车载导航技术课程教学剖析

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实 BD1 vs GPS
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室 3、 定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。
３ 地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是
集 被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立 解算自
成 己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两
与 个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽
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实 验 室
GPS讯号部分
３
集 GPS卫星产生两组随机电码，一组称为C/A码，一组称为
成 与
P码。
多 媒 C/A码主要开放给民间使用，因此在精度上刻意降低，P
体 通
码则是美国国防部保留为其军事用途的电码，精度比C/A
讯 课
码高很多，因此设有密码，一般民间使用者无法解读。
程 ２
七、未来发展
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集 成 与 多 媒 体 通 讯 课 程 ２ ０
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一、基本概念
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验 GNSS
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集 成
Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系 统
与 当前全球有四大卫星定位系统，分别是GPS、
与 用户的响应频率。
多 媒 体
6、生 存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号” 基于中心控制系统和卫星工作；但是“北斗一号” 定位解
多 媒 体
GLONASS、Galileo、Compass；印度的IRNSS卫星 系统也在计划中。
通
讯 课
参见刘基余：GPS卫星导航定位原理与方法，科学出版社
程
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验 室
GPS ?
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集 全球卫星定位系统（Global Position System,
成 与
GPS）为美国国防部开发，由遍及全球的
GPS卫星传送两种频率的载波， L1 (Link 1) 载波的频率为
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1575.42 MHZ，L2 (Link 2)载波的频率为1227.60MHZ。
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实 GPS地面部分
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监控站
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包括一个主要控制站（Master Control Station）、五个监测站
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集
（Monitor Station，夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、
电码，但美国军方目前仅开放C/A码仅民间使用。
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BD1/2
室 ３
2003年建立北斗导航试验系统，为中国及其周边地区定位、
集 授时、报文等 成
与 多
至今年12月已有6颗导航卫星，预计2012年覆盖亚太地区，
媒 体
2020年建成覆盖全球，形成由５颗静止轨道卫星和３０颗
通 讯
讯
息，以维护卫星系统的精度与正常运作。
课 程
使用者接收设备
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主要是一个卫星讯号接收器，基本的功能是接收L1载波，分离出C/A
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电码，进行最简单的虚拟距离定位，是车辆定位所使用的机型。
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GPS卫星产生两种不同的载波来承载所有电码与讯息，其中C/A码仅调
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置在L1载波上，P码则分别调置在L1与L2载波上，并区别为P1与P2
成 与 多 媒
GPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何 地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观 测到11颖)。
体 通 2、 卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道
讯 平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60°。
课 程 ２ ０
GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角 55°，轨道面赤道角距60°。导航卫星为准同步轨道， 绕地球一周11小时58分。
多 媒 体
性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必 须包含 发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不
通 利的地位。
讯 课
4、定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，
程 授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码目前己由16m
２ 提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到15m，授时
成
科罗拉多州） ，三个地面控制站（Ground Control Station）。
与
监测站主要负责追踪所有卫星的运行位置、时间、气象资料及电离层
多 媒 体 通
资料等，根据每15秒观测到的资料计算出每15分钟一组的平滑化数 据（Smoothed Data），传送到主控制站后，由主控制站加以整合， 计算出卫星星历、时表修正量、电离层改正系数，再转换成导航讯
非静止轨道卫星组成的网络
课 程 应用于海陆空交通运输、有线和无线通信、地质勘探、资
２ ０ 源调查、森林防火、医疗急救、海上搜救、精密测量、目
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标监控等领域
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３ 1、 覆盖范围：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航
集 系统。覆盖范围东经约70°-- 140°，北纬5°-- 55°。
０ 精度日前约20ns。
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BD1 vs GPS
室 5、用户容量：主动双向测距的询问--应答系统，用户设备 ３ 与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问
集 信号，还要求用户设备向 同步卫星发射应答信号。系统的
成 用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和
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集
成 与
车载导航技术
多
媒
体
通
李必军
讯
课
程
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lee@whu.edu.cn
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课程安排
室
３
一、基本概念
集 成
二、课程背景
与 多
三、汽车导航基本原理
媒
四、导航地理数据模型
体 通
导航地理数据交换格式（国标）
讯 课
五、汽车导航关键技术
程
六、导航新技术（网络导航）
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成 与
平均分布於6个轨道面，每个轨道面上各有 4颗，
多 媒
距离地面高度约10,900海里 (大约20,000公里)，
体 通
呈55°角倾斜绕行地球运转，绕行地球一周需 12
讯 恒星时，每日可绕行地球 2周；
课
程 ２
任何时间，任何地点，包含北极, 南极，至少有 4
０ 颗以上的卫星出现在我们的上空。
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多 24颗人造卫星所构成，其中包括三颗预备
媒 体
卫星。利用对民间开放的C/A码标准，能得
通 到十米左右的精度，为无线电定位法的一
讯 课
种。
程 ２
卫星定位系统整体运作上可分成三部份：
０ 太空部分、地面部分以及讯号部分。
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０来自百度文库
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GPS太空部分
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集 目前太空中有24颗GPS 卫星可供定位运用，它们