北斗卫星导航理论与应用全套电子课件完整版ppt整本书电子教案最全教学教程.ppt

北斗北斗卫星星导航理航理论与与应用用p授授课方式：方式：讨论与与讲授授p课前准前准备：查阅文献、下文献、下载系系统文件、准文件、准备讨论发言稿言稿p成成绩构成：构成：课堂堂讨论（60%60%）和）和实验报告（告（40%40%）p期末期末报告要求：告要求：WordWord文档，文档，书写写规范，杜范，杜绝抄抄袭p讨论内容：大内容：大纲为基基础，结合学生的学合学生的学习兴趣趣 3第一章 绪论p 导航的基本概念航的基本概念p 导航系航系统的技的技术指指标与分与分类p 无无线电导航定位航定位p GNSS的的组成成p 北斗北斗卫星星导航系航系统的服的服务规划划 41.1.导航的基本概念导航的基本概念p导航的定航的定义：引引导人、或者平台人、或者平台(飞机、机、舰船、船、车辆等等载体体)，准确地沿着所，准确地沿着所选定的路定的路线，按照，按照规定的定的时间到达目的地到达目的地p导航的基本任航的基本任务：u Who:载体或个人体或个人u When:时间u Where:位置位置-线路、精度路、精度 5p 按按传统的的观点，点，导航系航系统就是就是定位系定位系统n极高的极高的飞行速度行速度：航向和距离：航向和距离n 交通密度增加交通密度增加：需要：需要连续的、的、实时的的驾驶信息信息p 提供航行中的位置、方向、距离和速度等提供航行中的位置、方向、距离和速度等导航航参量参量。

p 导航的研究航的研究：就是要弄清楚：就是要弄清楚导航参量的航参量的测量和量和运用p 导航的航的实践践：就是运用：就是运用导航参量来保航参量来保证载体安体安全而有效地航行全而有效地航行62.2.导航系统的分类导航系统的分类观测导航观测导航p航航标方法方法，比如目，比如目视方法，就是借助信方法，就是借助信标或参照或参照物物实现导航简单、可靠，比如、可靠，比如飞机机进场着着陆；p航航标法法飞行行：以地面参照物作以地面参照物作为路路标，即目，即目视飞行，行，飞行行员入入门课程程；p缺点：缺点：没有没有导航航仪器，器，飞得慢又得慢又飞得低，能得低，能见度度低、低、难以辨以辨认标志；在海洋、沙漠中等无航志；在海洋、沙漠中等无航标地区地区无法无法导航7推算导航推算导航p 根据根据载体的运体的运动方向和所航行的距离方向和所航行的距离(或速度、或速度、时间)的的测量，从量，从过去已知的位置来推算当前位置，去已知的位置来推算当前位置，或或预测将来位置，从而得到运将来位置，从而得到运动轨迹p 它克服了它克服了观测导航的缺点，不受天气、地理条件航的缺点，不受天气、地理条件的限制p随着航行随着航行时间和航行距离的增和航行距离的增长，位置，位置积累累误差差 越来越大，需越来越大，需进行位置校准，比如行位置校准，比如惯性性导航航。

8天文导航天文导航p 天空中的星体天空中的星体(太阳、月亮、其他行星、恒星等太阳、月亮、其他行星、恒星等)相相对于地球有一定的相于地球有一定的相对运运动轨道和位置通道和位置通过 观测多个星体的位置参数，来确定多个星体的位置参数，来确定观测者在地球者在地球 上的位置广泛上的位置广泛应用于用于航空、航天航空、航天p 与推算与推算导航一航一样，不需要地面支撑，不需要地面支撑设施，可用来施，可用来 校正推算校正推算导航的航的积累累误差p 缺点：缺点：受受时间、气象条件限制，定位、气象条件限制，定位时间长，计 算复算复杂9无线电导航无线电导航p 通通过测量无量无线电波从波从导航航发射台到射台到载体接收机体接收机 的的传输时间来定位陆基基无无线电导航：航：导航台位于地面航台位于地面 卫星星无无线电导航：航：导航台航台设在在卫星上星上p 不受不受时间、天气的限制，、天气的限制，设备简单、可靠；、可靠；p 精度高，定位精度高，定位时间短，可以短，可以连续实时地定位10p 自主式自主式导航系航系统：由：由载体体设备直接直接产生生导航信息前面三种方法都属于自主式前面三种方法都属于自主式p 具有保密性具有保密性强，安全安全，不易干，不易干扰的的优点。

点p 它它备式式导航系航系统：通：通过导航台航台发布布导航信息，航信息，载体体上的上的设备接收接收导航信息航信息实现导航定位p 无无线电导航属于它航属于它备式必须要要辐射和接收无射和接收无线电波，易被波，易被发现和和干干扰11p 精度：精度：导导航系航系统为载统为载体所提供的位置与体所提供的位置与载载体当体当时时的真的真实实位置之位置之间间的重合度的重合度n 导导航航误误差是随机差是随机变变量，通常采用定位量，通常采用定位误误差不超差不超过过一个数一个数值值的概率来描述的概率来描述n 2表示每次表示每次测测量量结结果有果有95%的可能性其的可能性其误误差小于等于差小于等于这这个个值值3对应对应99%的可能性比如：的可能性比如：1m(2)n ppm(part per million)百万分之百万分之.(.(相相对于基于基线)3.3.导航系统的技术指标导航系统的技术指标 12n 2DRMS表示距离表示距离误差均方根差均方根值n CEP(圆概率概率误差差)表示一个以表示一个以载体真体真实位置位置为圆心的心的圆的半径，每次的半径，每次测量量结果有果有50%的可能性其的可能性其误差落在差落在这个个圆内，即相当于有内，即相当于有50%的置信度。

的置信度比如：比如：1m(CEP)2m+5ppm(2DRMS)n 通常，通常，2DRMS值是是CEP的的2.4倍左右13p 服服务范范围：指在一个面指在一个面积或立体空或立体空间内，内，导航航系系统可以按照可以按照规定的精度确定定的精度确定载体位置n几何几何关系、关系、发射信号功率、接收机灵敏度、射信号功率、接收机灵敏度、传播播环境等境等影响n 北斗一号系北斗一号系统：范：范围东经约70140度度,北北纬5-55度n 北斗二号系北斗二号系统：亚太地区n 北斗三号系北斗三号系统：全球14p 连续性：性：导航系航系统可可连续提供提供导航服航服务的能力p 可用性：可用性：导航系航系统为载体提供可用的体提供可用的导航服航服务的的时间的百分比的百分比p可靠性：可靠性：导航系航系统在在给定的使用条件下在定的使用条件下在规定的定的时间内以内以规定的性能完成其功能的概率定的性能完成其功能的概率p平均无故障平均无故障时间(MTBF)：表明系：表明系统发生故障的生故障的频度15p 信息更新率：信息更新率：导航系航系统在在单位位时间内提供定位或其他内提供定位或其他导航数据的次数航数据的次数单位位Hz比如：比如：信息更新率信息更新率10Hz，每秒，每秒10次次n 对更新率的要求与更新率的要求与载体的航行速度和所体的航行速度和所执行的任行的任务有关系。

有关系n 要求信息更新率与要求信息更新率与载体操作速度相当，或者与体操作速度相当，或者与载体体运运动速度相当速度相当16p 系系统容量：容量：指指导航系航系统可以同可以同时供多少供多少载体使体使用的能力用的能力p 无限系无限系统容量和有限系容量和有限系统容量两种容量两种n无限容量：无限容量：GPS系系统，北斗系，北斗系统RNSS模式；模式；n有限容量：北斗系有限容量：北斗系统的的 RDSS模式17p 全球覆盖，容量无限全球覆盖，容量无限p绝对准确度和相准确度和相对准确度都必准确度都必须很高很高p准确度准确度应不受不受环境影响境影响p实时反反应，可随运，可随运动而而连续变动p无多无多值解解p系系统稳定无故障，体定无故障，体积、重量和、重量和电源消耗都要小源消耗都要小18 4.4.无线电导航定位无线电导航定位p 通通过电过电磁波的磁波的发发射、接收和射、接收和处处理，无理，无线电导线电导航航设备设备能能够测够测量出所在量出所在载载体相体相对对于于导导航台的方向、航台的方向、距离、距离差和速度等距离、距离差和速度等导导航参量定位定位-定位定位双曲双曲线线定位定位距离交会定位距离交会定位 19p 利用利用测距系距系统的的圆形位置形位置线与与测向系向系统的直的直线位置位置线相交的相交的方法，可以确定接收点的具体位方法，可以确定接收点的具体位置置M M，也称，也称为极坐极坐标定位。

定位气象雷达气象雷达 塔康系塔康系统(Tactical Air Navigation System,TACAN)-定位定位 20-定位定位p通通过测定定对于两个于两个导航台航台的方位，可以的方位，可以获得两条径向得两条径向直直线，从而通，从而通过这两条直两条直线的交点可确定的交点可确定飞机的位置机的位置伏伏尔系系统(Very High Frequency Omnidirectional Ranging,VOR)21双曲线定位双曲线定位p 通通过测量到一量到一组导航航台的距离差，可以得到一台的距离差，可以得到一组双曲双曲线；同；同时测量到另量到另一一组导航台的距离差，又航台的距离差，又可以得到另一可以得到另一组双曲双曲线利用利用这两两组双曲双曲线的交点，的交点，即可确定即可确定飞机的位置机的位置罗兰(Long range navigation,Loran)22距离交会定位距离交会定位p 利用利用2个或个或3个个测距台，即可距台，即可进行行-或或-定位23常用航空无线电导航系统常用航空无线电导航系统p无无线电高度表（高度表（RA）p自自动定向机（定向机（ADF）p甚高甚高频全向信全向信标(VOR)p测距机距机(DME)p仪表着表着陆系系统(ILS)p微波着微波着陆系系统(MLS)p空中交通管制空中交通管制(ATC)系系统p精密精密进近雷达近雷达(PAR)p气象雷达（气象雷达（WXR）p罗兰(LORAN)系系统p多卜勒多卜勒导航雷达航雷达(Transit，CICADA)p塔康塔康(TACAN)系系统p全球定位系全球定位系统(GPS)p全球全球导航航卫星系星系统（GLONASS）p北斗（北斗（Compass)系系统 24p 卫星星座（空星星座（空间部分）部分）p 地面地面监控系控系统（地面控制部分）（地面控制部分）p 接收机（用接收机（用户设备部分）部分）GNSS：GlobalNavigationSatelliteSystem 5.5.GNSS的组成的组成 25 26p北斗三号基本空间星座由北斗三号基本空间星座由3颗颗GEO卫星、卫星、3颗颗IGSO卫星和卫星和24颗颗MEO卫星组成。

卫星组成pGEO卫星轨道高度卫星轨道高度35786千米，分别定点于东经千米，分别定点于东经80度、度、110.5度和度和140度；度；pIGSO卫星轨道高度卫星轨道高度35786千米，轨道倾角千米，轨道倾角55度；度；pMEO卫星轨道高度卫星轨道高度21528千米，轨道倾角千米，轨道倾角55度p全球范围内提供公开服务全球范围内提供公开服务北斗三号系统（全球系统）北斗三号系统（全球系统）6.6.北斗卫星导航系统的服务规划北斗卫星导航系统的服务规划 28 29 30 31 7.7.GPS的性能的性能 32 33第二章 坐标与时间 34 地球的运动地球的运动 天球及天球坐标系天球及天球坐标系 协议地球坐标系协议地球坐标系 GPS坐标系统坐标系统 时间系统时间系统1.1.地球的运动地球的运动p极半径：极半径：6357kmp赤道半径：赤道半径：6378kmp平均半径：平均半径：6371kmp地球是一个赤道略鼓、两极地球是一个赤道略鼓、两极稍扁、不很稍扁、不很规则的球体pp赤道（大赤道（大赤道（大赤道（大圆圆）周）周）周）周长约长约4 4万万万万kmkmpp地球的表面地球的表面地球的表面地球的表面积约积约5.15.1亿亿kmkm2 2 35经度（Langitude）p经线：在地球：在地球仪上，人上，人为划定的划定的连接南、北两极的接南、北两极的线，即子午，即子午线。