导航基本原理与应用

第0章 背景和内容简介
z 背景
2、航天飞机的诞生
天飞机是可以重复使用的、往返于 地球表面和近地轨道之间运送人员 和货物的飞行器。 航天飞机通常设计成火箭推进的飞 机，太空飞船，返回地面时能像滑 翔飞机或飞机那样下滑和着陆。 航天飞机为人类自由进出太空提供 了很好的工具，是航天史上的一个 重要里程碑。
1．1 GPS定位技术的发展 1．2 GPS定位系统的组成 1．3 美国对GPS用户的限制性政策
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GPS导航基本原理与应用
第0章 背景和内容简介
本课程内容介绍——2章
第二章 全球定位系统(GPS)的时空参考系统 2．1 GPS坐标系统简介 2．2 天球坐标系 2．3 地球坐标系 2．4 全球定位系统(GPS)的时间参考系统
GPS导航基本原理与应用
第0章 背景和内容简介
课程的考核情况
z 作业在课程的讲课中，将会酌情布置一 些有利于加深理解的作业。
z 对作业不进行大规模的批改。在下一章 开始时候，进行少量的抽查和批改。
30％平时成绩——包括综合因素 70％考试成绩——闭卷考试
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第0章 背景和内容简介
课程结构安排重点情况
一 绪论
二
时空参考系统
三
运行规律位置
四
十
广播信号
GPS应用
五
八
观测量、方程
速度、姿态、
六
误差
曾庆化 南航G导P航S研/导究I九中N航心Sww组w时.n合uaa间nrc.com内200容9版不讲静态定动位态七定位
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GPS导航基本原理与应用
1、1962年研，70-80年代主要导航定位系统 2、1996年停用
GPS
1、代替子午仪,1987年开始用于三叉戟潜艇 2、技术成熟，提高了精度和可用性
据报道，罗兰C目前使用新的算法，精度大大提高，仍然应用。 22
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GPS导航基本原理与应用
GPS导航基本原理与应用
第0章 背景和内容简介
GPS导航基本原理与应用
Principles and Applications of GPS Navigation
教师： 曾 庆 化 自动化学院 2009年3月
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第0章 背景和内容简介
GPS卫星概述
z 卫星的分布使得在全球的任何地方，任 何时间都可观测到四颗以上的卫星，并 能保持良好定位解算精度的几何图形 （DOP）。这就提供了在时间上连续的 全球导航能力。
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第0章 背景和内容简介
第0章 背景和内容简介
z 背景
3、GPS全球定位系统
解决人和载体的 定位问题。
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第0章 背景和内容简介
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第0章 背景和内容简介
本课程内容介绍——6（7）章
第六章 GPS静态定位
6．1 基本概念
6．2 静态单点定位
6．3 观测卫星的几何分布及其对单点定位
6．4 静态相对定位
6．5 静态相对定位的线性化观测方程
6．6 整周模糊度的确定方法
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第0章 背景和内容简介
本课程内容介绍——5章
第五章 GPG导航定位的观测量、观测方程以及误差分析 5．1 GPS导航定位的基本观测量 5．2 测码伪距观测方程 5．3 测相伪距观测方程 5. 4 观测方程的线性化 5．5 关于GPS观测量的误差分析
z 卫星定位系统具有全天候、高精度、 自动化、高 效益等显著特点，能成功地应用于大地测量、工 程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、 地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球 动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深 刻的技术革命。
具有性能好、精度高、应用广的特点 全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善， 应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济 各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
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第0章 背景和内容简介
GPS卫星
z GPS即全球定位系统（Global Positioning System）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。
第0章 背景和内容简介
课程结构安排重点情况
坐标系
卫星坐标基础 计算卫星位置
综述
概述 卫星位置
GPS信号
GPS应用
拓展应用
用户距离 测码测相基础
用户导航信息
速度、姿态、
进行测码测相
时间
静态定位
九 GPS/INS组合 内容不讲 导航 曾庆化 南航导航研究中心www.nuaanrc.com 2009版
七 动态定位
第0章 背景和内容简介
纪律情况说明
教室纪律的基本准则 不要说话，影响到老师和其他同学。
（请尊重自己和他人）
学校规定： 如果5次点名不到的话，不予考试资格。
如果对课程的形式，有什么建设性意见的话， 欢迎和我口头沟通或者用纸条的形式交流。
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第0章 背景和内容简介
第二次海湾战争（2003）
z 至2004年，伊拉克战争爆发以来，共有583名 美军士兵在伊拉克阵亡，其中394人死于战斗 原因，其余的死于非战斗原因。
战争爆发一个星期后（3月22到4月1日），就有６００ 多名伊拉克无辜平民在战争中丧生，近５０００人受伤。
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第0章 背景和内容简介
本课程内容介绍——10章
第十章 GPS应用技术 10．1 GPS在飞机精密进场着陆中的应用 10．2 ～ 10．14 GPS其它领域的应用例子
（不怕做不到，就怕想不到） （有点唯心，但也实在）
(粗略考虑为：每章节1次课程、外加考试和讨论课程等) 12
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第0章 背景和内容简介
讲解思路
¾ 考虑到校公共选修课程性质； ¾ 重点讲解概念和思想； ¾ 不过度深入讲述细节内容； ¾ 大家需根据各自需要进行深入了解和说明。
第一作者 边少锋 王惠南 李天文 袁建平
书名
出版社
卫星导航系统概论 电子工业出版社
GPS导航原理与应用 科学出版社
GPS原理及应用
科学出版社
卫星导航原理与应用 中国宇航出版社
出版时间 2005-02 2003-09 2004-03 2003-09
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第0章 背景和内容简介
第0章 背景和内容简介
z 背景
三个庞大的空间工程—— （人力，物力和财力消耗特别多）
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第0章 背景和内容简介
GPS卫星概述
z全球定位系统（Global Positioning System）是美国第二代卫星导航系统。
z 是在子午仪卫星导航系统的基础上发展 起来的，它采纳了子午仪系统的成功经 验。和子午仪系统一样，全球定位系统 由空间部分、地面监控部分和用户接收 机三大部分组成。
第0章 背景和内容简介
GPS卫星与其它卫星关系
z GPS卫星（美国） z GLONASS（俄罗斯） z 北斗卫星（中国） z 伽利略（欧洲）
z 各种导航卫星简介及其之间的相互关系
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GPS导航基本原理与应用
第0章 背景和内容简介
卫星定位概述
第七章GPS动态定位原理
7．1 测码伪距动态绝对定位
7．2 测相伪距动态绝对定位
7．3 测码伪距动态相对定位
7．4 测相伪距动态相对定位
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第0章 背景和内容简介
本课程内容介绍——8 （9）章
第八章 GPS的载体速度测量、姿态测量以及时间测量 8．1 GPS接收机的载体速度测量 8．2 利用GPS载波相位信号确定载体姿态 8．3 GPS测时
1、美国阿波罗登月计划
1969年7月16日上午，巨大 的“土星5号”火箭载着“阿波 罗11号”飞船从美国肯尼迪 角发射场点火升空，开始了 人类首次登月的太空飞行。 （是否为惊天骗局？待定）
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第0章 背景和内容简介
第九章 GPS/INS组合导航系统 9．1 简述 9．2 卡尔曼滤波技术 9．3 采用卡尔曼滤波器的组合方法 9．4 采用位置、速度组合的GPS／INS导航系统· 9．5 采用伪距、伪距率组合的GPS／INS导航系统 9. 6 1NS速度辅助GPS接收机环路
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第0章 背景和内容简介
本课程内容介绍——4章
第四章 GPS卫星的广播信号 4．1 GPS卫星播发的信号 4．2 伪随机码扩频与相关接收 4．3 C/A码与P码 4．4 GPS卫星信号的构成 4．5 GPS卫星的导航电文
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第0章 背景和内容简介
第0章 背景和内容简介
z GPS发展历程（成长的过程）
类型
发展趋势
远程区域导航 1、用于早期的舰载弹道导弹(FBM) LORAN-C 2、美国在2000年终止LONAN-C
子午仪 Transit
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第0章 背景和内容简介
第二次海湾战争（2003）
z 3月22日，美英联军对巴格达发动代号为 “震慑”的大规模空袭。（第一天）
z所有位置信息的来源所在是哪里？
z都是天上——各种各样的卫星 z其中，最重要的GPS卫星。
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GPS导航基本原理与应用
第0章 背景和内容简介
本课程内容介绍——3章
第三章 卫星的基本运行规律与GPS卫星位置计算 3．1 GPS卫星的无摄运动 3．2 GPS卫星无摄运动轨道描述与真近点角f的计算 3．3 GPS卫星的瞬时位置和速度 3．4 GPS卫星的受摄运动 3．5 GPS卫星的星历 3．6 由卫星预报星历计算GPS卫星坐标
第一次海湾战争（1991）
9 沙漠风暴-1991年海湾战争进程及影响 双方损失对比：
z 美国：148人阵亡(非战斗死亡138人)，458人 受伤(非战斗受伤2978人) 其他国家：阵亡 192人，受伤318人。
z 伊拉克：伤亡约10万人(其中2万人死亡)， 17.5万人被俘，损失了绝大多数的坦克、装 甲车和飞机。29个师丧失作战能力
GPS导航基本原理与应用
第0章 背景和内容简介
南航校历
z 上课情况安排（初步）
2104教室，3-15周 周三晚18:30~21:00
13次，32学时
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第0章 背景和内容简介
本课程内容介绍——1章
第一章 绪论
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第0章 背景和内容简介
GPS卫Biblioteka Baidu概述
z 按目前的方案，全球定 位系统的空间部分使用 24颗高度约2.02万千米 的卫星组成卫星星座。 21+3颗卫星均为近圆形 轨道，运行周期约为11 小时58分，分布在六个 轨道面上（每轨道面四 颗），轨道倾角为55度。