GNSS高精度定位技术PPT课件
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GNSS高精度定位技术及其应用
1/47
第一部分 GNSS简介 第二部分 GNSS组成 第三部分 GNSS特点及用途
目录
1、早期的卫星定位技术
卫星大地测量学的产生——利用人造地球卫星为 大地测量服务的一门学科。主要内容为在地面上观 测人造卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大 地测量的任务。
卫星三角测量的产生——卫星定位的低级阶段。 人造地球卫星仅作为一种空间的观测目标，由地球 的测站对它进行摄影观测而测定地面点位。
联测定位： 各站共同观测17次合 格卫星通过，精度约为0.5m
多普勒单点定位 多普勒联测定位
子午卫星系统及其局限性
• 系统缺陷
–卫星少，观测时间和 间隔时间长，无法提 供实时导航定位服务
–导航定位精度低
–卫星信号频率低，不 利于补偿电离层折射 效应的影响
–卫星轨道低，难以进 行精密定轨
TRANSIT系统
GLONASS与GPS的比较
参数
GLONASS
系统中的卫星数
21＋3
轨道平面数
3
轨道倾角
64.8 °
轨道高度
19100km
轨道周期（恒星时） 11h15min
卫星信号的区分
ຫໍສະໝຸດ Baidu
FDMA
L1频率
1602~1615MHz 频道间隔0.5625MHz
L2频率
1246~1256MHz 频道间隔0.4375MHz
GPS定位系统的发展历史
– 1989年2月14日，第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告GPS系统进入 了生产作业阶段；
– 1994年全部完成24颗工作卫星（含3颗备用卫星）的发射工作。
用途：
– 向全球用户连续提供高精度的全天候三维坐标、三维速度以及时间 信息。
– 广泛应用于飞机船舶和各种载运工具的导航、高精度的大地测量、 精密工程测量、地壳形变监测、地球物理测量、海空救援、水文测 量、近海资源勘探、航天发射及卫星回收等技术领域。
–全球卫星三角网：
• 1966年至1972年间，由美国大地测量局用该方法 测设。45个测站，5m的点位精度。
–缺陷：
• 易受卫星可见条件及天气的影响； • 费时费力； • 定位精度不甚理想； • 不能得到点位的地心坐标。
2、卫星多普勒定位技术
发展历史
1958年12月，美国为给北极星核潜艇提供全球性导航而研制 卫星多普勒定位系统。
移 15-20min
P24
其它卫星导航定位系统——GLONASS
GLONASS satellite
GLONASS constellation
其它卫星导航定位系统——GLONASS
• 卫星运行状况
–从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起， 至1995年12月14日共发射了73颗卫星。
–1964年1月建成
–1967年7月解密供民用
子午卫星系统及其局限性
大地测量多普勒接收 机-1
（MX1502）
大地测量多普勒接收 机-2
（CMA751）
系统组成
–空间部分
• 卫星：发送导航定位信号（信号： 4.9996MHz 30 = 149.988MHz； 4.9996MHz 80 = 399.968MHz； 星历）
子午卫星系统及其局限性
子午卫星 子午卫星星座
• 系统简介
–NNSS – Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星 系统），由于其卫星轨道为极地轨 道，故也称为Transit（子午卫星系 统）
–采用利用多普勒效应进行导航定位， 也被称为多普勒定位系统
–美国研制、建立
GPS与NNSS的主要特征的比较
项目
GPS系统
载波频（MHz）
1227.60,1575. 42
轨道高度
20200 Km
NNSS系统 150,400 1000 Km
卫星数目(颗) 24颗(3颗备用)
5～6
卫星运行周期 卫星钟
定位方式 可用性
720 min 铯钟、铷钟
测距 连续,实时
107 min 石英钟 测定多普勒频
1959年9月，发射了第一颗试验性卫星。 1961年11月，共发射了9颗试验性导航卫星。 1963年12月起，陆续发射6颗工作卫星，组成子午卫星星座使
得地球表面上任何一个测站上，平均每隔2小时便可观测到其 中一颗卫星。 1967年7月29日，美国政府宣布解密子午卫星的部分电文供民 间使用。
• 发展历史
–1973年12月，美国开始研制新一代 卫星导航系统──导航卫星定时测距 全球定位系统（Navigation Satellite
Timing And Ranging Global Positioning
System ），简称GPS系统。（如图所示）
–1978年2月22日，第一颗GPS试验卫星发射成功；
• 卫星星座 – 由6颗卫星构成，6 轨道面，轨道高度1075km
–地面控制部分
• 包括：跟踪站、计算中心、注入 站、控制中心和海军天文台
–用户部分
• 多普勒接收机
子午卫星系统及其局限性
• 应用领域
海上船舶的定位 大地测量
• 精度
单点定位：15次合格卫星通过 （两次通过之间的时间间隔为 0.8h ~ 1.6h），精度约为10m
70年代中期，我国开始引进卫星多普勒接收机。
系统组成：子午卫星、地面跟踪网和用 户接收机。
–地
• 组成：跟踪站、计算中心、注入站、海军天文台和 控制中心。
• 任务：测定各颗卫星的轨道参数，并定时将轨道参 数和时间信号注入到相应卫星内，以便卫星按时向 地面播发。
–接收机：用来接收卫星发射的信号，测量多普勒频移， 译出卫星的轨道参数，以测定接收机所在位置的设备。
卫星：6颗 极地轨道 轨道高度：1075km 信号频率：400MHz、150MHz 绝对定位精度：1m 相对定位精度：0.1m~0.5m 定位原理：多普勒定位
存在问题：卫星少，无法实现实时 定位；轨道低，难以精密定轨；频
率低，难以消除电离层影响。
3、GPS全球定位系统
–由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经 济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统 不能维持正常工作。
–到目前为止（2006年3月20日）,GLONASS系统 共有17颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工作 状态，2颗备用，4颗已过期而停止使用。俄罗 斯计划到2007年使GLONASS系统的工作卫星数量 至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。
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第一部分 GNSS简介 第二部分 GNSS组成 第三部分 GNSS特点及用途
目录
1、早期的卫星定位技术
卫星大地测量学的产生——利用人造地球卫星为 大地测量服务的一门学科。主要内容为在地面上观 测人造卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大 地测量的任务。
卫星三角测量的产生——卫星定位的低级阶段。 人造地球卫星仅作为一种空间的观测目标，由地球 的测站对它进行摄影观测而测定地面点位。
联测定位： 各站共同观测17次合 格卫星通过，精度约为0.5m
多普勒单点定位 多普勒联测定位
子午卫星系统及其局限性
• 系统缺陷
–卫星少，观测时间和 间隔时间长，无法提 供实时导航定位服务
–导航定位精度低
–卫星信号频率低，不 利于补偿电离层折射 效应的影响
–卫星轨道低，难以进 行精密定轨
TRANSIT系统
GLONASS与GPS的比较
参数
GLONASS
系统中的卫星数
21＋3
轨道平面数
3
轨道倾角
64.8 °
轨道高度
19100km
轨道周期（恒星时） 11h15min
卫星信号的区分
ຫໍສະໝຸດ Baidu
FDMA
L1频率
1602~1615MHz 频道间隔0.5625MHz
L2频率
1246~1256MHz 频道间隔0.4375MHz
GPS定位系统的发展历史
– 1989年2月14日，第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告GPS系统进入 了生产作业阶段；
– 1994年全部完成24颗工作卫星（含3颗备用卫星）的发射工作。
用途：
– 向全球用户连续提供高精度的全天候三维坐标、三维速度以及时间 信息。
– 广泛应用于飞机船舶和各种载运工具的导航、高精度的大地测量、 精密工程测量、地壳形变监测、地球物理测量、海空救援、水文测 量、近海资源勘探、航天发射及卫星回收等技术领域。
–全球卫星三角网：
• 1966年至1972年间，由美国大地测量局用该方法 测设。45个测站，5m的点位精度。
–缺陷：
• 易受卫星可见条件及天气的影响； • 费时费力； • 定位精度不甚理想； • 不能得到点位的地心坐标。
2、卫星多普勒定位技术
发展历史
1958年12月，美国为给北极星核潜艇提供全球性导航而研制 卫星多普勒定位系统。
移 15-20min
P24
其它卫星导航定位系统——GLONASS
GLONASS satellite
GLONASS constellation
其它卫星导航定位系统——GLONASS
• 卫星运行状况
–从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起， 至1995年12月14日共发射了73颗卫星。
–1964年1月建成
–1967年7月解密供民用
子午卫星系统及其局限性
大地测量多普勒接收 机-1
（MX1502）
大地测量多普勒接收 机-2
（CMA751）
系统组成
–空间部分
• 卫星：发送导航定位信号（信号： 4.9996MHz 30 = 149.988MHz； 4.9996MHz 80 = 399.968MHz； 星历）
子午卫星系统及其局限性
子午卫星 子午卫星星座
• 系统简介
–NNSS – Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星 系统），由于其卫星轨道为极地轨 道，故也称为Transit（子午卫星系 统）
–采用利用多普勒效应进行导航定位， 也被称为多普勒定位系统
–美国研制、建立
GPS与NNSS的主要特征的比较
项目
GPS系统
载波频（MHz）
1227.60,1575. 42
轨道高度
20200 Km
NNSS系统 150,400 1000 Km
卫星数目(颗) 24颗(3颗备用)
5～6
卫星运行周期 卫星钟
定位方式 可用性
720 min 铯钟、铷钟
测距 连续,实时
107 min 石英钟 测定多普勒频
1959年9月，发射了第一颗试验性卫星。 1961年11月，共发射了9颗试验性导航卫星。 1963年12月起，陆续发射6颗工作卫星，组成子午卫星星座使
得地球表面上任何一个测站上，平均每隔2小时便可观测到其 中一颗卫星。 1967年7月29日，美国政府宣布解密子午卫星的部分电文供民 间使用。
• 发展历史
–1973年12月，美国开始研制新一代 卫星导航系统──导航卫星定时测距 全球定位系统（Navigation Satellite
Timing And Ranging Global Positioning
System ），简称GPS系统。（如图所示）
–1978年2月22日，第一颗GPS试验卫星发射成功；
• 卫星星座 – 由6颗卫星构成，6 轨道面，轨道高度1075km
–地面控制部分
• 包括：跟踪站、计算中心、注入 站、控制中心和海军天文台
–用户部分
• 多普勒接收机
子午卫星系统及其局限性
• 应用领域
海上船舶的定位 大地测量
• 精度
单点定位：15次合格卫星通过 （两次通过之间的时间间隔为 0.8h ~ 1.6h），精度约为10m
70年代中期，我国开始引进卫星多普勒接收机。
系统组成：子午卫星、地面跟踪网和用 户接收机。
–地
• 组成：跟踪站、计算中心、注入站、海军天文台和 控制中心。
• 任务：测定各颗卫星的轨道参数，并定时将轨道参 数和时间信号注入到相应卫星内，以便卫星按时向 地面播发。
–接收机：用来接收卫星发射的信号，测量多普勒频移， 译出卫星的轨道参数，以测定接收机所在位置的设备。
卫星：6颗 极地轨道 轨道高度：1075km 信号频率：400MHz、150MHz 绝对定位精度：1m 相对定位精度：0.1m~0.5m 定位原理：多普勒定位
存在问题：卫星少，无法实现实时 定位；轨道低，难以精密定轨；频
率低，难以消除电离层影响。
3、GPS全球定位系统
–由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经 济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统 不能维持正常工作。
–到目前为止（2006年3月20日）,GLONASS系统 共有17颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工作 状态，2颗备用，4颗已过期而停止使用。俄罗 斯计划到2007年使GLONASS系统的工作卫星数量 至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。