第10章-全球卫星定位和导航系统.ppt

第10章全球卫星定位和导航系统2019/4/13 2学习目标: 了解GPS产生的历史背景，接收机的分类方法，GIS系统的组成和功能；熟悉四个导航系统功能的比较1. GPS在交通物流管理中的应用；掌握GPS定位原理和“北斗一号”定位原理. 通过研究案例——GPS在长庆油田物流信息管理系统中的应用，加深了对GPS在物流管理中作用的认识. 2019/4/13 3框架结构概述GPS世代: 四大卫星定位系统: 星历，指南针，NNSS，GPS: GPS，GLONASS，GALILEO，北斗北斗系统: “北斗1号”，“北斗2号”四，导航系统比较北斗导航定位系统“北斗一号”: 原理，开放，工作过程，特点“北斗二号”: 北斗卫星导航定位系统“北斗一号”在汶川地震中: 通讯，指挥GPS系统组成: 太空卫星，地面站，的定位原理: 四球交叉口定位方法的分类: 观测值，模式，时间，状态的分类: 用途，频率，信道全球卫星定位和导航系统GIS系统简介组成: 硬件，软件，数据，人员和方法功能: 数据采集，编辑，处理，存储，管理，空间查询和分析，视觉表达和输出应用程序: 仓库安宁，铁路运输管理: 车辆定位，铁路运输，车队导航，空中交通1.基于GPS / GIS / GSM的基于军事物流的物流分布监控系统: 模型和功能GPS的应用4/13/2019 410.1概述10.2 GPS系统10.3北斗导航定位系统10.4地理信息系统简介10.5 GPS在物流管理中的应用2019/4/13 5 10.1概述10.1 .1 GPS的产生最古老，最简单的导航方法是星历表导航. 人类通过观察星座的位置变化来确定自己的位置；最早的导航员是中国人发明的指南针. 改进变得越来越复杂，并已被人类广泛使用.

进入20世纪后，随着科学技术水平的不断提高，人类逐渐发明了许多新的定位方法，例如惯性导航技术（Inertial Navigation）. 其中，地面导航系统（Ground-based Radionavigation System）的诞生标志着人类从此进入了电子导航时代. 1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星的成功发射宣告了空间科学的发展进入了一个新时代，电子导航技术的发展也进入了一个新阶段. 1973年，美国国防部批准了陆军，海军和空军联合开发的第二代卫星导航和定位系统-导航系统定时和测距/全球定位系统（NAVSTAR，GPS），简称“作为全球定位系统. 2019/4/13 6 10.1.1 GPS的产生GPS计划的实施分为三个阶段: 第一阶段是程序演示和初步设计阶段（1973-1978年），发射了4颗卫星，地面建立跟踪网络并开发地面；第二阶段是全面开发和试验阶段（1979年至1984年），发射了7座I座实验卫星，研制了用于各种目的的接收机，包括导航和大地测量类型的接收机；第三阶段是实际联网阶段（1985-1993年），发射了Block II和Block IIA工作卫星（IIA卫星增强了军事应用功能并扩大了数据存储容量）.

到1993年，一个由24颗分布在6个轨道平面内的卫星组成的GPS空间星座已经完成. 从1973年到1993年，GPS系统的建立历时近20年，耗资300亿美元. 这是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的美国第三大太空计划. 2019/4/13 7 10.1.2全球四个卫星定位系统1. GPS 2019/4/13 8 10.1.2全球四个卫星定位系统2. GLONASS（Glonas）2019/4/13 9 10.1.2全球四个卫星定位系统3.伽利略（Galileo）2019/4/13 10 10.1.2全球四颗卫星定位系统4.北斗系统2019/4/13 11 10.1.2全球四颗卫星定位系统5.世界比较的四个主要卫星导航系统2019/4/13 12 10.2 GPS系统10.2.1 GPS系统组成1. GPS系统包括三个主要部分（1）空间部分-GPS卫星星座. （3）用户设备部分-GPS信号. （2）地面控制部分地面监控系统. 2019/4/13 13 10.2.1 GPS系统组成2.定位信号卫星配有4个原子钟（2个铯钟，2个rub钟），频率相当稳定（测量时间精度为10-13秒），这样会产生参考时钟频率信号，其频率为10.23 MHz.

通过倍频器将频率降低10倍后，该信号变为频率为1.023MHz的粗测距码（C / A码）的信号频率；参考时钟信号的频率为10.23MHz，直接成为测距（P码）信号频率的精确码. 参考时钟频率信号通过倍频器降低到204,600倍的频率，成为50MHz数据码（卫星星历的编码，导航电文）的信号频率. 经过150倍和120倍的倍频后，分别形成频率为1575.42MHz（L1）和1227.60MHz（L2）的载波信号. 通过测量这些卫星信号的到达时间gps接收机工作原理 ppt，用户可以使用4颗卫星来确定4个导航参数: 纬度，经度，高度和时间. 2019/4/13 14 10.2.2 GPS定位原理GPS系统的定位原理是: 在太空中运行的每颗卫星在任何时候都有一个坐标值来表示其位置（已知值），接收机位于位置坐标的值是未知值，太空卫星信息传输所需的时间是通过将卫星时钟与中的时钟进行比较，然后将该时间差乘以波传输速度（通常设置为光速）来计算的，可以计算出太空卫星与用户之间的距离，从而可以根据三角矢量关系列出相关的方程式. 每个接收到的卫星都可以列出一个相关的方程式，因此，在接收到至少三个卫星信息之后，您可以计算平面坐标（纬度和经度）值，接收四个卫星信息加上仰角值，五个以上的卫星信息可以提高精度（如图10.6所示）.

2019/4/13 15 10.2.2 GPS定位原理2019/4/13 16 10.2.2 GPS定位原理假设太空中的四颗卫星为: 卫星1（x1，y1，z1），卫星2（X2） ，y2，z2），卫星3（x3，y3，z3），卫星4（x4，y4，z4），如图10.7所示，可以列出四个方程（方程10.1〜方程10.4）. 2019/4/13 17 10.2.2 GPS定位原理其中，x，y，z: 被测点的坐标（未知参数）xi，yi，zi: 卫星i在时间t的空间直角坐标di（i = 1，2，3，4）: 卫星i与之间的距离Vto: 的时钟差（未知参数）Vti: 卫星i的时钟差c: 光速可以获得待测点的坐标. 2019/4/13 18 10.2.3 GPS定位方法的分类1.根据用于定位的观测数据（1）伪距定位（2）载波相位定位2.根据定位模式（1）绝对定位 （2）相对定位3.根据获得定位结果的时间（1）实时定位（2）非实时定位4.根据定位时的运动状态（1）动态定位（2）静态定位2019/4/13 19 10.2.4信号1.的分类（1）导航.

（2）大地测量. （3）定时. 2.按接收机的载波频率分类. （1）单频接收机. （2）双频接收机3.按接收机通道数分类. 4/13/2019 20 10.3北斗导航定位系统10.3.1“北斗一号”导航定位系统1.关于“两星定位”原理的建议2.启动运行3.工作“北斗一号”的过程4.北斗一号的特征（1）覆盖范围最初仅具备中国周边地区的定位能力，这与GPS的全球定位相去甚远. （2）定位精度低，最高定位精度为10米. （3）由于使用了卫星测量系统（RDSS），用户终端在运行时必须发送信号，该信号将被敌方探测设备发现，不适合军事用途. （4）不能在高速移动平台上使用，这限制了它在航空和陆地运输中的应用. 2019/4/13 21 10.3.2北斗卫星导航定位系统随着中国综合国力的提高和卫星导航定位系统在普通百姓生活中的全面渗透，科索沃战争和第二次海湾战争美国GPS引导的高精度打击吸引武器，建造类似于GPS的全球卫星导航和定位系统的工作开始提上议事日程，并开始被称为“北斗II”导航和定位系统.

2007年2月3日，“北斗一号”第四颗卫星成功发射，但此时“北斗一号”已更名为“北斗导航测试系统”，原“北斗一号” 2”，称为“北斗卫星导航定位系统”，英文名称为Compass Navigation Satellite System. 北斗第四颗导航试验卫星不仅将作为前三颗卫星的后备，还将对北斗卫星导航和定位系统进行相关测试. 中国在北斗导航测试系统的基础上，开始逐步实施北斗卫星导航系统的建设，首先是为了满足中国及其周边地区的导航定位需求，并进行系统联网和测试，并逐步扩展到全球卫星导航和定位系统. 2019/4/13 22 10.3.2北斗卫星导航定位系统北斗卫星导航定位系统将使用东方红3号卫星平台，由5颗对地静止卫星和30颗非对地静止卫星组成. 这30个非对地静止卫星进一步细分为27个中轨道（MEO）卫星和3个倾斜同步（IGSO）卫星. 27颗MEO卫星均匀分布在三个平面上，倾斜度为55度，轨道高度为21500公里. 如图10.10所示. 2019/4/13 23 10.3.2北斗卫星导航定位系统北斗卫星导航定位系统致力于为全球用户提供高质量的定位，导航和授时服务，包括开放和授权服务.

开放式服务旨在为世界提供免费的定位，速度和时间服务. 定位精度为10米，速度精度为0.2米/秒，时间精度为10纳秒. 授权服务是为用户提供高精度和高可靠性的卫星导航需求，提供定位gps接收机工作原理 ppt，速度测量，定时和通信服务以及系统完整性信息. 2010年8月1日北京时间5:30，中国在西昌卫星发射中心使用“长征3A”运载火箭成功将北斗第五颗导航卫星送入太空进行计划转移轨道. 对地静止轨道卫星是2010年连续发射的第三颗北斗导航系统联网卫星. 中国自主研发的北斗卫星导航系统系列卫星自2009年以来进入联网高峰期，预计2020年将形成覆盖全球的卫星导航定位系统. 4/13/2019 24 10.3.3北斗一号在汶川地震Earth灾中的应用2008年5月12日，四川发生地震. 携带北斗一号终端机的部队进入灾区，北京武警指挥中心和四川武警部队也使用“北斗”进行了数百次交流（图10.11是“北斗一号”终端） ）. 汶川大地震的第三天早晨，成都军区应急通信支队乘坐直升飞机到达震中汶川县的震中.

这个应急通信小组只有十个人，但他们携带卫星电话和广播电台，并立即开设了一个通信中心，这在很长一段时间内恢复了汶川县的通信中断. 这就是“北斗”系统，它显示了在通讯中断的情况下家用导航系统的强大功能. 2019/4/13 25 10.3.3“北斗一号”在汶川地震救灾中的应用地震发生后，汶川地区的当地通讯设施全部被毁，通往灾区的道路被冲刷由于无法及时提供维修设备的泥石流，北斗定位系统在救灾初期负责大部分通信任务. 由于汶川灾区山地地形复杂，部队分布的普通军事广播电台无法进行长距离通信，卫星通信系统设备数量相对匮乏，为时已晚. 许多. 这种救灾的主要力量是军队. 出于保密的原因，部队很少使用外国卫星电话，“北斗一号”是我国开发生产的系统，因此不存在这些问题. 同时，“北斗一号”还具有报告自己立场的优势. GPS定位系统是一种被动接收系统，用户只能知道他在哪里，而不能通知指挥部门. “北斗一号”采用了卫星和地面控制中心的组合定位技术. 当用户知道他们的地理坐标时，控制中心也知道终端的地理位置.

这有助于命令中心分派最终用户. “北斗一号”定位终端不仅可以随时向基地报告位置，而且还具有双向通讯功能. 民用终端一次向卫星发送98字节的短消息，并可以随时报告总部灾区的情况并申请救援物资. 例如，如果救援部队在途中有新发现的被围困人员，他们可以通知指挥中心派遣更员. 自2003年以来，武警森林总部已向包括四川中队在内的7个国家中队分发了数百套北斗装备. 灾后第一天进驻汶川的四川省森林警察总队该旅有数套“北斗一号”航站楼参与了抗震救灾工作，并尽快发回了灾情报告尽可能. 为了提供灾害信息，第三天，国家测绘总局中国卫星导航应用管理中心和卫星地面站紧急向部队部署了大量此类设备. 2019/4/13 26 10.4地理信息系统简介地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一种处理地理信息的系统. 地理信息是指与地球上的空间位置直接或间接相关的信息，通常也称为空间信息. 一般来说，GIS可以定义为: “用于收集，存储，管理，处理，检索，分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术. ”

1. GIS系统组成GIS应用系统由硬件，软件，数据，人员和方法五个主要部分组成. 2. GIS的功能GIS软件系统应具有数据采集，数据编辑与处理，数据存储与管理，空间查询与空间分析，视觉表达与输出五种基本功能. 3. GIS技术在物流领域的应用（1）GIS在仓库规划中的应用（2）GIS在铁路运输中的应用2019/4/13 27 10.5 GPS在物流管理中的应用1. GPS在物流管理中的应用运输在管理中的应用（1）用于车辆自动定位（2）进行铁路运输管理（3）为了确定车队的最佳航行和安全路线，实时调度和监控航向（4 ）用于空中交通管理，精确进近着陆，路线导航和监视（5）用于军事物流2.基于GPS / GIS / GSM的物流分布监控系统（1）系统模型（2）系统功能: ①车辆跟踪②路线规划与导航③指挥与调度④信息查询⑤紧急救援2019/4/13 28本章摘要GPS是联合开发的第二代卫星定位导航系统d国. 当前，全球范围内正在建设或运行的卫星定位和导航系统共有4个系统: GPS，GLONASS，GALILEO，北斗.

GPS系统包括三个部分: 空间部分（GPS卫星星座），地面控制部分（地面监视系统）和用户设备部分（GPS信号）. 定位信号有两种: C / A代码和P代码. 定位原理是4个球的交点. 定位方法按观察值，模式，时间和状态分类. 可以根据用途，频率和信道对进行分类. “北斗一号”是基于双星定位原理，是一套区域定位系统，与GPS相比有一定差距. “北斗二号”是全球性的导航和定位系统，其性能将超过现有的GPS. GIS可以定义为: “用于收集，存储，管理，处理，检索，分析和表示地理空间数据的计算机系统是分析和处理大量地理数据的通用技术. ” GIS系统由五个主要部分组成，即硬件，软件，数据，人员和方法. GPS可用于运输管理: 车辆自定位，铁路运输管理，车队导航，海洋运输导航，空中交通管理，军事物流. 基于GPS / GIS / GSM的物流配送监控系统可以实现: 车辆跟踪，路线规划与导航，指挥调度，信息查询，紧急救援.

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