全球卫星定位系统(GNSS)

北斗一代与GPS比较
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的工作，但是“北斗一号”对 中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解 算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种 系统易损性，GPS正在发展星际横向数据链技术， 使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行。而“ 北斗一号” 系统从原理上排除了这种可能性，一旦 中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。
北斗一代与GPS比较
卫星数量和轨道特性
北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步 卫星，卫星的赤道角距约60°。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°。GPS导航卫星轨道为准同步轨道， 绕地球一周11小时58分。
北斗一代与GPS比较
定位原理

北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中 心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是被 动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算 自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理 带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了 无线电隐蔽性，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利的地位。
GNSS的组成及发展过程
主 要 内 容

GPS的发展过程及GPS现代化 俄罗斯的GLONASS系统


伽俐略（Galileo）系统的发展
中国北斗卫星导航系统

伪卫星导航定位技术
GPS的发展过程及GPS现代化
1.1 GPS的发展过程及GPS现代化
1958 年底美国海军武器实验室，就着手建立为美
国军用舰艇导航服务的卫星系统，即“海军导航卫星系 统”（Navy Navigation Satellite System－NNSS）。该 系 统 中 ， 卫 星 的 轨 道 都 通 过地 极 ， 故 也 称 “ 子 午（ Transit）卫星系统”。 1964 年该系统建成，并在美国 军方启用。
GLONASS系统新进展


Hale Waihona Puke Baidu
2006年12月25日，俄罗斯用质子-K运载火箭发射了3颗 格洛纳斯-M卫星，使格洛纳斯系统的卫星数量达到17颗 。 2010年12月05日，俄罗斯携带有3颗卫星的质子－M运载 火箭发射后偏离正常轨道，坠落夏威夷附近的太平洋中 。 2011年2月26日发射了一颗格洛纳斯-K卫星
GPS的发展过程及GPS现代化
1999 年 1 月 25 日美国副总统戈尔提出了 GPS 现代化
的计划。随后美国军方和波音公司（始于IIF）阐明了 其内涵： 保护：更好地保护美方和友好方使用 GPS，加强 抗干扰能力； 阻止：阻扰敌对方使用GPS，施加干扰； 保持：保持在有威胁地区以外的民用用户有更精
GPS IIA为GPS II的增强卫星
GPS Block IIF卫星
GPS IIF-1 Launch Vehicle: Delta IV Launch Site: Cape Canaveral Air Force Station Launch Date: Thursday, May 27, 2010 美国空军8月27号宣布，第一 颗GPS Block IIF卫星开始 正式运行，在当天早上 10:10左右卫星发回了健康 的导航信号，标志着Block IIF卫星正式投入使用。
北斗一代与GPS比较
1.2 俄罗斯的GLONASS系统
GLONASS卫星星座
GLONASS卫星外型
1.2 俄罗斯的GLONASS系统
GLONASS Deployment Program. History and Progress.
Satellite in constellation 30 27 24
GLONASS Initial Operation Capability Planned GLONASS deployment program
子午卫星
GPS的发展过程及GPS现代化
1973年美国国防部便开始组织海陆空三军，共同 研究建立新一代卫星导航系统的计划。这就是目前所称 的Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System，有时也被称作NAVSTAR GPS。“ 授时与测距导航系统/全球定位系统”（NAVSTAR / GPS），简称“全球定位系统”（GPS）。

计划到2013年发射12颗
1.1 GPS的发展过程及GPS现代化(续)
第 一 阶 段 ： 发 射 1 2 颗 改 进 型 的 BLOCK IIR 卫 星 ， 增播第二民用码和军码（M）,增加星间测距和通信链 路设计。（97-04，lockheed Martin）
第二阶段：在2005（延迟到2011）年前发射6颗BLOCK IIF卫星，强化军码（M码）、增发第三民用码（L5： 1176MHz）。到2008年（未确定）至少有18颗IIF型卫 星，到2016年全部以IIF型（24+3）运行。 第三阶段：研制和发射 BLOCK III 卫星， 2003 年完成 系统设计、 2008 年发射 GPS III 的第一颗试验卫星、 20年后完成GPS III替代GPS II。
北斗一代与GPS比较
用户容量
北斗导航系统由于是主动双向测距的询问--应答系统 ，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中 心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫 星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于用 户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应 频率。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限 的。GPS 是单向测距系统，用户设备只要接收导航 卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS 的用户设备容量是无限的。
according to the Federal Program
26
22 22 18 16 12 12 12 16 13 14 12 11 8 9 11 14 20
(12 SV , 3 year life-time. Decree of the Prsident of 29.09.93 № 658 рпс).
北斗1-D的发射 In February 2007, the fourth and also the last satellite of BeiDou-1 system, the BeiDou1D (sometimes called BeiDou-2A, serving as a backup satellite), was sent up into space.It was reported that the satellite had suffered from a control system malfunction but was then fully restored

北斗
第一步：北斗卫星导航试 验系统 （2003年） 有源服务能力
北斗卫星导航系统 第二步 （2015年左右） （2010年左右） 全球服务能力
区域无源服务能力
北斗

北斗一代、二代发 射基本情况 至今一代有2颗在轨 运行卫星


二代有七颗卫星， 一颗仅用于测试， 一个不能用，剩下5 颗可用。
北斗
北斗
北斗一代双星定位 系统组成 采用两颗位于80°E 和140°E地球静止轨 道卫星双向测距加数 字化高程地图定位
北斗
北斗一代系统组成 导航通信卫星：即空间中继 站是两颗距地 面36000KM 与地球同步的静止卫星 ,两 者升交点赤经相差60° 地面站组：包括主控站 、 计算中心 、测轨站 、测高 站以及校准站等 用户设备：为仅带有定向天 线的收发器 ,用于接收中心 站通过卫星转发来的信号和 向中心站发射通信信息不 含定位解算处理器 ,设备比 较简单。 一代定位原理 中心站通过测量信号在中心 站 - 卫星 - 用户之间往返的时 间延迟 , 从而测定用户和两 颗卫星之间的距离 , 再利用 用户的高度测量数据或数字 地图经过解算就可以确定用 户 的 位 置
21 18
20
24
24
14 15 12 9 6 3 0 10 9 12
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 GLONASS-M Flight Test (7 years life-time) GLONASS-K Flight Test (10 years life-time)

共27颗，23颗可用，一颗试运转，3颗在维护 中
全球某一时刻PDOP情况
目前整体可用情况
北斗
北斗导航三步走 第一步是试验阶段，即用少量卫星利用地球同步静 止轨道来完成试验任务，为北斗卫星导航系统建设 积累技术经验、培养人才，研制一些地面应用基础 设施设备等；

第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆 盖亚太区域的北斗卫星导航系统； 第三步是到2020年，建成由5颗静止轨道和30颗非 静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。
确、更安全的GPS使用。
GPS的发展过程及GPS现代化
IIF计划


PRN 01 from Block IIR-M is unhealthy PRN 25 from Block IIA is unhealthy PRN 32 from Block IIA is unhealthy
GPS的发展过程及GPS现代化

GPS的发展过程及GPS现代化
GPS卫星已经研制了三代：
第一代(Block I)：11颗实验卫星，分布在2个轨道
平面，已停止工作。
第二代(Block II、IIA)：共28颗卫星，设计寿命
7.5年，1989-94发射完成。
第三代(Block IIR、IIF、III)：已部分发射运行， 以实现GPS现代化。
北斗一代性能
短报文通信：一次可传送多达120个汉字的讯息。 精密授时：精度达10纳秒。 定位精度：水平精度100米(1σ)，设立标校站之后 为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz 。 系统容量：每小时540000户。

北斗一代与GPS比较
覆盖范围
北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖 范围东经约70°-140°，北纬5°-55°。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颗)。
GPS 频率表
2005，GPS IIR-M-1，加L2C
GPS II添加，还用于传输导弹预警信息
2010，GPS IIF SV-1 ，加L5
1.2 俄罗斯的GLONASS系统
GLONASS系统由卫星、地面测控站和用户设备三部分组成，系统
由21颗工作星和3颗备份星组成，分布于3 个轨道平面上，每个轨道面有8 颗卫星，轨道高度1万9000公里，运行周期11小时15分。GLONASS系统 于20世纪70年代开始研制，1982 年发射首颗卫星入轨。但由于航天拨款 不足，该系统部分卫星一度老化，最严重曾只剩6颗卫星运行。2003年12 月，由俄国应用力学科研生产联合公司研制的新一代卫星交付联邦航天局 和国防部试用，为 2008 年全面更新 Glonass 系统作准备。在技术方面， GLONASS系统的抗干扰能力比GPS要好，但其单点定位精确度不及GPS 系统。2004年，印度和俄罗斯签署了《关于和平利用俄全球导航卫星系统 的长期合作协议》，正式加入了GLONASS系统，计划联合发射18颗导航 卫星。
GLONASS系统新进展
GLONASS 升级计划
恢复全球连续导航能力 Glonass-K 计划 (2011) 进一步提高GLONASS系统的定位精度 地面控制部分的现代化 扩展地面控制网络 提高系统时间的稳定度，轨道精度 扩展地面监测网 信号现代化 GLONASS-K增加G3信号 (CDMA) 与GPS、Galileo能进行互操作 信号频段 坐标系统 时间系统 发射新的卫星，继续GLONASS现代化进程