2012 gnss全球导航卫星系统

1、GNSS全球导航卫星系统,讲课人：511363642012年2月27日,目 录,一、GNSS（全球导航卫星系统）1、 GNSS的概念2、 GNSS包括的四大全球系统 GPS、GLONASS、Galileo、Compass二、COMPASS（北斗卫星导航系统）,一 、GNSS（全球导航卫星系统）,1、 GNSS的概念,GNSS GNSS是英文Global Navigation Satellite System的缩写。很长时间以来，它有两个译名：全球卫星导航系统和全球导航卫星系统。早在20世纪90年代中期开始，欧盟为了打破美国在卫星定位、导航、授时市场中的垄断地位，获取巨大的市场利益，增加欧洲人的就业机会，一直在致力于一个雄心勃勃的民用全球导航卫星系统计划，称之为Global Navigation Satellite System。该计划分两步实施：第一步是建立一个综合利用美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统的第一代全球导航卫星系统；第二步是建立一个完全独立于美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统，即正在建设中的Galileo卫星导航定位系统。由此

2、可见，GNSS从一问世起，就不是一个单一星座系统，而是一个包括GPS、GLONASS等在内的综合星座系统。卫星是在天空中环绕地球而运行的，其全球性是不言而喻的；而全球导航是相对于陆基区域性导航而言，以此体现卫星导航的优越性。 GNSS的中文译名应为全球导航卫星系统。,2、 GNSS包括的四大全球系统,未来的若干年内，全球导航卫星系统（GNSS）将经历前所未有的重大转变，从单一的GPS系统时代转变为多系统并存的全球导航卫星系统时代。具体标志为：GPS将于2013年左右完成现代化进程，并不失时机地实施GPS计划；GLONASS快速复苏，2007年底达到17颗工作卫星的基本星座规模，2010年实现24颗星完全工作，并在实施现代化计划；Galileo几经曲折，目前也在抓紧部署；中国的北斗卫星导航系统计划于2012年形成区域覆盖能力，2020年左右实现全球覆盖。总之，GNSS的四大全球系统分别为美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的Compass（北斗卫星导航系统），GNSS正在步入以这四大系统为主、涵盖其他卫星导航系统的多系统并存时代。下图为全球已建和在建的GNSS

3、四大全球星座。,GNSS( Global Navigation Satellite System ) 全球导航卫星系统,美国GPS,欧盟伽利略,俄罗斯GLONASS,中国北斗,（1） GPS,GPS是英文Global Positioning System 的简写，中文翻译为全球定位系统。20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。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卫星星座己布设完成。,（1） GPS,工作原理 主要功能 ：导航、测量、授时 组成部分 ：1 、空间部分 2 、地面控制系统3 、用户设备部分 GPS 特点 ：1、定位精度高 2、观测时间短 3、全球 全天候工作4、高效率 多功能 操作简便 应用广泛等 GPS 应用：1、主要是为船舶，汽车，飞机，行人等运动物体进行定位导航。2、电力，邮电，通讯等网络的时间同步 。3、各种等级的大地测量，控制测

4、量,（2） GLONASS,“GLONASS”是俄语中“全球卫星导航系统 GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写，中文音译为格洛纳斯。 格洛纳斯项目是苏联在1976年启动的项目，格洛纳斯系统将使用24颗卫星实现全球定位服务，可提供高精度的三维空间和速度信息，也提供授时服务。按照设计，格洛纳斯星座卫星由中轨道的24颗卫星组成，包括21颗工作星和3颗备份星，分布于3个圆形轨道面上。 1982年至1985年间，发射了3颗模拟星和18颗原型卫星用作测试。格洛纳斯系统1985年开始正式建设，19851986年，6颗真正的格洛纳斯卫星被发射升空，此后又发射了继续改进的12颗卫星，到了1987年，格洛纳斯系统共计发射了包括早期原型卫星在内的30颗卫星，在轨可用卫星9颗。1988年开始发射的卫星是进一步改进的版本，这些卫星重量1400千克，设计寿命进一步提高到3年，在1988年到2000年间这个版本的格洛纳斯卫星发射了54颗之多。,（2） GLONASS,系统组成 ：GLONASS星座、地面支持系统、用户设备技术难点：发展前景：莫斯科时间2011年11月4日16时5

5、1分(北京时间20时51分)，俄罗斯航天部门使用一枚“质子-M”重型运载火箭，将3颗“格洛纳斯-M”全球导航卫星成功送入太空。俄航天署署长波波夫金说，该系统在轨卫星群已有28颗卫星，达到了设计水平。随着地面设施的发展，“格洛纳斯”系统预计将在2015年完全建成。届时，其定位和导航误差范围将从目前的5米至6米缩小为1米左右，就精度而言该系统将处于全球领先地位。,（3）伽利略卫星定位系统,伽利略定位系统（Galileo Positioning System），是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称，也是继美国现有的“全球定位系统”（GPS）及俄罗斯的GLONASS系统外，第三个可供民用的定位系统。伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时；特殊服务有搜索与救援；扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业。2010年1月7日，欧盟委员会称，欧盟的伽利略定位系统将从2014年起投入运营。伽利略系统由空间段、地面段、用户三部分组成。空间段由分布在3个轨道上的30颗中等高度轨道卫星（MEO）构成，每个轨道面上有10颗卫

6、星，9颗正常工作，1颗运行备用；轨道面倾角56度。地面段包括全球地面控制段、全球地面任务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施、地面管理机构。用户端主要就是用户接收机及其等同产品，伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统，因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。,二、COMPASS（北斗卫星导航系统）,1、系统介绍 2、发展步骤 3、北斗一代 4、北斗二代 5、实际应用 6、未来发展 7、战略意义 8、与GPS相比,1、系统介绍,Compass系统是北斗卫星导航系统的英文名称，是中国卫星导航系统的总称。从目前来说，可以将Compass建设过程分两个阶段，第一阶段是试验系统，即北斗卫星导航试验系统，又称为双星定位系统，或者有源定位系统，因为它是通过双向通信方式来实现中心定位。从2005年开始，我国实施新一代卫星导航系统的建设，这是与国际上GPS/GLONASS/Galileo系统类似的系统，称为无源定位系统，接收机接收到是卫星广播的导航信号，由接收终端来实现位置结算。该系统有望在20112012年间形成12个卫星组成的、能够覆盖我国和周边地区的区域服

7、务能力的星座，并且在2020年前，视情况和需要拓展为全球服务的星座。其全球星座由35个卫星构成，其中5个是地球静止轨道（GEO）卫星、3个是地球同步倾斜轨道（IGSO）卫星，还有27个地球中轨道（MEO）卫星。,2000年以来，中国已成功发射了3颗“北斗1号导航试验卫星”，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、报文和GPS广域差分功能，目前正在建设的北斗卫星导航系统的空间段由5颗地球静止轨道卫星和30颗非地球静止轨道卫星组成，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10米，授时精度为20纳秒，测速精度为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。 然后根据发展需要逐步扩展为全球卫星导航系统，至2020年前形成全球服务能力。,2、发展步骤,北斗卫星导航系统新闻发言人、中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其2011年12月27日表示，2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。 按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，坚持“自主、开放、兼容、渐进”

8、的发展原则，北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进。具体如下：第一步，2000年建成了北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。第三步，2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。,3、北斗一代,“北斗”卫星导航试验系统（也称“双星定位导航系统”）为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”，其方案于1983年提出。2003年5月25日零时34分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功地将第三颗“北斗一号”卫星送入太空。前两颗卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空，运行至今导航定位系统工作稳定，状态良好。这次发射的是导航定位系统的备份星，它与前两颗“北斗一号”工作星组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航信息。这标志着我国成为继美国GPS和俄罗斯的GLONASS后，在世界上第三个建立了完善的卫星导航系统的国家，该系统建立对我国国民国防和经济建设将起到积极作用。2007年2月3日，“北斗一号”第四颗卫星发射成功，

9、不仅作为早期三颗卫星的备份，同时还将卫星导航定位系统的相关试验。目前，已组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航资讯。,3、北斗一代,自身特点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“终端价格已经趋于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 系统的四大功能1短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。 2 精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。 3 定位精度：水平精度100米(1)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。 4 系统容纳的最大用户数：每小时540000户。,2000年分别发射北斗卫星导航试验系统第一颗、第二颗卫星，2003年发射第三颗卫星，建成区域有源卫星导航系统，使我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统可为我国及周边地区的中低动态用户提供快速定位、短报文通信和授

10、时服务。,建成北斗卫星导航试验系统,3、北斗一代,建成北斗卫星导航试验系统,3、北斗一代,4、北斗二代,2006年中国航天白皮书宣布将在未来5年启动五大航天工程，其中具有军事用途的第二代“北斗”卫星导航系统将在4年内完成部署。二代“北斗”卫星系统部署完成后，中国将能对小目标发动精准攻击，而美国也有媒体认为中国用北斗计划来压制美国卫星的军事优势。随着我国综合国力的提升和卫星导航定位系统全面渗透普通人的生活，还有科索沃战争和第二次海湾战争美国GPS制导高精度打击武器的诱惑，构建一个类似GPS的全球卫星导航定位系统开始提上日程，从2007年开始正式建设“北斗”卫星导航定位系统（“北斗二号”）。 “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。 2012年2月25日凌晨0时12分，西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，将第十一颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道。此前，第一、第二颗“北斗二号”卫星分别于2007年4月和2009年4月发射。卫星发射时间间隔越来越短，预示着“北斗二号”正在加速组网。,

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