四大卫星导航系统伪距单点定位性能对比分解
GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述
ＧPS、GALＩLEO、BDＳ、ＧＬONASS四大卫星定位系统得论述一、基本介绍➢GPS数量:由2４颗卫星组成。
轨道:高度约２0200公里,分布在６条交点互隔6０度得轨道面上。
精度:约为10米、用途:军民两用。
进展:１9９3年全部建成,正在实验第二代卫星系统,计划发射2０颗。
➢GLONASS数量:２４颗卫星组成;精度:1０米左右;用途:军民两用;进展:目前已有１７颗卫星在轨运行,计划２00８年全部部署到位、➢GAＬILEO数量:3０颗中高度圆轨道卫星组成,２7颗为工作卫星,３颗为候补;轨道:高度为24１2６公里,位于３个倾角为5６度得轨道平面内;精度:最高精度小于１米;用途:主要为民用;进展:20０5年12月２８日首颗实验卫星已成功发射,预计2０08年前可开通定位服务。
➢BＤS数量:3颗卫星组成,２颗为工作卫星,１颗为备用卫星;用途:军民两用;进展:前两颗分别于2００0年与20０３年发射成功。
二、系统组成❖空间部分➢GPS:GＰS得空间部分就是由24颗卫星组成(21颗工作卫星;3颗备用卫星),它位于距地表20２00km得上空,均匀分布在６个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。
卫星得分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上得卫星,并能在卫星中预存导航信息,GPS得卫星因为大气摩擦等问题;随着时间得推移,导航精度会逐渐降低➢GLＯNASS:ＧＬONASS系统采用中高轨道得２4颗卫星星座,有21颗工作星与3颗备份星,均匀分布在3个圆形轨道平面上,每轨道面有８颗,轨道高度H=1９000kｍ,运行周期T＝11h15min,倾角ｉ=６4。
８°。
➢GＡＬIＬEＯ:如下图所示,3０颗中轨道卫星(MEO)组成Galilｅo得空间卫星星座。
卫星均匀地分布在高度约为2361６kｍ得3个轨道面上,每个轨道上有10颗,其中包括一颗备用卫星,轨道倾角为5６°,卫星绕地球一周约14h22min,这样得布设可以满足全球无缝隙导航定位、卫星得设计寿命为2０年,每颗卫星都将搭载导航载荷与一台搜救转发器。
多系统接收机的伪距测量精度对比分析
B3I 0.040 1 0.040 0 0.044 7 0.040 0
GPS L1C L2C L5C L2P 0.046 4 0.042 2 0.047 4 0.046 6 0.046 7 0.046 6 0.047 1 0.046 6 0.049 0 0.049 9 0.050 3 0.049 1 0.046 6 0.047 2 0.047 3 0.046 7
地拟合出测区起伏变化的似大地水准面，并且精度
较高。
本文通过利用二次多项式对各个卫星的伪距观
测值进行一定的拟合，然后用原始观测数据的伪距
值减去拟合出的值，从而对各个接收机的伪距测量
精度进行分析研究[6]，其表达式为
P（X）=a0x2+a1x+a2 .
（2）
基本思路：逐接收机循环，对各系统所观测到
的卫星的不同频点伪距值进行提取，然后利用二次
E1 0.048 3 0.048 4 0.049 1 0.048 2
GAL E5a 0.048 2 0.048 1 0.049 0 0.048 1
E5b 0.048 1 0.048 2 0.049 2 0.048 2
GLO L1CA L2CA 0.049 9 0.050 3 0.050 1 0.049 8 0.049 5 0.049 6 0.050 1 0.050 1
1 研究背景及意义 近年来，卫星导航定位快速发展，已在众多领
域进行了一系列的应用。当前，国际上的四大导航 定位系统，北斗卫星导航系统 （BeiDou Navigation Satellite System， BDS）、 全 球 定 位 系 统 （Global Positioning System， GPS）、 伽 利 略 卫 星 导 航 系 统 （Galileo satellite navigation system）、 格 洛 纳 斯 （GLONASS），都在不同程度上为用户提供着服务。 全 球 卫 星 导 航 系 统 （Global Navigation Satellite System，GNSS）接收机作为地面接收设备也在一定 程度上得到了快速的发展，无论是在功能上还是精 度上都有了显著提升[1]。接收机根据用途分类，可 以分为导航型接收机、授时型接收机以及测地型接 收机；根据所能接收到的频率分类，可以分为单频 接收机、双频接收机以及多频接收机；按照所能接 收到的系统分类，又可以分为单系统接收机、多系 统接收机等[2]。接收机性能的高低在一定程度上影 响着结果的精度是否达标[3]。 2 伪距测量精度分析 2.1 伪距三次差的处理以及结果
全球四大卫星导航系统概述与比较
系统 同时被敌方干扰 ． 因而 ． 具有更强的抗 干扰能力
（ ２ ） 坐标系不 同。Ｇ Ｐ Ｓ 使用世界大地坐标系 ， 而Ｇ Ｌ Ｏ Ｎ Ａ Ｓ Ｓ 使用前 Ｇ Ｐ Ｓ 系统 拥有 如下多种优点 ： 使用低频讯号 ． 纵 使天候不 佳仍 能 Ｐ Ｚ 一 ９ ０ ） 保持相 当的讯号穿透性 ； 全球覆盖（ 高达 ９ ８ ％） ； 三维定速定时高精度 ； 苏联地心坐标系（ （ ３ ） 时间标准不 同。Ｇ Ｐ Ｓ系统时与世界协调时相关联． 而Ｇ Ｌ ＯＮ Ａ Ｓ Ｓ 快速 、 省时 、 高效率 ； 应用广泛 、 多功能 ； 可移动定 位 ； 不 同于双 星定 位 其军事应用效能 系统 ， 使 用过程中接收机不需要 发出任何信号增 加了隐蔽性 ． 提高了 则与莫斯科标准时相关 联 ２ ． ２ Ｇ ａ ｌ ｉ ｌ ｅ ｏ与 Ｇ Ｐ Ｓ的不 同之处
Ｇ Ｐ Ｓ 信号分 为民用 的标准定位服务和军规 的精确定位服务两类 由于 Ｓ Ｐ Ｓ 无须任何授权 即可任意使 用 ． 原本美国因为担心敌对 国家或组织 会利用 Ｓ Ｐ Ｓ 对美国发动攻 击 ． 故在 民用讯号 中人为地加人选择性误差
２ ． 各系统与美国 ＧＰ Ｓ全球定位系统的比较
２ ． １ Ｇ Ｌ Ｏ Ｎ ＡＳ Ｓ与 ＧＰ Ｓ有以下几 点不 同之处
（ １ ） 卫 星发射频率不 同。 Ｇ Ｐ Ｓ的卫星信号采用码分多址体制 ． 每颗
不 同卫星 的信号靠 不同的伪码 区 （ 即ｓ Ａ政策 ） 以降低其精确度 ， 使 其最 终定位精确度 大概在 １ ０ ０米左 卫 星的信号频率和调 制方式相 同 ． Ｌ Ｏ Ｎ Ａ Ｓ Ｓ 采用频分多址体制 ， 卫星靠频率不同来 区分 ． 每组频 右； 军规 的精度在 十米 以下 。２ ０ ０ ０ 年 以后 ， 克林 顿政府 决定 取消对 民 分 。而 Ｇ 基于这个 原因． Ｇ Ｌ Ｏ Ｎ Ａ Ｓ Ｓ 可以防止整个卫星导航 用讯号的干扰 因此 ．现在 民用 Ｇ Ｐ Ｓ也可以达到十米左右 的定位精 率 的伪 随机码相 同。
四大全球导航系统特性比较
SPACE EXPLORATION | 41四大全球导航系统特性比较文/ 李宇飞卫星导航系统是指能够为地球表面或近地空间的用户提供全天候三维坐标和速度以及时间信息的天基无线电导航定位系统。
卫星无线电导航走过了从低轨道卫星到中轨道卫星，从多普勒导航体制到伪距导航体制，从单一系统、单一体制向多系统、多体制兼容集成的发展历程。
卫星导航系统已经成为世界各国信息基础设施建设的重要组成部分。
人类利用太阳、月球和其他自然天体导航已有数千年历史，然而由于利用自然天体导航特别容易受到天气的影响，所以早在19世纪后半期就有人提出利用人造天体实现全天候导航的设想。
直到1964年，美国建成“子午仪”卫星导航系统，并交付海军使用，这个设想才真正付诸实现。
1967年“子午仪”卫星导航系统开始民用。
1973年美国又开始研制“导航星”（GPS）全球卫星导航定位系统。
到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS 卫星星座布设完成。
以美国GPS 系统为代表的全球卫星导航定位系统诞生伊始即展现出了非凡的价值。
在军事上，自第一次海湾战争以来，美军广泛使用了GPS 制导，为车辆、军舰、飞机等机动工具提供导航定位信息，为精确制导武器提供精确引导，为野战或机动作战部队提供定位服务，为救援人员指引方向，确保了美军“零伤亡”“斩首”等一系列新战争理念和新战法得以实现，极大地提高了部队的战斗力。
在民用上，根据欧洲▲GPS-III-A卫星全球定位研究中心的数据，2025年全世界的卫星导航市场的年产值将超过2680亿欧元，设备增长将超过92亿部。
基于手机的位置服务和道路应用占据了卫星导航的主导地位，智能手机、车载设备、位置感知应用和数据服务销量迅速增长。
与国民经济安全密切相关的电力传输、通信、金融等领域，也严重依赖导航卫星提供的精准时间。
鉴于卫星导航定位系统的巨大价值，世界上多个航天强国都开始研究并着手建立自主可控的卫星导航定位系统。
目前，联合国卫星导航委员会认定了四大全球卫星导航供应商，分别是美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、中国北斗卫星导航系统（BDS）、欧盟伽利略卫星导航系统（GSNS）。
全球四大卫星定位系统
全球四大卫星导航系统简介一、美国的GPS系统:美国的GPS系统,由24颗(3颗为备用卫星)在轨卫星组成。
GPS的信号有两种C/A码,P码。
民用:C/A码的误差是29.3m到2.93米。
一般的接收机利用C/A码计算定位。
美国在90代中期为了自身的安全考虑,在信号上加入了SA(Selective Availability),令接收机的误差增大,到100米左右。
在2000年5月2日,SA取消,所以,咱们现在的GPS精度应该能在20米以内。
军用:P码的误差为2.93米到0.293米是C/A码的十分之一。
但是P码只能美国军方使用,AS(Anti-Spoofing),是在P码上加上的干扰信号。
二、中国的“北斗”卫星导航定位系统:“北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星,足足要比GPS多出11颗。
按照规划,“北斗”卫星导航定位系统将有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,采用“东方红”-3号卫星平台。
30颗非静止轨道卫星又细分为27颗中轨道(MEO)卫星和3颗倾斜同步(IGSO)卫星组成,27颗MEO卫星平均分布在倾角55度的三个平面上,轨道高度21500公里。
“北斗”卫星导航定位系统将提供开放服务和授权服务。
开放服务在服务区免费提供定位,测速和授时服务,定位精度为10米,授时精度为50纳秒,测速精度为0.2米/秒。
授权服务则是军事用途的马甲,将向授权用户提供更安全与更高精度的定位,测速,授时服务,外加继承自北斗试验系统的通信服务功能,精度可以达到重点地区水平10米,高程10米,其他大部分地区水平20米,高程20米;测速精度优于0.2米/秒。
这和美国GPS的水平是差不多的。
另外,“北斗一号”还可以提供用户的双向通讯功能,用户与用户、用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信。
通过“北斗”系统,用户一次最多可以传输120个字符【汉字】。
在国产的GPS——“北斗二号”投入使用后,会不会取代GPS呢?曹冲研究员的答案是否定的。
全球四大卫星导航系统介绍分析讲义
应用范围(1)
卫星导航首先是在军事需求的推动下发 展起来的，GLONASS与GPS一样可为 全球海陆空以及近地空间的各种用户提 供全天候、连续提供高精度的各种三维 位置、三维速度和时间信息（PVT信 息），这样不仅为海军舰船、空军飞机、 陆军坦克、装甲车、炮车等提供精确导 航。
全球四大卫星导航系统介绍分析
全球四大卫星导航系统介绍分析
主要内容
卫星通信、卫星导航简介 全球四大卫星导航系统
全球四大卫星导航系统介绍分析
卫星通信
• 卫星通信是指利用人造地球卫星作为中 继站转发无线电信号，在多个地面站之 间进行的通信
全球四大卫星导航系统介绍分析
全球四大卫星导航系统介绍分析
全球四大卫星导航系统介绍分析
系统概述
数量 24颗卫星组成 精度 10米左右 用途 军民两用 进展 目前已有17颗卫星在轨运行，计
划2008年全部部署到位
全球四大卫星导航系统介绍分析
研制历程 第一阶段（1982-1990年）
到1984-1985年，由4颗卫星组成的试验 系统达到验证系统的基本性能指标。空间 星座从1986年开始逐步扩展，到1990年 系统第一阶段的测试计划已经完成，当时 空间星座已有10颗卫星， “格洛纳斯” 系统示意图布置在轨道面1（6颗）和轨道 面3（4颗）上。该星座每天至少能提供 15小时的二维定位覆盖，而三维覆盖至少 可达8小时。
全球四大卫星导航系统介绍分析
应用范围(2)
卫星导航在大地和海洋测绘、邮电通信、 地质勘探、石油开发、地震预报、地面 交通管理等各种国民经济领域有越来越 多的应用。GLONASS的出现，打破了 美国对卫星导航独家笼断的地位，消除 了美国利用GPS施以主权威慑给用户带 来的后顾之忧，GPS/GLONASS兼容使 用可以提供更好的精度几何因子，消除 GPS的SA影响，从而提高定位精度。
GPS、BDS及其组合SPP试验比较分析
2 a 其中，A = aN
a1
b1
c1
b2 c2 bN cN
－ △M dX P2 － ρ0 2 dY P － ρ0 － △M2 1 ， ， l= δX = dZ N N cdtr 1 P － ρ0 － △MN 1 （ 6）
GPS、 BDS 及其组合 SPP 试验比较分析
周 宁 尹 潇 李 斌 济南 250000 ） （ 山东电力工程咨询院有限公司，山东 摘要： 本文介绍了 GPS、BDS 及其组合系统伪距单点定位的数学模型， 并采用编写的程序对 GPS/ BDS 双模接收板采集的数据进行解算。 关键词： GPS； BDS； 组合系统； 伪距单点定位 1． 引言 北斗卫星导航系统 （ BeiDou Navigation Satellite System，BDS） 是我国自主建立，独立运行的全球卫星导航系统，致力于向全球 用户提供高质量的定位、导航和授时服务，并具短报文通信能力。 我国在 2012 年完成了具有区域导航功能的北斗二代系统，向亚太 ［1 － 2 ］ 。 地区正式提供服务，并计划至 2020 年完成全球系统的构建 随着北斗导航系统的逐步完善 ，对其导航定位性能的研究 成为了当前的热点。其中， 伪距单点定位 （ SPP ） 由于速度快 捷、灵活方便且无需解算整周模糊度等特点 ，已被广泛用于车 辆、船舶及飞机的导航 。为此，本文利用 GPS、 BDS 双模接收 板进行单系统及组合系统 SPP 对比研究，从而明确北斗伪距测 量精度与 GPS 伪距测量精度的量级以及组合系统的性能 。 2． SPP 数学模型 2． 1 单系统 SPP 数学模型 伪距观测方程为 ： P = ρ + C ( dt r － dt s ) + D trop + I iono + M P + ε P （ 1） P 为伪距观测值； ρ 为接收机至卫星的几何距离； C 其中， dt s 分别为接收机钟差和卫星钟差 ； D trop 为对流层 为光速； dt r 、 延迟； I iono 为电离层延迟； M P 为伪距多路径效应； ε P 为伪距观 测噪声。 卫星钟差 dt s 可由广播星历解算 ， 电离层延迟 I iono 和 对流层延迟 D trop 可以通过模型改正，伪距多路径误差 M P 一般 仍作为随机误差对待，因而 （ 1 ） 式可简化为： P = ρ + Cdt r + △M + ε （ 2） 其中， △M 为模型改正。 令 ( X s ， Ys ， Z s ) 及 ( X， Z ) 为卫 Y， 星三维坐标及接收机三维坐标 ，则可有： ρ = （ 3） － X s )2 + ( Y － Y s )2 + ( Z － Z s )2 令 ( X0 ， Y0 ， Z0 ) 为接收机近似坐标 ， 对第 i 颗卫星的观测 G 代表 GPS 卫 星； B 代 表 BDS 卫 星。 当 观 测 N 颗 其中， GPS 卫星和 M 颗 BDS 卫星时，可有误差方程： V = BδX＇ － L （ 9）
GPSGALILEOBDSGLONASS四大卫星定位系统的论述
GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述一、基本介绍➢GPS数量：由２４颗卫星组成..轨道：高度约２０２００公里;分布在６条交点互隔６０度的轨道面上..精度：约为１０米..用途：军民两用..进展：１９９３年全部建成;正在实验第二代卫星系统;计划发射２０颗..➢GLONASS数量：２４颗卫星组成；精度：１０米左右；用途：军民两用；进展：目前已有１７颗卫星在轨运行;计划２００８年全部部署到位..➢GALILEO数量：３０颗中高度圆轨道卫星组成;２７颗为工作卫星;３颗为候补；轨道：高度为２４１２６公里;位于３个倾角为５６度的轨道平面内；精度：最高精度小于１米；用途：主要为民用；进展：２００５年１２月２８日首颗实验卫星已成功发射;预计２００８年前可开通定位服务..➢BDS数量：３颗卫星组成;２颗为工作卫星;１颗为备用卫星；用途：军民两用；进展：前两颗分别于２０００年和２００３年发射成功..二、系统组成❖空间部分➢GPS：GPS的空间部分是由24颗卫星组成21颗工作卫星；3颗备用卫星;它位于距地表20200km的上空;均匀分布在6 个轨道面上每个轨道面4 颗;轨道倾角为55°..卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星;并能在卫星中预存导航信息;GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移;导航精度会逐渐降低➢GLONASS：GLONASS系统采用中高轨道的24颗卫星星座;有21颗工作星和3颗备份星;均匀分布在3个圆形轨道平面上;每轨道面有8颗;轨道高度H=19000km;运行周期T=11h15min;倾角i=64.8°..➢GALILEO：如下图所示;30颗中轨道卫星MEO组成Galileo的空间卫星星座..卫星均匀地分布在高度约为23616km的3个轨道面上;每个轨道上有10颗;其中包括一颗备用卫星;轨道倾角为56°;卫星绕地球一周约14h22min;这样的布设可以满足全球无缝隙导航定位..卫星的设计寿命为20年;每颗卫星都将搭载导航载荷和一台搜救转发器..卫星发射采用一箭多星的发射方式;每次发射可以把5颗或6颗卫星同时送入轨道..可以满足发射任务的运载火箭有Ariane-5、Soyue等..➢BDS：由3颗地球静止轨道卫星组成;两颗工作卫星定位于东经80°和140°赤道上空;另有一颗位于东经110.5°的备份卫星;可在某工作卫星失效时予以接替..❖地面部分➢GPS：地面控制部分由一个主控站;5个全球监测站和3个地面控制站组成..监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机..监测站将取得的卫星观测数据;包括电离层和气象数据;经过初步处理后;传送到主控站..主控站从各监测站收集跟踪数据;计算出卫星的轨道和时钟参数;然后将结果送到3 个地面控制站..地面控制站在每颗卫星运行至上空时;把这些导航数据及主控站指令注入到卫星..这种注入采取每颗GPS 卫星每天一次的方式;并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入..如果某地面站发生故障;那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间;但导航精度会逐渐降低..➢GLONASS：GLONASS星座的运行通过地面基站控制体系GCS完成;该体系包括：一个系统控制中心Golitsyno-2; 莫斯科地区和几个分布于俄罗斯大部地区的指挥跟踪台站CTS..这些台站主要用来跟踪GLONASS卫星;接收卫星信号和遥测数据..然后由SCC处理这些信息以确定卫星时钟和轨道姿态;并及时更新每个卫星的导航信息;这些更新信息再通过跟踪台站CTS传到各个卫星..➢GALILEO：地面控制部分的两大功能包括导航控制与星座维护以及完好性监控..地面控制部分的构成如下：1两个控制中心GCC..两个控制中心是地面控制部分的核心;分别位于法国和意大利..GCC的功能是：控制星座;保证卫星原子钟的同步;完好性信号的处理;监控卫星及由它们提供的服务;还有内部及外部数据的处理..GCC由轨道同步与处理设施OSPF;精确授时设施PTF;完好性处理设施IPF;任务控制设施MCF;卫星控制设施SCF;服务产品设施SPF设施组成..2GALILEO上行链路站GUS..往返于卫星的数据将通过GALILEO上行链路站的全球网络来传输;其中每个GUS都综合了一个TT&C站和一个任务上行站MUS..TT&C站上行链路通过S波段发射;MUS通过C波段发射..3GALILEO监测站GSS网络..分布在全球范围的GSS网络接收卫星导航信息SIS;并且检测卫星导航信号的质量;以及气象和其他所要求的环境信息..这些站收到的信息将通过GALILEO通信网GCN中继传输至两个GCC..完好性信息是GALILEO与其他GNSS系统的主要区别..4GALILEO全球通信网络..利用地面和VSAT卫星链路;把所有地面站和地面设施连接起来..➢BDS：由中心控制系统和标校系统组成..中心控制系统主要用于卫星轨道的确定、电离层校正、用户位置确定、用户短报文信息交换等..标校系统可提供距离观测量和校正参数..❖用户部分➢GPS：用户设备部分即GPS 信号接收机..其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星;并跟踪这些卫星的运行..当接收机捕获到跟踪的卫星信号后;即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率;解调出卫星轨道参数等数据..根据这些数据;接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算;计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息..接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备..GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分..接收机一般采用机内和机外两种直流电源..设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测..在用机外电源时机内电池自动充电..关机后;机内电池为RAM存储器供电;以防止数据丢失..目前各种类型的接收机体积越来越小;重量越来越轻;便于野外观测使用..➢GLONASS：到1995年为止;俄罗斯已研制了两代用户设备UE..第一代接收机只能用GLONASS来工作;与西方的同类GPS接收机相比;它偏大和偏重;有三种基本设计;即1通道、2通道和4通道接收机..第二代接收机是5通道、6通道和12通道设计;采用了大规模集成电路和数字处理技术;而且民用接受机可用GPS和GLONASS两种系统来工作➢GALILEO：用户接收机及终端;其基本功能使在用户段实现Galileo系统所提供的各种卫星无线导航服务;它应具备下列功能：1直接接收Galileo的SIS信号；2拥有与区域和局域设施部分所提供服务的接口；3能与其他定位导航系统例如GPS及通信系统例如UMTS互操作..另外;Galileo接收机还具有通过集成标准化微芯片来实现其他功能的技术潜力..例如;实现下列功能：1将Galileo微型终端集成进入移动电话;使之具备定位导航功能；2集成航空导航功能;使之应用于飞行器试验；3集成进入车载导航平台;向驾驶员提供定位与交通监测服务..Galileo卫星导航计划目前正处于来发和确认阶段;在2008年Galileo系统正式建成并进入商业运行之前;其体系界都还可能有所更新..Galileo作为世界上第一个全球民用卫星导航定位系统;将对未来世界科技、经济发展产生重大影响;因而跟踪了解Galileo系统;对于我国将来更好地应用该系统;发展我国的科技与国民经济有着重要的意义..➢BDS：用户段端也就是用户的终端;北斗可以同时兼容其他卫星导航系统的接收机.. 三、定位原理➢GPS：利用GPS进行定位的基本原理是空间后方交会如图;即以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离或距离差的观测量为基础;根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机所对应的点位;即待定点的三维坐标X;Y;Z..GPS定位的关键是测定用户接收机天线至GPS卫星之间的距离;分伪距测量和载波相位测量两种..➢GLONASS：GLONASS定位的原理是距离交会..GLONASS卫星在任一时刻的位置可以通过卫星星历计算出来;理论上;只要知道用户到3颗卫星的距离;便可计算出用户的位置;但这要求卫星与用户以及卫星之间的时间同步精度极高;目前还不能完全满足;只好引入一个时间参数..由于多了一个未知量;因此;实际定位时要至少接收4颗卫星的信号..GLONASS卫星同时发射粗码C/A码和精码P码;C/A码用于向民间提供标准定位;而P码用于俄罗斯军方高精度定位或科学研究..➢GALILEO：被动式;有源无线电测距定位技术..➢BDS：在空间中若已经确定A、B、C三点的空间位置;且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下;即可以确定D的空间位置;原理如下：因为A点位置和AD间距离已知;可以推算出D点一定位于以A为圆心、AD为半径的圆球表面;按照此方法又可以得到以B、C为圆心的另两个圆球;即D点一定在这三个圆球的交汇点上;即三球交汇定位..北斗的试验系统和正式系统的定位都依靠此原理..四、特点➢GPS：GPS导航定位以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点著称➢GLONASS：GLONASS与GPS有许多不同之处：一是卫星发射频率不同..GPS的卫星信号采用码分多址体制;每颗卫星的信号频率和调制方式相同;不同卫星的信号靠不同的伪码区分..而GLONASS采用频分多址体制;卫星靠频率不同来区分;每组频率的伪随机码相同..由于卫星发射的载波频率不同;GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰;因而;具有更强的抗干扰能力..二是坐标系不同..GPS使用世界大地坐标系WGS-84;而GLONASS使用前苏联地心坐标系PE-90..三是时间标准不同..GPS系统时与世界协调时相关联;而GLONASS 则与莫斯科标准时相关联..➢GALILEO：1.全天候、全球无缝覆盖2.独立于美国;受欧洲控制的民用卫星导航定位系统3.定位精度高于其它导航星座4.导航定位服务多样性5.具有地面与卫星通信能力;提供救援和搜索服务6.系统开放性7.系统管理民间性➢BDS：北斗最大的特点;就是把导航与通信紧密结合起来;这是其他导航系统所不具备的..比如沙漠、草原等地方;手机无法使用;北斗的这些特点就能发挥重要作用..2008年汶川地震;重灾区通信中断..救援部队持北斗终端设备进入;利用其短报文功能突破通信盲点;与外界取得了联系..同时管理中心则通过位置报告功能;随时掌握着每一个终端所处的位置..而且北斗首次集纳多种轨道设计于一身;这样的混合轨道能提供更多可见卫星;可支持更长的连续观测时间和更高精度..五、发展现状➢GPS：当前;GPS产业已经成为国际上八大无线产业之一;也是目前世界上发展最快的三大信息产业之一;世界各国都在瞄准这一巨大市场.. 从产品结构上看;当前GPS应用市场最红火的是车辆导航、消费产品和跟踪监控;尤其以车辆导航所占份额为最多..2002年;全球车辆导航产品的产值为近40亿美元;约占GPS产品总值的35.4％左右..2002年底;在日本装有导航系统的车辆保有量超过了700万台..2002年日本的车载GPS导航仪产量;达到300万套;年增长率为33．3％..北美和欧洲的车载导航仪的销量在2002年内达到200万套;基本是每年都以翻一番的速度增长.. 为了能使GPS更好地满足军事、民间和商业用户不断增长的应用需求;美国决定用先进技术改进和完善GPS系统..➢GLONASS：Glonass-K卫星是完全基于非压力式平台的新型卫星; 使用寿命达到十年;该型号卫星完成后;Glonass系统将与GPS不相上下;用户可以使用两套系统..系统目前使用的卫星为两种型号卫星——Glonass卫星与其升级型号Glonass-M..Glonass-M卫星使用寿命更长;为七年;装有先进的天线馈电系统;并为民用客户增加了一个额外的导航频率..Glonass系统为军民两用而设计;可使用户实时标明位置..在2007联邦预算中共分配给Glonass 3.8亿美元;2006年则为1.81亿美元..GALILEO：伽利略卫星导航系统是欧盟和欧洲空间局正在建设中的项目;以天文学家伽利略的名字命名;初衷是为欧洲国家提供一个独立于美国GPS和俄罗斯格洛纳斯之外的高精度定位导航系统;使欧盟在卫星导航问题上摆脱对美国和俄罗斯的依赖;实现自主独立..伽利略系统的技术水平将高于GPS和格洛纳斯..比如;其精度甚至可以达到一米级别..伽利略系统分为基本版和高精度版;前者将是免费的;后者则提供给付费的商业用户以及用于军事用途;该系统在极端情况下;会因为军事原因而对某些用户关闭..2003年5月;欧盟和欧洲空间局正式批准伽利略项目第一阶段;最初预计2012年开始运行;但这一日期已被屡次推迟..现在的计划是2019年全部建成..伽利略计划遇到的最大问题是缺钱..该计划提出之初;欧盟和欧洲空间局的设想是;该项目的三分之二资金由私人投资者提供;其余三分之一由欧盟和欧洲空间局分担..但私人投资迟迟不到位;而项目预算则从最初的77亿欧元飙升到200多亿欧元..如果资金问题没有得到彻底解决;伽利略系统的全面建成时间还有可能会继续推迟..➢BDS：2000年以来;我国已成功发射了3颗“北斗导航试验卫星”建成北斗导航试验系统..这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时和GPS广域差分功能;并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用..2006年;中国政府发表了中国的航天白皮书;特别提到了完善“北斗”导航试验卫星系统;启动并实施“北斗”卫星导航系统计划..发展卫星导航、定位与授时的自主应用技术和产品;建立规范的、与卫星导航定位相关的位置服务支撑系统、大众化应用系列终端;扩展应用领域和市场..通过“卫星导航应用产业化”等重大工程项目的实施;利用国内外导航定位卫星;在卫星导航定位技术的开发、应用与服务方面取得长足进步..目前;我国第二代卫星导航系统已开始正式立项建设;并列入国家重点建设项目.. 在建的北斗卫星导航系统由空间卫星系统、地面运控系统和用户应用系统三大部分组成..由5颗静止地球轨道GEO卫星和30颗非静止轨道卫星组成;提供两种服务方式;即开放服务和授权服务..开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务;定位精度为10m;授时精度为50ns;测速精度达到0.2m/s..授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息.. 地面运控系统由主控站、注入站和监测站等若干个地面站构成；用户端由北斗用户终端和与GPS、GLONASS、伽利略其他导航系统兼容的终端组成.. 用户应用系统包括所有服务于陆、海、空、天等不同用户、不同性能的各种谱型用户设备;主要任务是接收卫星发射的导航信号;实现用户的导航定位、定时、测速和报文通信..。
四大卫星定位系统技术对比
四大卫星定位系统技术对比学院：物理与电子学院班级：姓名：学号：指导教师：时间：2014年11月12日如果说到汽车定位导航技术，你首先想到是什么？没错，答案就是美国佬的全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）。
自从GPS系统完善之后，人们对卫星定位的依赖也越来越严重，无论是民众需求还是企业需求，或者是更高级的军事与科研需求。
所以其他势力非常需要完全属于自己的卫星定位系统，经过多年的努力，终于诞生了其他三种卫星定位系统：伽利略定位系统（欧盟；2014），GLONASS全球卫星定位系统（俄罗斯；未知），北斗卫星导航系统（中国；2012之后）。
虽然A-GPS也能定位，但是它并不是卫星定位的原理。
四大卫星定位系统参数对比：我们可以在卫星数量上面看出伽利略与北斗卫星系统需要的卫星数量最多，而在轨道高度伽利略定位系统使用的卫星轨道高度最高，所以伽利略系统的覆盖面积是最大的。
在位置精度方面伽利略许诺了民用能够达到1米的误差（不过建成实际使用情况不知能否想承诺的一样）。
由于北斗系统拥有双向通信的功能，在授时精度方面要差一些，为50纳秒。
同时速度精度一样受到授时精度的影响，为0.2米/秒。
轨道高度：轨道高度是指卫星运行的轨道离地面高度，高度越高代表卫星覆盖的地球表面的面积越大，就是覆盖面越广。
授时精度：卫星发送报文时里面会存在两个内容，一是卫星自己所处的轨道坐标，二是卫星里面存储的标准时间。
授时精度就是从卫星传到地面后可能发生的误差，简单的说就是授时精度越高，定位的精度就越高。
定位原理对比：目前这三家都使用了单向、终端自定位的方案目前这三家都使用了单向、终端自定位的方案。
暨卫星发送报文，终端只负责接收，然后由终端自己解码算出自己所处的位置。
这种方式非常方便，无论身在地球何处，只要不是在天空被覆盖的地方，就能够定位，包括海洋，沙漠。
不过缺点是就不能把自己所在的位置分享出去，如果需要分享，必须要通过其他途径，比如WIFI，GPRS等等。
智能网联汽车环境感知技术-6 组合导航
常见故障
项目名称标题处
组合导航系统不工作， 组合导航系统工作，
上位机测试系统速度、加 上位机测试系统左侧速度、
速度、陀螺仪区无显示信 息，谷歌地球区无地理位 置显示。
加速度、陀螺仪区显示相 关数据，但右侧谷歌地球 区无显示或者位置与实际 位置不符。
常见故障诊断
台架上电后组合
导航系统不工作，测试
系统无相关显示信息。
GLONASS
GLONASS的空间星座由27颗工作星和3颗备用星组成，均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这3个轨道平面两 两相隔120°，使用前苏联地心坐标系（PZ-90）。
全球导航卫星系统-分类
GALILEO
GALILEO是欧盟于2002年批准建设的卫星定位系统，计划由分布在3个轨道平面上的30颗中等高度轨道卫星构 成，每个轨道平面上有10颗卫星，9颗正常工作，1颗运行备用，轨道平面倾角56°，轨道高度为24126km，其民用 精度较高，使用世界大地坐标系（WGS-84）。
6 23222 56° 13H WGS-84 1.164~1.300 1.559~1.592
BDS 中国 24-30
3 21150 55° 12H55M CGCS2000 1.207~1.269 1.561~1.590
全球导航卫星系统-组成
以GPS为例，介绍GNNS的系统组成。如图，全球导航卫星系统主要由空间星座部分、地面监控部 分和用户设备部分组成。
目录
DIRECTORY
01. 组合导航认知与安装 02. 组合导航故障检测 03. 组合导航标定
03
组合导航标定
GPS定位-原理
GPS定位包括伪距单点定位、载波相位定位和实时差分定位。 每个GPS卫星播发一组信号，每组信号包括两个不同频率的载波信号（L1和L2）、两个不同的测距码信号 （C/A码调制在L1载波上，P码或Y码同时调制在L1及L2载波上）以及卫星的轨道信息，如图所示。卫星接收机 根据不同的定位方式，将接收到的信号进行不同的处理，得到定位坐标。
四大卫星导航系统伪距单点定位性能对比分解
四大卫星导航系统伪距单点定位性能对比摘要引言卫星导航定位系统的成功产生，促进了卫星导航定位市场这一新兴产业的发展。
全球卫星导航业务一直被美国的GPS即全球定位系统（Global Positioning System）所垄断。
目前，GPS以其技术优势和廉价的使用成本，在全球得到广泛应用，涉及野外勘探、陆路运输、海上作业及航空航天等诸多行业，其相关产品和服务市场的年产值达80亿美元，成为当今国际公认的八大无线产业之一。
然而在海湾战争和阿富汗战争期间，欧洲使用的GPS系统曾经受到限制，而且定位精度也有所下降;尤其在科索沃战争中，美国还曾经单方面关闭过巴尔干地区的民用导航信号源。
GPS是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
在美国全面研制成功并运用到民事和军事领域后，全球各个大国发现了其潜在危机以及机遇。
随后，是俄罗斯的卫星系统“格洛纳斯GLONASS”，是俄语中“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。
最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。
俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。
紧接其后是中国的北斗导航系统，他于1994年启动北斗卫星导航试验系统建设。
在之后是欧洲的卫星导航系统。
2002年3月26日，欧盟首脑会议批准Galileo卫星导航定位系统的实施计划。
这标志着在2008年欧洲将拥有自己的卫星导航定位系统，并结束美国的GPS 独霸天下的局面。
第一章伪距单点定位根据观测值的不同，卫星导航系统单点定位可以分为伪距单点定位和相位单点定位。
其中伪距单点定位因速度快、不存在整周模糊度、接收机价格低等优势，被广泛用于各种车辆、舰船的导航和监控、野外勘测等领域。
伪距单点定位原理测码伪距是由卫星发射的码到测站的传播时间与光速的乘积所得的量测距离。
四大全球卫星定位系统比较
中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全 球用户提供服务。
兼容性
在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电联（ITU）框架下，使 北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都 能享受到卫星导航发展的成果。
渐进性
中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展，不断完善服务 质量，并实现各阶段的无缝衔接。
北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。
北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、 稳定可靠覆盖全球的导航系统。
该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可 靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。
2011年12月27日起，开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和
北斗卫星导航系统-建设目标
一代系统 2000年以来，中国已成功发射了4颗“北斗导航试验卫星”，建成北
斗导航试验系统（第一代系统）。这个系统具备在中国及其周边地区范 围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水 利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥 着重要作用。 二代系统 中国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非 静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务（属于 第二代系统）。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务， 定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0．2米/秒。授权服务 是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好 性信息。
GPS-发展历程
GPS实施计划共分三个阶段： 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到 1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及 建立地面跟踪网。
四大卫星定位系统介绍
GPS,GLONASS,GALILEO,北斗四大卫星定位系统介绍北斗卫星导航定位系统（Compass Navigation Satellite System）始于2000年，是中国自行研制开发的区域性有源卫星定位与通信系统，是除美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。
中国的北斗分为两代。
第一代是区域系统，包含4颗卫星，已经发挥20世纪60年代末70年代初，美国和前苏联分别开始研制全天候、全天时、连续实时提供精确定位服务的新一代全球卫星导航系统，至90年代中期全球卫星导航系统GPS和GLONASS 均已建成并投入运行。
中国也开始建设自主知识产权的北斗卫星导航系统，2003年底正式开通运行。
欧盟筹建的GALILEO伽利略全球卫星导航系统正在计划实施之中。
GPS全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System) 全球卫星定位系统是美国第二代空间卫星导航定位系统。
具体来说即通过 GPS接收设备，接受美国发射的24颗卫星中任意３颗以上卫星所发射的导航信号，在任何时候、任何地点都能准确地测量到物体瞬时位置的一种定位系统（包括物体的经纬度、高度、速度等位置信息）。
它是一个基于被动式定位原理的卫星导航定位系统，由美国陆海空三军于20世纪70年代联合研制。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星己布设完成并投入运营。
它不仅成为军事的重要技术手段，而且也成为车辆导航、交通管理（海、陆、空）、物流、救助、娱乐业、安保市场等民用产业必不可少的通信手段。
GPS全球卫星定位系统所有权、控制权和运营权均属于美国国防部。
为了限制不同用户对GPS 的应用，GPS通过发射不同的无线电信号来分别为军事部门和民间用户提供两种不同的定位服务。
GLONASS全球卫星定位系统俄罗斯于2002年12月25日在哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场用一枚“质子-K”火箭成功发射了3颗GLONASS全球导航系统卫星。
卫星导航GPS差分技术(RTK、PPP、GBAS等)
• GBAS的国际标准正在逐渐成熟，地面站的发展也接近完善， 目前已可实现精密二类进场着陆的能力。GBAS的典型应用为 美国的LAAS系统。
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差分GPS技术(RTK/PPP/GBAS等）
4.星基增强系统——SBAS
• 在SBAS中，用户接收的增强信息 来 自 星 基 发 射 机 。 SBAS 由 地 面 监 测站、主控站、地面地球站（GES） 及同步轨道通讯卫星组成。系统 以辅助的同步轨道通信卫星，向 GNSS 用 户 广 播 导 航 卫 星 的 完 好 性 和差分修正信息。
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差分GPS技术(RTK/PPP/GBAS等）
4.星基增强系统——SBAS
• 监测站测量所有可见卫星的伪距值，并完成部分完好性监测； 测量数据经由数据网络传送到主控站。主控站对观测数据进 行处理，产生三种对伪距的校正数据：快速校正、慢校正 （卫星钟差和轨道误差）、电离层延迟校正；同时主控站也 要进行完好性监测。包括校正和完好性信息的数据通过地空 数据链发到同步卫星，再由该卫星转发到用户接收机，这时 采用的信号频段和数据格式与导航卫星一致，这样可保证用 户接收机的最大兼容和最小改动。
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差分GPS技术(RTK/PPP/GBAS等）
6.陆基区域增强系统——GRAS
• 根据这些需求，澳大利亚进行了投 资效益分析。分析结果表明，最好 的方案是用地基增强系统(GBAS)作 I类精密进近，同时用SBAS作航路 导航与非精密进近。因此，提出了 建设GRAS来提高GPS/GNSS性能。
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的系统误差影响，包括：卫星钟差、接收机钟差，卫星轨道误差、以
及电离层和对流层的延迟误差等的影响。
• 当流动站与参考站间距离较近时，如以参考站为中心15km范围内，上
全球四大卫星导航系统对比
简单对比全球四大卫星导航系统2011年12月27日，对于中国的高精度测绘定位领域来说是一个不平凡的日子，中国北斗卫星导航系统(CNSS)正式向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务，这是世界上第三个投入运行的卫星导航系统。
在此之前，美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)早在上世纪90年代就已经建成并投入运行。
与此同时，欧盟也在打造自己的卫星导航系统——“伽利略”计划。
那么，这四大卫星导航系统之间到底有着怎么样的区别和联系呢？下面，就让我们来逐个分析一下，通过四大卫星导航系统的优劣分析，给大家一个较为明显的概念。
四大卫星导航系统各有优势，详情如下：GPS：成熟GPS，作为大家最为熟悉的定位导航系统，她最大的特点就是技术方面最为成熟。
美国“全球定位系统”（GPS），是目前世界上应用最广泛、也是技术最成熟的导航定位系统。
GPS空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星。
1994年3月，由24颗卫星组成的导航“星座”部署完毕，标志着GPS正式建成。
中国北斗：互动开放北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。
目前市面上定位导航仪器公司如国外的天宝、拓普康，国内的华测导航等都已支持北斗卫星导航定位系统。
欧盟伽利略：精准伽利略定位系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称。
伽利略定位系统总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。
该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。
俄罗斯格洛纳斯：抗干扰能力强早在美苏冷战时期，美国和苏联就各项技术特别是空间技术方面争锋相对，在美国GPS技术遍布全国的同时，苏联也没闲着，一直忙于研发自己的全球导航定位系统。
俄罗斯的这套格洛纳斯系统便是其不断努力的结果。
全球四大导航系统
全球四大卫星定位系统目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。
当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在建的“伽利略”系统、和中国的北斗卫星导航系统。
一、美国GPS长期垄断美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。
GPS全球定位系统计划自1973年至今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。
GPS 原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。
随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。
从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。
现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。
美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。
以1986年为例，当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。
现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS“收获颇丰”。
以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。
据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，2005年全球GPS市场已达到310亿美元。
长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号——也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。
在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。
2003年3月20日，伊拉克战争爆发。
大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号：“斩首行动”；4月，一架B-1B“枪骑兵”轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。
他们的目标都是一个人：萨达姆侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS。
全球四大卫星导航系统概述与比较
全球四大卫星导航系统概述与比较作者：王洪利来源：《科技致富向导》2014年第14期【摘要】美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧盟伽利略定位系统和中国北斗卫星导航系统为联合国卫星导航委员会认定的全球卫星导航系统四大核心供应商。
本文主要介绍了全球四大卫星导航系统的概况以及与目前应用最广泛的GPS系统的比较。
【关键词】卫星导航系统；功能；区别0.前言卫星导航系统是覆盖全球的自主地利空间定位的卫星系统，允许小巧的电子接收器确定它的所在位置（经度、纬度和高度），并且经由卫星广播沿着视线方向传送的时间信号精确到10米的范围内。
卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会和经济效益，对民生和国防产生深远的影响。
1.全球卫星导航系统概述（1）全球定位系统（英语：Global Positioning System，通常简称GPS），又称全球卫星定位系统，是美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。
它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。
全球定位系统可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。
该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。
最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。
该系统由美国政府于1970年代开始进行研制并于1994年全面建成。
使用者只需拥有GPS 接收机即可使用该服务，无需另外付费。
GPS信号分为民用的标准定位服务和军规的精确定位服务两类。
由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入选择性误差（即SA政策）以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右；军规的精度在十米以下。
2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。
双导航定位系统伪距单点定位方法与精度分析_袁宏超
ＹＵＡＮ Ｈｏｎｇ－ｃｈａｏ１，２，ＢＥＩ Ｊｉｎ－ｚｈｏｎｇ２，ＧＡＯ Ｍｅｎｇ１，ＺＨＵ Ｈｕｉ－ｚｈｏｎｇ１，ＹＡＮＧ Ｙｉ－ｔｉｎｇ３ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｆｕｘｉｎ １２３０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８３０，Ｃｈｉｎａ；
；ｍｉ
＝
ｙｉ －Ｙ０ （ρ０）ｉ
；ｎｉ
＝
ｚｉ －Ｚ０ （ρ０）ｉ
（６）
Ｌｉ ＝ （ρ０）ｉ －ρｉ ＋ｃＶｔｓ － （Ｖｉｏｎ ）ｉ － （Ｖｔｒｏｐ ）ｉ
（７）
式 （７） 中，（ρ０）ｉ 为的是卫星ｉ 到近似 点 （Ｘ０，Ｙ０，
Ｚ０ ） 之间的距离，ｌｉ，ｍｉ，ｎｉ 为 的 方 向 余 弦，Ｌｉ 为 的
第２卷 第３期 ２０１４ 年 ０９ 月
导航定位学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．，２０１４
双导航定位系统伪距单点定位方法与精度分析
袁 宏 超１，２ ， 秘 金 钟２ ， 高 猛１ ， 祝 会 忠１ ， 杨 一 挺３
（１．辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院，辽宁 阜新 １２３０００；２．中国测绘科学研究院，北京 １００８３０； ３．浙 江 测 绘 局 ， 杭 州 ３１００００）
Ｖｉｏｎ －Ｖｔｒｏｐ ＋ｃＶｔｓ －ｃＶｔＲ
（２）
式 （２） 中，Ｖｉｏｎ 为电离层延迟，Ｖｔｒｏｐ 为对流层延迟，
Ｖｔｓ 为卫星钟钟差，ＶｔＲ 为接收机钟差，ｃ为光速。 若测站的近似坐 标 为 （Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０ ） 则 将 观 测
北斗与GPS组合伪距单点定位精度分析_陆亚峰
０ 引 言
１ 北 斗／ＧＰＳ 组 合 伪 距 单 点 定 位
北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫 星 定 位 系 统 ，是 继 美 国 全 球 定 位 系 统 （ＧＰＳ）和 俄 罗 斯 ＧＬＯＮＡＳＳ之 后 第 三 个 成 熟 的 卫 星 导 航 系 统。 截止 到 ２０１２ 年 底，北 斗 卫 星 导 航 系 统 在 轨 工 作 卫 星有５颗地球静止轨道（ＧＥＯ）卫 星、４ 颗中地球轨 道（ＭＥＯ）卫 星 和 ５ 颗 倾 斜 地 球 同 步 轨 道 （ＩＧＳＯ） 卫星。该系统已具备覆盖亚太地区的导航定位服 务能力 。 ［１］
（１８）
式中，σ２０ 为 伪 距 测 量 的 中 误 差，来 源 于 星 历 误 差、
卫 星 钟 钟 差 、大 气 折 射 误 差 及 本 身 测 量 的 误 差 。 由
式 （１８）可 知 ，绝 对 定 位 精 度 既 取 决 于 伪 距 测 量 的 精
度 ，也 与 测 站 及 各 观 测 卫 星 间 的 几 何 结 构 及 系 数 阵
２）解算误差方 程，得 出 ｘ 与ｖ 的 第 一 次 估 值
为
＾ｘ１ ＝ （ＡＴ ×Ａ）－１ ×ＡＴ ×ｌ， Ｖ１＝Ａ·＾ｘ１－ｌ．
（１４） （１５）
３）由Ｖ１ 确定各观测权 函 数 ｐｉ（ｖｉ），再 解 算 误
差方程，类似迭代 计 算，直 至 两 次 解 算 的 差 值 符 合
限差要求为止。
常用 的 权 函 数 确 定 方 法 有 Ｈｕｂｅｒ法、一 次 范 数最小法、ｐ 范数最小法、丹麦法、Ｈａｍｐｅｌ法等，采 用的方法为 Ｈｕｂｅｒ法。取ｃ＝２σ，则其权函数通过
四大定位系统 王皓辰 20114229
GPS的技术与原理
单点定位原理
差分GPS定位系统 WGS-84 坐标系
GPS多路效应示意图
ห้องสมุดไป่ตู้单点定位系统
二北斗的起源与发展
1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2000年形成区
域有源服务能力； 2004年启动北斗卫星导航系统建设，2012年形成区域无 源服务能力； 发展 2020年北斗卫星导航系统形成全球无源服务能力。
四、欧盟的Galileo
伽利略卫星导航系统，由轨道高度为23616km的30
颗卫星组成。 其中27颗工作星，3颗备份星。卫星轨道高度约2 ．4万公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。 2012年10月，伽利略全球卫星导航系统第二批两 颗卫星成功发射升空，太空中已有的4颗正式的伽 利略系统卫星，可以组成网络，初步发挥地面精 确定位的功能。
测时和测距,以构成全球卫星定位系统。 （2）是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆 地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。 （3）它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位 问题，在军事和工农业等领域得到了广泛的应用。给 导航和定位技术带来了巨大的变化。
GPS的发展历程
方案论证和初步设计阶段从1973 年到1979年，共发射了4颗试验卫 星。研制了地面接收机及建立地 面跟踪网。
北斗系统地面段
北斗系统的用户终端
北斗的优势
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.）目前"北斗"终端价格趋于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。
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四大卫星导航系统伪距单点定位性能对比摘要引言卫星导航定位系统的成功产生，促进了卫星导航定位市场这一新兴产业的发展。
全球卫星导航业务一直被美国的GPS即全球定位系统（Global Positioning System）所垄断。
目前，GPS以其技术优势和廉价的使用成本，在全球得到广泛应用，涉及野外勘探、陆路运输、海上作业及航空航天等诸多行业，其相关产品和服务市场的年产值达80亿美元，成为当今国际公认的八大无线产业之一。
然而在海湾战争和阿富汗战争期间，欧洲使用的GPS系统曾经受到限制，而且定位精度也有所下降;尤其在科索沃战争中，美国还曾经单方面关闭过巴尔干地区的民用导航信号源。
GPS是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
在美国全面研制成功并运用到民事和军事领域后，全球各个大国发现了其潜在危机以及机遇。
随后，是俄罗斯的卫星系统“格洛纳斯GLONASS”，是俄语中“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。
最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。
俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。
紧接其后是中国的北斗导航系统，他于1994年启动北斗卫星导航试验系统建设。
在之后是欧洲的卫星导航系统。
2002年3月26日，欧盟首脑会议批准Galileo卫星导航定位系统的实施计划。
这标志着在2008年欧洲将拥有自己的卫星导航定位系统，并结束美国的GPS 独霸天下的局面。
第一章伪距单点定位根据观测值的不同，卫星导航系统单点定位可以分为伪距单点定位和相位单点定位。
其中伪距单点定位因速度快、不存在整周模糊度、接收机价格低等优势，被广泛用于各种车辆、舰船的导航和监控、野外勘测等领域。
伪距单点定位原理测码伪距是由卫星发射的码到测站的传播时间与光速的乘积所得的量测距离。
设观测历元i、接收机k、卫星j，在建立伪距观测值距离方程时，必须顾及卫星钟差、接收机钟差及大气折射对流层延迟、电离层延迟讯，方程为:=解算时将其线性化，略去接收机及观测历元的标号，得到观测方程式:式中含有三维坐标改正数，及接收机钟差共四个未知数。
为由测站近似坐标和卫星坐标求得的卫地距，为接收机天线相位中心到测站标石中心的高度，为卫星的高度角，弓修正项可将卫星到天线相位中心的观测距离修正为卫星到测站标石中心的距离。
组成误差方程，利用最小二乘法求解，其精度为:利用各个观测历元的伪距观测量，只要始终保持接收到至少4颗卫星的信号，就能够进行实时的、连续的导航定位。
在静态测量定位中，采用较长的观测时间，取得大量的多余观测数据，从而可以提高最小二乘解的精度。
第二章四大定位系统伪距单点定位的数学模型及算法1、GPS定位系统的数学模型1.1伪距单点定位模型在某历元k，单点定位的基本方程为:式中，为观测伪距残差;为接收机坐标;为卫星J的坐标;为伪距观测值;为接收机钟差与卫星钟差;为其余因素所引起的距离偏差。
为了提高单点定位的精度，需要对诸多误差进行改正，具体方法如下:（1）电离层改正:采用P1,P2观测值的LC组合，从而消去电离层的影响。
（2）对流层改正:采用欧盟EGNOS的经验公式来计算天顶方向对流层延迟，它基于接收机高度和气象参数，并与接收机的经纬度和年积日有关。
映射函数采用Niell模型（3）由扁心率引起的相对论效应对伪距的改正:由于卫星和接收机所处位置的地球引力位不同，以及卫星和接收机在惯性空间中的运动速度不同，卫星钟频率将由此产生漂移，相应的改正公式参见文献（4）地球自转改正:WGS 84坐标系为非惯性坐标系，因此，信号发射和接收时刻对应的地固系是不同的，参考文献中列出了计算地球自转引起的距离差的方法和公式。
1.2多历元平差时对接收机钟差的处理接收机在每个历元对每颗卫星的观测值可以列出一个如式(1)的观测方程，对该历元所有观测方程进行线性化、法化处理后可得到法方程:式中，为接收机坐标参数;为第k历元的接收机钟差参数。
由于每个历元的接收机钟差不同，那么随着观测时间的增加，接收机钟差参数会变得越来越多，系数阵成为一个稀疏矩阵，造成存储空间和计算时间的浪费。
此时可以对法方程进行变形，或改进接收机钟差的模型。
本文详细介绍了上述两种处理方法，证明其都可满足单点定位要求。
1.2.1逐点法方程分块消去法该方法通过矩阵分块乘法将每个历元的接收机钟差参数解出消去，再将所有消去接收机钟差的法方程组合成只含有三个坐标参数的法方程整体求解，具体做法如下。
首先对式(2)分块求接收机钟差:同时可以得到只含坐标参数的法方程:将各历元求得的式(4)进行叠加，组成一个整体的法方程后进行求解。
1.2.2接收机钟差的多项式模型钟差随时间的关系一般可以用多项式来表示，本文钟差模型采用了二次多项式:式中，为k历元时刻接收机钟差;t为k历元观测时刻;t。
为第1个历元的观测时刻。
于是未知数增加为6个:接收机三个坐标和三个钟差多项式系数。
将带入式(1)进行求解。
1.3以大地坐标为参数定位结果空间直角坐标与大地坐标之间的偏微分关系可参考文献中所列公式，从而得到转换矩阵为:误差方程转化为:式中，A是WGS 84坐标系下平差时的系数阵。
由于新产生的误差方程系数阵中各元素数量级相差悬殊，因此会造成法方程十分不稳定，影响平差结果的精度，因此这里将与以S为单位，即对系数阵中的前2x2个元素乘以一个系数1. 4以高斯坐标为参数定位结果由高斯坐标到大地坐标再到空间坐标的偏微分公式比较复杂，因此选用数值导数的方法求坐标间转换的雅可比矩阵，从而计算至高斯坐标(3°带或6°带)。
求得新的系数阵后，就可以迭代求解接收机的高斯坐标。
2、北斗定位系统的数学模型伪距单差是指对两个测站相同卫星号的伪距观测值做差，从而可以消去卫星钟差的影响，对大气延迟的影响也能起到一定的削弱作用。
若考虑对流层延迟和电离层延迟的影响，测站在第t历元观测s 号卫星的伪距观测方程可表示为：式中，为伪距观测值;为卫地距离;为卫星钟差;为接收机钟差;为随机误差;分别为对流层和电离层延迟。
同理，k测站在第t历元观测s号卫星的伪距观测方程为:用式(2)减去式(1)，得k,r测站在第t历元观测s号卫星的单差观测方程:当基线很短时，两个测站的电离层和对流层延迟量基本相同，所以非常小可以忽略其影响。
伪距双差是在单差的基础上对观测值进行星间的二次差分，从而进一步消除电离层和对流层残留误差的影响，更重要的是可以消除接收机钟差的影响，使得未知数仅为三个坐标差参数，便于误差方程的建立和解算。
由式(3)可知，k,r测站在第t历元观测s号卫星的单差观测方程可表示为:同理，k,r测站在第t历元观测Z号卫星的单差观测方程为:用式(4)减去式(3)，得到k,r测站在第t历元观测s，l卫星的双差观测方程:3、俄罗斯的GLONASS定位系统的数学模型GLONASS单点定位的数学模型为:其中为接收机钟差，当观测量为GPS伪距时为占东，为GLONASS伪距时为;设为接收机坐标为卫星坐标当观测卫星数大于5颗时，一般采用最小二乘法进行数据处理。
假设观测了n颗GPS卫星和m颗GLONASS卫星，则误差方程为:其中， V是残差向量，X是未知参数向量A是设计矩阵为相应的方向余弦，P为权矩阵。
，为相应的测距约方差。
由于GPS/GLONASS两系统的伪距定位观测值的精度差异，将GPS/GLONASS等权处理或者根据经验选定GPS/GLONASS的权的方法是不合理的。
为了得到最佳GPS/GLONASS 组合单点定位结果，必须合理定权。
根据测量数据，可以得到较可靠的观测值精度信息，这样，在定权的时候，可以采用验后估计的方法(胡国荣等，2002)。
设GPS, GLONASS的单位权方差分别为:、。
在利用最小二乘方法进行平差时，利用验后估计的方法估计GPS, GLONASS观测值的方差-协方差，然后定权，最后再进行平差。
则定权的过程如下：(1)对(2)式第一次最小二乘平差时，根据经验给GPS,GLONASS 观测值先验定权、；（2）进行最小二乘平差时，求得；（3）利用验后估计对方差方法进行估计其中，为GPS观测值个数，为GLONASS观测值个数;。
（4）定权式中，C为任一常数，可选中的某个值。
最后反复进行(2)一(4)，直到为止。
1是自由向量最小二乘法解为。
一般在最小二乘解解算时，需要进行迭代计算，此时权矩阵等于观测量协方差矩阵的逆矩阵。
4、欧盟的Galileo定位系统的数学模型利用测距码进行伪距测量时，Galileo单点定位的观测方程可表示为:式中，P为Galileo IOV卫星的伪距观测值；为卫星至接收机间的几何距离；c为光速；dt为接收机钟差；dT为卫星钟差；是卫星轨道误差；是对流层延迟误差；是电离层延迟误差；是伪距多路径误差及观测噪声。
鉴于Galileo。
系统采用的NeQuick电离层延迟改正模型属于一种半经验模型，直接采用双频伪距消电离层组合观测值进行单点定位试算，则观测方程变为:式中，式中，、分别为Galileo C1和C5伪距观测值，、分别为Galileo E1和E5a的载波频率。
第三章四大定位系统的发展历程、组成、特点及其应用第一节 GPS1.1 GPS的发展历程GPS实施计划共分三个阶段：第一阶段为方案论证和初步设计阶段。
从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。
研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
第二阶段为全面研制和试验阶段。
从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。
实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。
第三阶段为实用组网阶段。
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。
1993年底实用的GPS 网即（21+3）GPS星座已经建成，之后根据计划更换失效的卫星。
1.2 GPS的系统组成 GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户设备三部分组成。
空间部分：24颗工作卫星组成距地表20200km上空全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星。
地面部分：监测站、主控制站、地面天线。
用户设备：测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率计算出用户所在经纬度、高度、速度、时间。
1.3 GPS的特点高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛全球，全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。
不受天气的影响。
定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。
功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用.1.4 GPS的应用陆地应用：车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制海洋应用：远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量、海洋平台定、海平面升降监航空航天：飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援、载人航天器防护探测第二节北斗定位系统2.1 北斗的发展历程北斗卫星导航系统按照三步走的总体规划分步实施：第一步，1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2000年形成区域有源服务能力；第二步，2004年启动北斗卫星导航系统建设，2012年形成区域无源服务能力；第三步，2020年北斗卫星导航系统形成全球无源服务能力。