黄海高程系 1956年旳水准原点高程为
72.289m； •109.0821599国m8家5高国程家基高准高程程基数准据=1199568年5年黄海旳高水程准数据原- 点高
程为72.260m；
验潮室
中国85黄海高程系统 示意图
人类认识地球旳过程经过了2-3千年旳过程
杭州
北纬 30° 25′ 53″ 东经 120° 14′ 88″
怎样拟定空间点旳位置
拟定一种二维空间点位需要至少两个量
S1 S2
拟定一种三维空间点位需要至少三个量(上例测量 出房子脚比树脚处高或低多少)
一般采用(1)一种高程+两个二维坐标量(2)三个三维 坐标量
大地水准面
垂
线
水准测量原理
• 基本原理：利用水准仪提供旳“水平视线”，测量两 点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。
地球自然表面
图 地球旳形状和大小
水准面 大地水准面 参照椭球面
高程（绝对高 程、海拔）： 地面点到大地 水准面旳铅垂 距离。
•
高
HB
差
假定（相对） 高程：地面点 到假定水准面 旳铅垂距离。
此高程系统直到20世纪50年代仍为福建省水利水文系统 广泛应用。经1956年中国东南部地域精密水准网平差，罗星 塔基点旳1956年黄海高程为0.564m
换算关系为罗星塔高程－2.179m＝1956年黄海高程
吴淞高程
光绪九年（1883年）巡工司根据咸丰十年至光绪九年在张华 浜信号站测得旳最低水位作为水尺零点。后又于光绪二十六 年，根据同治十年至光绪二十六年（1871～1923年）在该站 观察旳水位资料，制定了比实测最低水位略低旳高程作为水 尺零点，并正式拟定为吴淞零点（）。 以吴淞零点计算高程旳称为吴淞高程系，上海历来采用这个 系统。民国23年（1923年），扬子江水利委员会技术委员会 拟定长江流域均采用吴淞高程系。1951年，华东水利部要求 ，华东区水准测量临时以吴淞零点为高程起算基准。 吴淞高程系与国家1956年黄海高程系旳差值，在上海市境内 为1.6297米。
车载多媒体娱乐导航系统基础知识
车载多媒体娱乐导航系统基础知识车载多媒体娱乐导航系统基础知识1·简介车载多媒体娱乐导航系统是一种集成了多媒体播放、导航功能以及车辆信息显示等功能于一体的设备。
它能够提供丰富的娱乐内容和实时导航服务，为车主和乘客带来更加便利和愉快的出行体验。
2·硬件组成2·1 主控单元主控单元是车载多媒体娱乐导航系统的核心部件，负责处理各个功能模块之间的信息交互和控制指令。
它通常由一块高性能处理器、内存、存储器等组成。
2·2 显示屏显示屏是车载多媒体娱乐导航系统的主要输出设备，用于显示导航地图、音乐播放界面、影片等内容。
目前市场上常见的显示屏类型有液晶显示屏和触摸屏两种。
2·3 音频设备音频设备包括扬声器和放大器，用于播放音乐、语音导航等声音内容。
一些高端车载多媒体娱乐导航系统还会支持环绕声效果和噪音降低技术。
2·4 导航模块导航模块通过接收卫星信号，实现车辆位置的定位和导航功能。
它通常由GPS芯片和相关的导航软件组成。
2·5 多媒体模块多媒体模块支持各种娱乐功能，包括音乐播放、影片播放、收视电视节目等。
它通常支持多种音频和视频格式，以满足用户的不同需求。
3·功能特点3·1 导航功能车载多媒体娱乐导航系统通过导航模块提供实时的导航服务。
用户可以输入目的地信息，系统将计算最佳路线并提供具体的导航指引。
一些高级导航系统还支持实时交通信息、道路拥堵提示等功能。
3·2 娱乐功能车载多媒体娱乐导航系统提供丰富的娱乐功能，包括音乐播放、影片播放、游戏等。
用户可以通过系统的界面操作来选择喜爱的娱乐内容，并通过音频设备和显示屏进行播放。
3·3 车辆信息显示车载多媒体娱乐导航系统还可以显示一些与车辆相关的信息，如车速、油耗、胎压等。
这些信息可以帮助用户更好地了解车辆状态，提高驾驶安全性。
4·附件本文档涉及的附件包括：●车载多媒体娱乐导航系统产品手册●多媒体模块软件更新包●导航模块地图更新文件5·法律名词及注释●GPS：全球定位系统，是一种通过卫星信号进行导航的技术。
GPS的基本知识-文档资料
e) 全天候作业：GPS接收机可以在任何地点(卫星信号不被遮 挡的情况下)，任何时间连续地进行，一般也不受天气状况 的影响。
2021/4/21
测站间同步观测量的单差示意图
T1
T2
测站间同步观测量的双差示意图
三差法是在双差法基础上，不同测站同步观测的 同一组卫星所得双差观测量作差分。
2021/4/21
T1
T2
测站间同步观测量的三差示意图
• 差分法载波相位测量虽然可以消去一系列 多余参数项(即指不含有测站坐标的项)，但 是在组成差分观测方程的同时，减少了观测 方程的个数，另外也增加了观测量之间的相 关性，这些都不利于提高最后解的精度。 • 一般是采用双差法求解最终结果。 • 三差法则只是用于整周跳变的探测和估计 或求得测站坐标的近似解。
2021/4/21
4 GPS测量的实施
• GPS测量：与常规测量一样,可分为外业和内业两大部分。 • GPS测量实施阶段：网的优化设计；选点与建立标志；外 业观测；内业数据处理。
一、GPS网的优化设计
• GPS网的优化设计，是实施GPS测量工作的第一步，是一项 基础性的工作，也是在网的精确性、可靠性和经济性方面， 实现用户要求的重要环节。
2021/4/21
(4)GPS接收机记录的数据有： • GPS卫星星历和卫星钟差参数； • 观测历元的时刻和伪距观测值及载波相位观测值； • GPS绝对定位结果； • 测站信息。
3、观测数据下载及数据预处理 • 外业观测数据在测区要及时严格检查，对外业预处理成果，按 规范要求严格检查、分析，根据情况进行必要的重测和补测。 确保外业成果无误后方可离开测区。
卫星导航基础原理
卫星导航基础原理
卫星导航基础原理是指利用卫星定位系统来确定地面或空中目标位置的基本理论。
卫星导航系统主要包括GPS、GLONASS、北斗等系统，它们都采用了类似的基本原理。
卫星导航系统的核心是卫星定位，它通过接收地面或空中目标发出的信号以及卫星发出的信号来计算目标位置。
卫星发出的信号包含了卫星的位置和时间信息，目标接收到这些信号后可以通过计算卫星与目标之间的距离来确定目标的位置。
卫星导航系统的精度主要取决于卫星数量、卫星分布、接收机性能、信号传输和处理等因素。
在现代化的卫星导航系统中，系统会通过多个卫星和接收机同时计算目标位置，从而提高精度和准确度。
总之，卫星导航基础原理是一个重要的理论基础，它不仅支撑着现代化交通运输、航空航天、军事等领域的发展，还为我们的日常生活提供了诸如导航、定位等便利。
- 1 -。
gnss空间定位基础知识总结
GNSS空间定位基础知识总结一、概述1.1 GNSS是什么？GNSS全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）是一种基于卫星的导航系统，能够在全球范围内为用户提供定位、导航和时间服务。
1.2 GNSS的发展历程1978年美国启动了第一颗GPS导航卫星Navstar-01。
随后欧盟、俄罗斯和我国纷纷推出自己的导航卫星系统，如欧盟的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统、和我国的北斗系统。
1.3 GNSS的应用领域GNSS技术已经广泛应用在陆地、海洋、空中等多个领域，包括交通运输、地质勘探、农业、精准定位等多个方面。
二、GNSS的组成和原理2.1 GNSS系统包括哪些导航卫星目前世界上主要的导航卫星系统有GPS（美国）、GLONASS（俄罗斯）、Galileo（欧盟）、BeiDou（我国）等。
2.2 GNSS的信号传输原理GNSS通过卫星信号传输，接收设备接收卫星的信号，并计算出自己的位置信息。
信号传输原理包括卫星信号发射、地面接收、信号处理等环节。
2.3 GNSS定位的原理GNSS的定位原理主要包括三角测量原理、时间差测量原理和相位差测量原理。
其中三角测量原理是最基本的原理，通过三个卫星的信号来定位接收设备的位置。
三、GNSS的定位精度和影响因素3.1 GNSS的定位精度GNSS的定位精度是指接收设备测得的位置与真实位置的偏差。
影响定位精度的因素包括卫星几何分布、大气延迟、多径效应等。
3.2 影响GNSS定位的因素除了定位精度外，还有一些其他因素会影响GNSS的定位效果，如天线的安装位置、接收设备的性能、遮挡物等。
3.3 GNSS定位的提高方法为了提高GNSS的定位精度，可以采用差分定位、RTK技术、增强型定位系统等方法来提高定位精度。
四、GNSS的发展趋势4.1 新一代卫星系统的推出目前，Galileo系统和BeiDou系统正在逐步完善中，相较于GPS系统，可能会带来更多的服务和更好的性能。
北斗卫星导航系统基本知识
北斗卫星导航系统基本知识中兴恒和卫星应用科技股份有限公司成立于2007年，专门从事北斗卫星导航系统应用的高科技股份制企业。
作为“北斗卫星”全国分理服务商之一，并同时拥有中国卫星导航定位应用管理中心颁发的“北斗导航民用服务分理许可证”和“终端设备生产许可”两项资质，国家二级保密单位。
培训目的：了解北斗卫星监控的技术优势，掌握北斗卫星监控的应用领域，以便市场部寻找客户群，与客户群进行有效沟通。
一、北斗卫星导航系统系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。
北斗卫星导航系统主要有四大功能：（1）快速定位，为服务区域内的用户提供全天候、实时定位服务，定位精度与GPS相当；（2）短报文通信，一次可传送多达120个汉字的信息；（3）精密授时，精度达20纳秒。
（4）系统容纳的最大用户数：540000户/小时。
GPS系统由空间部分、地面控制系统、用户设备三部分组成，GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，地面控制系统由监测站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天线(GroundAntenna)所组成,用户设备部分即GPS信号接收机。
北斗卫星导航系统自身特点：（1）“北斗”具有定位和通信双重作用,具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。
（2）“北斗”"定位精度20米左右。
（3）“北斗”终端价格已经趋于GPS终端价格。
（4）采用接收终端不需铺设地面基站。
（5）灾难中心的船只一秒钟就可以发出信息。
二、北斗产品三、北斗卫星导航系统优势介绍北斗导航优于GPS系统之处，在于“北斗”同时具有定位和通信功能，不需要依靠其他通讯网络的支持，就能够实现自有通信体系全天候、全时空、全覆盖的通信服务。
北斗导航定位系统,基础知识名词介绍
频率稳定度 frequency stability
在给定的时间间隔内，由于自身的和（或者）环境的因素引起的频率变 化范围。通常用规定时间内的频率偏差相对于工作频率比值的阿伦方差 表示。 注：当时间间隔为 1 秒、 1 万秒和 1 天时，分别称为秒稳、万秒稳和日稳。
GPS 时 GPS time (GPST)
全球定位系统建立和保持的时间基准，采用国际单位制秒的无闰秒连续时间。 GPST 的 起始历元为UTC 1980 年 1 月 6 日的 00:00:00，溯源到 UTC（USNO）。 GPST 使用周计数 和周内秒表示。
GLONASS 时 GLONASS system time (GLONASST)
利用互不重叠的频段实现的多址通信。
时分多址 Time Division Multiple Access（TDMA）
广播星历 broadcast ephemeris
导航电文中用于确定导航卫星精确位置的预报参数。
精密星历 precise ephemeris
经事后处理得到的导航卫星高精度轨道数据 。
伪距 pseudo-range
接收机通过测量导航信号到达的本地时间与卫星发播信号的卫星时间之间的 时间间隔所获得的距离，包含两者之间的几何距离和钟差等 。
WGS-84 大地坐标系 World Geodetic System -84
美国 GPS 采用的大地坐标系统。 其坐标系的原点位于地球质心， Z 轴指向（国际时 间局） BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向， X 轴指向 BIH1984.0 的零度子午面和 CTP 赤道的交点， Y 轴满足右手法则
北斗卫星导航系统基础知识PPT课件
卫星定位基本原理—定位原理
定位原理
得到卫星和接收机之 间的距离后如何定位？
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
平面定位原理
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
卫星向地面发射电磁波，以光速传播。卫星距地面高度 约为20000km。
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
导航电文
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—计算延时
计算卫星信号传播时间
t0: 卫星发出码信号 t0: 接收机同步产生相同的码信号
Δt = ？
卫星基于电路产生的伪随机码相 位对齐方式实现时间延迟量的计算。
导航是确定怎么去
导航解决怎么走的问题。规划 路径，安排时间，力求省时省力。
例如从上海瀚文小学到北京天 安门，利用卫星导航可以准确规划 出最优路径，全程约1216公里，开 车前往大概需要13小时24分。
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—日常生活
车载导航
运动记录
无处不在的卫 星导航定位
移动商店
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
迷路是不知道自己在哪里，不能和已 知的位置建立起方位和距离的联系。
定位，解决我在哪儿的问题。
怎么定位？
指南针
地图
灯塔
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
无线电定位
手机信号定位
卫星定位
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—导航
伪随机码（ Pseudo Random Noice，PRN）：
车载多媒体娱乐导航系统基础知识
TomTom导航
以简洁易用的界面和准确的路线规划著名。
CoPilot
提供在线和离线地图，以及实时交通信息。
音频播放软件
Spotify
提供在线音乐流媒体服务 ，可以同步手机上的播放 列表。
Pandora
根据用户的喜好推荐音乐 ，并支持离线播放。
TuneIn
提供全球各地的电台，包 括新闻、音乐和谈话节目 。
导航传感器
GPS定位模块
通过接收卫星信号，实现车辆的精确定位和导航。
惯性传感器
如陀螺仪和加速度计，用于检测车辆的姿态和运动状态，辅助GPS定位。
音频设备
音频播放器
支持多种音频格式播放，如CD、DVD、USB、蓝牙等。
扬声器和耳机
用于播放音频，提供高质量的音效体验。
数据存储设备
• 内存卡或硬盘：用于存储音频、视频、导航等信息，提高 系统的存储和处理能力。
检查系统电源是否连接正常，检 查保险丝是否熔断，检查电瓶电 压是否过低等。
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03
导航不准确
音乐播放异常
检查GPS天线是否连接正常，检 查地图数据是否最新版本，检查 GPS信号接收是否正常等。
检查音频输入是否正确，检查音 频输出是否正常，检查播放软件 是否正常等。
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车载多媒体娱乐导航系统的发展 趋势与展望
音频播放：支持多种音频格式，如MP3、WMA等，并可 以通过SD卡或USB接口导入音乐播放。
电话通讯：支持蓝牙连接手机，可以通过车载音响接听电话 、拨打电话。
视频播放：支持多种视频格式，如AVI、MP4等，并可以通过SD 卡或USB接口导入视频播放。
其他扩展功能：如倒车影像、行车记录仪等其他扩展功能 。
导航学定位与导航基础
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主讲：魏二虎
2．欧拉角法(2013-11-15)
• 一个向量在空间直角坐标系中，可以用 两个独立的角度来确定，若在刚体上确 定这样一个与刚体固联的向量，刚体相 对于空间的角位置除确定此向量的两个 独立转动角度外，还需要一个角度描述， 刚体绕这一空间向量的转动，这样三个 独立的角度可以确定刚体相对于参考坐 标系的角位置。这样描述刚体相对于参 考坐标系角位置的三个独立转动角度称 为欧拉角。
2.1.1 导航中常用的坐标系
2. 地球坐标系（e系）
✓地球坐标系也称为地心地球固 联坐标系，该坐标系随地球一起 转动。
✓原点在地心，轴沿地球自转轴 的方向，在赤道平面内，与零度 子午线相交，也在赤道平面内， 与构成右手直接坐标系。
✓在导航定位中，运载体相对的 地球的位置也就是运载体在地球 坐标系中的位置，既可以用地球 坐标系的直角坐标表示，也可以 用地球上的经纬高表示。
8. 计算坐标系（c系）
✓ 惯性导航系统利用本身计算的载体位置来描述 导航坐标系时，坐标系因惯性导航系统有位置 误差而有误差，这种坐标系称为计算坐标系。
✓ 一般它在描述惯性导航误差和推导惯性导航误 差时比较有用。
2020/8/1
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主讲：魏二虎
§ 2.1 常用坐标系及变换
2.1.2 刚体的空间角位置描述与坐标变换
刚体在空间的角位置用与刚体固联的坐 标系相对于所选用的参考坐标系的角度 关系来描述，通常采用方向余弦法和欧 拉角法。
2020/8/1
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主讲：魏二虎
1．方向余弦与坐标变换
• 方向余弦矩阵用来描述坐标系之间的角 位置关系外，另一个重要作用是用于坐 标变换，也正因为如此，方向余弦矩阵 也称为坐标变换矩阵。将某个点或某个 矢量在一个坐标系中投影变换到在另一 原点相同的坐标系中的投影。
导航技术概论
导航技术概论
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本课程所涉及的主要内容
第一部分：组合导航系统理论基础
➢ 组合导航的基本概念 ➢ 典型的导航系统的工作原理及特点 ➢ 导航系统误差分析及建模方法
第二部分：状态估计部分
➢ 组合导航系统状态估计方法：卡尔曼滤波，扩展卡 尔曼，无迹卡尔曼滤波，粒子滤波，联邦滤波
组合导航理论基础
导航技术概论
主要内容
1、导航技术的定义与分类 2、组合导航系统 3、各导航系统基本原理 4、导航定位基础知识
导航技术概论
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1、导航技术的定义与分类
导航
目的：在哪里？到哪里去？怎么去？ 定义：以某种手段或方式引导航行体安全、准
确、经济、便捷地在既定的时间内，按照既定 的航行路线，准时地到达目的地。
导航技术概论
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3.2 地文导航（Terrestrial Navigation System ）
➢ 地文导航是利用某种观测仪器（含肉眼）对所熟悉的地物 或导航设施（航标等）进行经常的或连续的观测，以确定 舰船的位置和运动方向，从而达到导航的目的。
➢ 在航海中地文导航也叫观测导航，它是利用罗经、测距仪 和六分仪等观测仪器，观测岸上目标的方位、距离和水平 角，按一定法则确定船位，称为地文导航法或陆标测位。
第三部分：组合导航系统中的其他问题
➢ 组合导航的工作模式，降阶处理，信息同步
导航技术概论
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考核方式
考试：80%，闭卷考试 平时：20%
参考教材：《组合导航系统》，孙枫 《惯性导航系统》，黄德鸣 《卡尔曼滤波与组合导航原理》，秦永元
导航技术概论
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无线电导航基础
第1章绪论1.1导航的发展简史1.1.1导航的基本概念导航是一门研究导航原理和导航技术装置的学科。
导航系统是确定航行体的位置方向，并引导其按预定航线航行的整套设备（包括航行体上的、空间的、地面上的设备）。
一架飞机从一个机场起飞，希望准确的飞到另外一个机场就必须依靠导航、制导技术。
导航，即引导航行的意思，也就是正确的引导航行体沿预定的航线，以要求的精度，在指定的时间内将航行体引导至目的地。
由此可知除了知道起始点和目标位置之外，还要知道航向体的位置、速度、姿态等导航参数。
其中最主要的是知道航行体的位置。
1.1.2导航系统的发展在古代，我们的祖先一直利用天上的星星进行导航，在古石器时代，为了狩猎方便，人们利用简单的恒星导航方法，这就是最早的天文导航方法。
后来，随着技术的不断发展和人们对事物认知的发展，人们利用导航传感器来导航，最早是我们祖先发明的指南针。
现有的导航传感器包括六分仪、磁罗盘、无线电罗盘、空速表、气压高度表、惯性传感器、雷达、星体跟踪器、信号接收机等。
以航空领域为例，从20世纪20年代开始飞机出现了仪表导航系统。
30年代出现了无线电导航系统，即依靠飞机上的信标接收机和无线电罗盘来获得地面导航台的信息已进行导航。
40年代开始研制甚高频导航系统。
1954年，惯性导航系统在飞机上试飞成功，从而开创了惯导时代。
50年代出现了天文导航系统和多普勒导航系统。
1957年世界上第一颗卫星发射成功以后，利用卫星进行导航、定位的研究工作被提上了议事日程，并着手建立海事卫星系统用于导航定位。
随着1967年海事卫星系统经美国政府批准对其广播星历解密并提供民用，由此显示出卫星定位的巨大潜力。
60年代开始使用远程无线电罗兰-C导航系统，同时还有塔康导航系统、远程奥米伽导航系统以及自动天文导航系统。
60年代后，无线电导航得到进一步发展，并与人造卫星导航相结合。
70年代以后，全球定位导航系统得到进一步发展和应用。
在此过程中，为了发挥不同导航系统的优点，互为补充，出现了各种组合导航系统，它们主要以惯性导航系统为基准。
GPS_百度百科
目录
GPS与相对论关系
GPS构成1.空间部分
2. 地面控制系统
3.用户设备部分
GPS术语
GPS原理
GPS定位原理
相对论为GPS提供了所需的修正
GPS前景
GPS特点
GPS功用
4.[DGPS]Differential GPS差分GPS,差分全球定位系统 5.GPS General Phonetic Symbols 捷易读注音符
编辑本段GPS原理
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
01. GPS定位原理基础知识
主控站
作用：
• GPS系统的大脑， 收集各监测站的数据，编制导航电文， 送往注入站将 卫星星历注入卫星
• 监控卫星状态， 向卫星发送控制指令； • 卫星维护与异常情况的处理。 • 编制广播星历
地点：
美国科罗拉多州法尔孔空军基地
注入站
• 作用： • 将导航电文注入GPS卫星。 • 地点：阿松森群岛（大西洋），迪戈加西亚（印度洋），卡瓦加
• GPST原子时系统与协调世界时的最大的区别是没有跳秒
卫星运动及GPS卫星星历
• 轨道参数：描述卫星位置及状态的参数； 轨道参数 • 卫星的受力： 地心引力以及摄动力 • 卫星的运动： 无摄运动
• 受摄运动
• 卫星星历就是一组对应某一时刻的轨道参数值，是计算卫星瞬时 位置的依据
• GPS卫星星历分为
基础知识整理
-Cannie Zhao
目录
• GNSS/GPS/GIS • 各定位系统频率 • 卫星定位原理 • GPS坐标系统和时间系统
定义
GNSS和卫星导航增强系统： GNSS (Global Navigation Satellite System）是新一代星基无线电卫星导航系统，可实现高精 度定位。GNSS 包含GPS， GLONASS，Galileo（美国）， 北斗（中国） 在GNSS之前还有子午卫星导航系统（美国，1958年）、CICADA（前苏联，1965年）两个 系统
接收机分类
用途 携带 工作原理 载波频率
导航型、测地型和授时型
袖珍型，背负式，车载式， 舰用式、空（飞机）载式、
弹载式和星载式
码接收机和无码接收机
单频接收机和双频接收机
单频只有L1，信息最全； 因为L2缺少P码
GPS系统的特点
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孙淑光
电子工程系 2020/1/20
航空电子专业培养目标
电子信息工程专业学生培养目标
培养目标
航空电子维修
航电系统原理及 拓扑关系
系统维 修方法
飞机飞行控 飞机安全运
制系统
行系统
维修 技术
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导航系统
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航空电子专业培养目标 维修观念的改变
由被动维修变主动维修与主动预防 用设计的理念来指导维修 不能满足于知其然，而应追求知道其所以然
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导航系统
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导航基础
飞机航线
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导航系统
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导航基础
大圆航线与等角航线
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导航系统
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导航基础 方位角
方位角：以经线北端为基准，顺时针量到水平面上某方向线 的角度。（表示方位时必须明确以哪一点为基准点）
飞行操纵
区域导航
GPS IRS VOR/DME
DME/DME
所需导航性 能
指标要求：精度、完好性、连续性、有效性；最 小放行清单(MEL)
基于性能的 导航
导航设施、导航规范、导航应用；最小放行清单 (MEL)
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导航系统
飞行指引 ……
自动驾驶 ……
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航空电子架构体系
飞机安全运行
通信
系统（实现手段，对应的系统）
传统导航功能实现的手段：大气数据仪表、陀螺仪表、无线 电导航
现代导航功能实现手段：RNAV（卫星导航、IRS、 DME/DME、DME/VOR）
现在及将来导航功能实现手段：PBN（RNP）
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导航系统
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课程内容
导航系统课程内容
导航基础 传统导航
导航系统
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导航基础
地理经线
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导航基础
位置描述—经纬度
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导航系统
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导航基础
航向、地磁概念
地球的经纬线及经纬度 地磁
地球的磁性 地磁三要素
– 磁倾 – 地磁水平分量 – 磁差
航向-----飞机纵轴与子午线在水平面上的夹角
真航向 磁航向 罗航向 大圆航向
功能与系统
系统的特点
系统的特点包含下列两个方面： 架构设计（通常由飞机制造商完成）
将功能分成各项子功能 将各子功能分配给不同的组件(传感器,计算机,作动筒,控制盒,
显示, ...) 组件的冗余 组件的类型 (是否需要监视, ...) 组件间的互联
技术实现（由部件制造商决定，飞机制造商协助）
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导航系统
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导航系统
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导航系统
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功能与系统
导航系统的功能
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导航系统
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功能与系统
导航系统
要实现的功能
告诉飞行员飞机的姿态、航向、速度、高度、相对位置等 （传统）
告诉飞行员飞机的位置（现代） 告诉飞行员飞机的位置以及该信息的可靠程度（现在及将来）
– 与飞机控制紧密相关的，如飞行控制、制导 – 与飞机的控制不太相关的，如通信、监视
系统
系统是利用一定的手段来实现要完成的功能，所以 不同的飞机，其实现手段、系统组成有可能会不同。
一个系统可能是另一个系统中的一个部件，如：操 纵系统是飞行控制系统的一个子系统
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每一个组件的实现技术（机械的、电子的、电气的、液压 的，……）
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导航系统
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航空电子架构体系
飞机飞行控制系统
飞行计划
轨迹控制 导航
制导
性能控制
显示
飞机动力
性能优化
……
导航原理
导航实现
飞行原理
飞行控制
……
……
传统导航
ADF VOR DME ILS ADC
基本原理、基系本统原实理、系统实 现与组成 现与组成
监视
通信原理与手段 对外话音通信
通信系统
话音记录
TCAS
HF VHF SELCAL AMSS ……
EGPWS WXR ATC
……
…… ……
基本原理、系统实 现与组成
集成监视
对外数据链通信 VDL HFDL ACARS …… ……
自动相关监 视(ADS)
内话系统 飞行内话 服务内话 客舱内话
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导航系统
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功能与系统
飞机的控制
控制（Piloting，短期）
需要知道飞机沿三个轴的运动 所需要的基本参数：姿态、航向、空速、马赫数、高度及高
度变化率
制导（Guiding，长期）
引导飞机从A点运动到B点 所需要的基本参数：飞行计划、飞机的位置参数、相对位置
参数、航向、高度及高度变化率、速度
导航系统为飞机的控制及制导提供所需的参数
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导航系统
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功能与系统
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导航系统
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功能与系统
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导航系统
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功能与系统
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导航系统
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导航系统
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航空安全保障
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导航系统
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维修
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导航系统
5
航空电子系统认证过程 FAA航空电子认证过程
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导航系统
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功能与系统
航空电子功能与系统
功能--完成相关要求:与动词紧密相连
如: 控制飞机按计划飞行、告诉飞机其所在位置 有两种不同的功能
仪表导航 无线电导航
区域导航
简单区域导航（DME/DME、DME/VOR） 卫星导航 惯性导航
所需导航性能
RNP参数
基于性能的导航（PBN)
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导航基础
地球的大小与形状
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导航系统
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导航基础
地理纬度
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（4）受磁暴影响 （时间不长）。
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导航系统
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导航基础
飞机磁场及罗子午线
2020年1月20日
导航系统
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导航基础
航向概念
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导航系统
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导航基础
航向、地磁概念-----航向（三）
λa
λb
ψT
B
ψD
A
大圆圈线
大圆航向=真航向-经线收敛角
其中，经线收敛角为： B A sin
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传统导航
航向、地磁概念----地磁
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导航系统
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导航基础
航向、地磁概念-----航向（一）
真航向、磁航向间的关系
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导航系统
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导航基础
航向、地磁概念-----航向（一）
（1）各地磁差不 相同；
（2）磁性矿藏影 响大；
（3）随时间变化 （年变率）；