卫星导航定位原理与应用第一章

        最近在学习卫星通信相关的知识,在慕课上面看到了这门课,这里简单的总结一下.

1.1GPAS的来由及系统组成

        第一节分为三个部分:GPS来由,GPS系统组成,GPS现代化

        首先我们介绍全球定位系统(GPS)的来由,GPS是M国根据他们子午卫星导航系统的优缺点建立的.整个导航地位系统的转变过程是三部分,罗兰系统到子午卫星导航系统,再到全球定位系统.

        如下图所示:

        NNSS由三部分组成,子午卫星,地面监控系统以及多普勒接收机.虽然其观测和数据处理自动化,可靠性高,绝对d定位精好等成就,但是其不能提供连续的导航服务,且相对精度低,速度慢,故而M过经过研究推出了GPS.

        对应的NNSS的三部分,GPS系统的空中卫星,地面监控系统和用户接收机.下面详细介绍其三部分的具体组成.

                 空中卫星:21颗正常工作的GPS卫星,以及3颗备用卫星;巧妙的布局保障了在地球上任何时刻,任何地点均至少可以观测到4颗卫星.卫星的星座图如下:

                保证任意地点观测到4颗卫星,是根据的动态空中后方距离交会,如下图所示

                         由上图我们得知在xyz坐标系中A(x1,y1,z1),B(x2,y2,z2),C(x3,y3,z3),D(x4,y4,z4),此刻我们需要计算的是P(x,y,z)的坐标,即地球上的待测点.还有的已知信息是,用户接收机知道的卫星的空间位置数据,得到的接收机到用户接收机的距离. 同时还有卫星发送和接收机接收到的时间.

                方程如上,其中的d表示接收机和卫星之间的距离,Vt0为接收机的中差,未知数.Vti是卫星的中差,c为光速.本来三个球面交汇于一点便可以得到接收机的位置,但是卫星和接收机的时钟斌不是完全永不和准确,所以需要引入标准时间,就是第四个参数.

                GPS空中卫星的主要参数如下表

                其中较为重要的是记住卫星的两个载波频率,L1频段是1575.42MHz,L2是1227.60MHz

以及卫星钟标准频率F0 10.23MHz 

                地面监控系统:控制整个系统的时间,负责轨道监测和预报(1个主控站,5个监测站,3个注入站),其主要任务一般为4个 监视卫星运行;确定GPS时间系统;跟踪并预报卫星星历和卫星钟的状态;向每颗卫星的数据存贮器注入卫星导航数据.

                主控站:根据监测站跟踪观测的数据,计算各卫星的轨道参数,钟差参数以及大气层的修正参数,编制成导航电文并传送至各注入站;主控站还负责调整偏离轨道的卫星,必要时启动备用卫星

                监测站:采集数据到主控站

                注入站:将导航电文注入到相应卫星的存储器中

                用户接收机:主要是各种型号的接收机,主要功能为迅速捕获并跟踪卫星信号;对接收到的卫星信号进行变换放大和处理,测出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间;解释导航电文,实时计算出监测站的三维坐标,三维速度和时间.一般接收机都由GPS接收机天线单元,GPS接收主机单元和电源三部分组成.

                整个系统如下图所示

1.2BDS的来由及系统组成 

        我国的北斗导航系统分为三步:试验系统,拓展的区域导航系统 和全球导航系统.

        BDS一代系统属于主动式定位,采用的是有源定位体制;具有短报文通信功能,但是它有许多的缺点,如用户数量受限制,用户隐蔽性差等缺点,

        BDS二代,其由14颗卫星组成,卫星分布在地球同步轨道,中圆地球轨道,倾斜同步轨道,基本覆盖亚太地区,同时充分的考虑了兼容性,使用的无源定位导航体制.三个频点民用.B1I:1575.420MHz,B3I:1268.520MHz以及B212.7.102MHz

        BDS三代由30颗卫星组成,轨道与BDS二代相同,频点有B1C:1575.420 B1I B3I B2a:1176.450

1.3GLONASS和GALILEO

        GLONASS:24颗工作卫星,采用的频分多址(FDMA)方式识别,而其他的三种都是采用的码分多址(CDMA)