第一部分GNSS简介第二部分GNSS组成第三部分GNSS的特点及用途目录GPS相对于经典测量技术的特点
定位精度高观测时间短观测站之间无需通视操作简便全天候作业提供三维坐标应用广泛GPS在我国的应用和发展80年代初期，
我国一些院校和科研单位开始研究GPS技术。80年代中期，开始引进GPS接收机，并应用于各个领域。同时着手研究建立我国自己的卫星导
航系统（北斗双星定位系统）。从80年代末到现在，实施了一系列重大的GPS卫星测量工程和项目。大地测量：利用GPS技术开展国际联
测，建立全球或全国性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地水准面。工程测量：应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程
控制网，用于桥梁工程、隧道与管道工程、海峡与地铁贯通工程以及精密设备安装工程等。航空摄影测量：我国测绘工作者应用GPS技术进行航
测外业像片控制测量、航摄飞行导航、机载GPS航测等航测成图的各个阶段。地球动力学：由于高精度的GPS定位技术可以精确提供有关板块
运动的四维信息，因而被用于监测全球板块运动和区域性板块运动以及板块内的地壳变形。此外，在军事部门、能源交通部门、国土资源部门、城
市建设与管理部门及农业气象等部门和行业，航空航天、测时授时、物理探矿、姿态测定等领域，也都开展了GPS技术的研究和应用。我国GP
S卫星定轨跟踪网及GPS精密星历服务工作已取得显著进展。美国的SA政策SA政策选择可用性(SelectiveAvai
lability)政策，即人为施加误差以降低GPS卫星的星历精度和卫星钟频率精度。精度约20m～30m，将降低至约100m（水平
）和150m（垂直）。AS政策（反欺骗anti-swindle）为防止P码被窃取，改为Y码。（1）建立独立的GPS卫星测
轨系统利用GPS卫星，建立区域性或全球性的跟踪系统，以精密地测定卫星的轨道。（2）建立独立的卫星导航与定位系统前苏联的全球导
航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem-GLONASS)NAVSAT卫星定位系统：欧洲
空间局以前也在发展的一种以民用为主的卫星定位系统，但由于经济原因而遭到终止。用户摆脱SA政策的措施/39思考题何谓GN
SS，包括哪些系统？GNSS的组成部分？GNSS的应用有哪些？北斗1代卫星导航系统组成图其它卫星导航定位系统——北斗卫星导
航系统“北斗卫星导航系统”系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成。空间部分包括两颗地球同步轨道卫星（GEO）
组成。卫星上带有信号转发装置，完成地面控制中心站和用户终端之间的双向无线电信号的中继任务。其它卫星导航定位系统——北斗卫星导航
系统用户终端分为定位通信终端集团用户管理站终端差分终端校时终端等与GPS系统不同，所有用户终端位置的计算都是在地面控
制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗终端用户机的位置及时间信息。同时，地面控制中心站还负责整个系统的监控管理与GPS、G
LONASS、Galileo等国外的卫星导航系统相比，BD–1有自己的优点。如投资少，组建快；具有通信功能；捕获信号快等。但也存在
着明显的不足和差距，如用户隐蔽性差；无测高和测速功能；用户数量受限制；用户的设备体积大、重量重、能耗大等GNSS简介—北斗北
斗二代系统系统组成：空间段：由5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星组成（27颗中圆轨道卫星（GEO）与3颗
倾斜轨道卫星（IGSO）Non-GEO卫星GEO卫星星座GNSS简介—北斗GNSS简介—北斗2012年12月27日
，北斗办公室正式公布了北斗二代导航卫星系统的ICD协议截止到2012年底，共有5颗地球静止轨道卫星（GEO）、4颗中圆地球轨道卫
星（MEO）、5颗倾斜地球轨道卫星（IGSO）北斗系统采用的是2000中国大地坐标系目前，卫星播发三个频率的信号B1、B2/B
3与GPS定位原理类似目前覆盖亚太地区其它卫星导航定位系统——北斗卫星导航系统GNSS简介—其它欧空局接收卫星导航系统(
EGNOS)，覆盖欧洲大陆美国的DGPS(DifferentialGPS)，美国雷声公司的广域增强系统(WAAS)，覆盖美洲
大陆日本的多功能卫星增强系统（MSAS），覆盖亚洲大陆印度的GPS辅助型静地轨道增强导航（GAGAN四者具有完全兼容的互
操作性通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改的信息通过GEO卫星发播GPS和GE
O卫星完整的数据GEO卫星的导航载荷发射GPSL1测距信号第一部分GNSS简介第二部分GNSS组成第
三部分GNSS特点及用途目录GNSS的组成空间星座部分地面监控部分用户设备部分GNSS的组成卫星分布情
况：组成：21颗工作卫星；3颗备用卫星。分布：6个轨道，都均匀分布4颗卫星。轨道平均高度约为20200km。各轨道平
面升交点的赤经相差60°卫星轨道平面相对地球赤道面的倾角均为55°相邻轨道上，卫星的升交距角相差30°周期：11小时58分。
GPS卫星构造：主体呈圆柱形；直径约15m；重约774kg；星体两侧各伸展出一块由四叶拼成的太阳能电池翼板，其面积为
72m2，能自动对准太阳，以保证卫星正常工作用电；卫星姿态调整采用三轴稳定方式，使螺旋天线阵列所幅射的波速对准卫星的可见地面G
PS卫星的核心部件：高精度的时钟、导航电文存储器、双频发射、接收机、微处理机GPS卫星的作用：向广大用户连续发送定位信息；接
收和储存监控站发来的卫星导航电文等信息，并适时地发送给广大用户；接收并执行监控站发来的控制指令，适时地改正运行偏差或启用备用卫星
等；通过星载的高精度铷钟和铯钟，提供精密的时间标准。GPS的组成COLORADOSPRINGHAWALLASCENS
IONDIEGOGARCIAKWAJALEIN主控站监测站注入站G
PS地面控制站一个主控站：科罗拉多?斯必灵司三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋 迭哥?伽
西亚(DiegoGarcia)—印度洋 卡瓦加兰(kwajalein)—太平洋17个监测站=8美国本土+9
个美国以外55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings
（2）监测站在主控站控制下的数据自动采集中心。全球共17个监测站，分布在美国本土和三大洋的美军基地上。主要任务
：为主控站提供卫星的观测数据。（3）注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器，每天3～4次。自
动向主控站发射信号，每分钟报告一次自己的工作状态。全球共3个地面天线站，分别与3个监测站重合。控制部分1
个主控站3个注入站5个监控站GPS的组成主要任务：监视卫星的运行；确定GPS时间系
统；跟踪并预报卫星星历和卫星钟状态；向每颗卫星的数据存贮器注入卫星导航数据。组成部分：主控站（1个）注入站（3个）监测
站（5个）GPS的组成（1）主控站设在美国本土科罗拉多州斯本斯空间联合执行中心。主要任务：管理和协调整个
地面监控系统的工作；根据本站和其它监测站的所有跟踪观测数据；计算各卫星的轨道参数、钟差参数及大气层的修正参数，编制成导航电文并
传送至各注入站；调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行，必要时启用备用卫星以代替失效的工作卫星。主要组成部分：GPS接收机
天线微处理器终端设备电源用户设备部分用户设备是指用户GPS接收机。其主要任务是捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号。对接
收的卫星信号进行处理，测量出GPS信号从卫星到接收机天线间传播时间能译出GPS卫星发射的导航电文，实时计算接收机天线的三维位置、速
度和时间。GPS天线部分将微弱的卫星电磁波信号转变为电信号,并放大GPS主机部分1.变频器2.信号通道3.微处理器
4.存储器5.显示器GPS电源部分8.GNSS接收机构造和工作原理GNSS接收机导航型GNSS接收机一般情况下无
数据输出的记录存储设备(手持机)天线前置放大器电源部分射电部分微处理器数据存器显示控制器供电信号信息命令数
据供电，控制供电数据控制8.4.1GNSS接收机构造和工作原理跟踪、接收、放大、处理卫星信号
，测量出信号从卫星到天线的传播时间。解译导航电文，实时解算测站三维位置。（3）按系统类型分类：单系统接收机多系统
接收机（1）按用途分：导航型授时型测地型（2）按接收机通道数分类：多通道GPS接收机序贯通道接收机多路复用
通道接收机GPS的组成天线单元：组成：接收天线、前置放大器。大多采用全向天线，可接收来自任何方向的GPS信号，
并将电磁波能量转化为变化规律相同的电流。前置放大器可将极微弱的GPS信号电流予以放大。接收单元：核心部件：信号波道、微处理机。
信号波道：主要有平方型和相关型。利用多个波道同时对多个卫星进行观测，实现快速定位。GPS接收机数据记录器：记录接收机所采集
的定位数据。接收机的电池：采用机内机外两种直流电源。视屏监视器：包括一个显示窗和一个操作键盘，均在接收单元的面板上，观测者
可从显示窗上读取数据和文字。GPS软件：包括内软件和外部软件GPS的组成接收机的主要功能：迅速捕获按一定卫星截止高度角
所选择的待测卫星信号，并跟踪这些卫星；对所接收到的卫星信号进行变换、放大和处理，以便测定出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间；
解译出GPS卫星所发送的导航电文；实时地计算出测站的三维坐标、三维速度和时间等所需数据。主要组成部分：GPS接收机天线
微处理器终端设备电源天线单元：组成：接收天线、前置放大器。大多采用全向天线，可接收来自任何方向的GPS信号，并将电磁波能
量转化为变化规律相同的电流。前置放大器可将极微弱的GPS信号电流予以放大。接收单元：核心部件：信号波道、微处理机。信号波道：
主要有平方型和相关型。利用多个波道同时对多个卫星进行观测，实现快速定位。GPS接收机数据记录器：记录接收机所采集的定位数据。
接收机的电池：采用机内机外两种直流电源。视屏监视器：包括一个显示窗和一个操作键盘，均在接收单元的面板上，观测者可从显示窗上
读取数据和文字。GPS软件：包括内软件和外部软件接收机的主要功能：迅速捕获按一定卫星截止高度角所选择的待测卫星信号，并跟踪
这些卫星；对所接收到的卫星信号进行变换、放大和处理，以便测定出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间；解译出GPS卫星所发送的导
航电文；实时地计算出测站的三维坐标、三维速度和时间等所需数据。/47GNSS高精度定位技术及其应用第一部分
GNSS简介第二部分GNSS组成第三部分GNSS特点及用途目录发展历史1958年12月，美国为给北
极星核潜艇提供全球性导航而研制卫星多普勒定位系统。1959年9月，发射了第一颗试验性卫星。1961年11月，共发射了9颗试验性
导航卫星。1963年12月起，陆续发射6颗工作卫星，组成子午卫星星座使得地球表面上任何一个测站上，平均每隔2小时便可观测到其中
一颗卫星。1967年7月29日，美国政府宣布解密子午卫星的部分电文供民间使用。卫星多普勒定位技术70年代中期，我国开始引进
卫星多普勒接收机。系统组成：子午卫星、地面跟踪网和用户接收机。地组成：跟踪站、计算中心、注入站、海军天文台和控制中心。任务
：测定各颗卫星的轨道参数，并定时将轨道参数和时间信号注入到相应卫星内，以便卫星按时向地面播发。接收机：用来接收卫星发射的信号，测
量多普勒频移，译出卫星的轨道参数，以测定接收机所在位置的设备。子午卫星系统及其局限性系统简介NNSS–NavyNavi
gationSatelliteSystem（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统
）采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统美国研制、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用子午卫星
子午卫星星座子午卫星系统及其局限性系统组成空间部分卫星：发送导航定位信号（信号：4.9996MHz?30=149
.988MHz；4.9996MHz?80=399.968MHz；星历）卫星星座–由6颗卫星构成，6轨道面，轨道高度1
075km地面控制部分包括：跟踪站、计算中心、注入站、控制中心和海军天文台用户部分多普勒接收机大地测量多普勒接收机-
1（MX1502）大地测量多普勒接收机-2（CMA751）子午卫星系统及其局限性应用领域海上船舶的定位大地测量
精度单点定位：15次合格卫星通过（两次通过之间的时间间隔为0.8h~1.6h），精度约为10m联测定位：各站共同观测17
次合格卫星通过，精度约为0.5m多普勒联测定位多普勒单点定位子午卫星系统及其局限性系统缺陷卫星少，观测时间和间隔时间长，
无法提供实时导航定位服务导航定位精度低卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响卫星轨道低，难以进行精密定轨TRANS
IT系统卫星：6颗极地轨道轨道高度：1075km信号频率：400MHz、150MHz绝对定位精度：1m相对定位精度：0
.1m~0.5m定位原理：多普勒定位存在问题：卫星少，无法实现实时定位；轨道低，难以精密定轨；频率低，难以消除电离层影响。发
展历史1973年12月，美国开始研制新一代卫星导航系统──导航卫星定时测距全球定位系统（NavigationSatelli
teTimingAndRangingGlobalPositioningSystem），简
称GPS系统。（如图所示）1978年2月22日，第一颗GPS试验卫星发射成功；3、GPS全球定位系统GPS定位系统的发
展历史1989年2月14日，第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告GPS系统进入了生产作业阶段；1994年全部完成24颗工作卫星（
含3颗备用卫星）的发射工作。用途：向全球用户连续提供高精度的全天候三维坐标、三维速度以及时间信息。广泛应用于飞机船舶和各种
载运工具的导航、高精度的大地测量、精密工程测量、地壳形变监测、地球物理测量、海空救援、水文测量、近海资源勘探、航天发射及卫星回收等
技术领域。GPS全球定位系统GPS与NNSS的主要特征的比较项目GPS系统NNSS系统载波频（MHz）
1227.60,1575.42150,400轨道高度20200Km1000Km卫星数目(颗)24颗(3颗备用)5
～6卫星运行周期720min107min卫星钟铯钟、铷钟石英钟定位方式测距测定多普勒频移可用性连续,实时
15-20minGNSS简介—GPSGPS现代化控制部分现代化目标减少运行费用并增强系统性能：对GP
S监测站设备更新；在Vandenberg建立备用主控站；在BlockIIR-M等卫星上增加控制和命令的能力。卫星星座现代化：
2015年BlockIIR-M达到完全运行状态，带有L2C码和M码；增加L5频率；美国国会2000年批准了GPSIII计划，，
可能对GPS系统重新设计，即与GLONASS、GLALILEO类似的三个平面的星座，共计27-33颗卫星。GLONASScon
stellationGLONASSsatelliteP24其它卫星导航定位系统——GLONASSGNSS简介—GLON
ASSGLONASS历史20世纪70年代中期，前苏联开始研制GLONASS目标是能够在全球或近地空间的空中、水域等用户提供全
天候三维定位、速度测量和授时等服务从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起，至1995年12月14日共发射了73颗
卫星。由于卫星寿命过短，加之俄罗斯一段时间内经济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统在一段时间内不能维持正常工作由军方负责，军
用。1995年，俄罗斯发布命令向国内外民用用户提供服务，并且开始补发卫星，1996年1月，24颗卫星组网成功其它卫星导航定位系统
——GLONASS卫星运行状况从1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星起，至1995年12月14日共发射了73颗卫
星。由于卫星寿命过短，加之俄罗斯前一段时间经济状况欠佳，无法及时补充新卫星，故该系统不能维持正常工作。到目前为止（2006年3
月20日）,GLONASS系统共有17颗卫星在轨。其中有11颗卫星处于工作状态，2颗备用，4颗已过期而停止使用。俄罗斯计划到200
7年使GLONASS系统的工作卫星数量至少达到18颗，开始发挥导航定位功能。GLONASS与GPS的比较参数GLONAS
SNAVSTARGPS系统中的卫星数21＋321＋3轨道平面数36轨道倾角64.8°55°轨道高度19
100km20180km轨道周期（恒星时）11h15min12h卫星信号的区分FDMACDMAL1频率1602~
1615MHz频道间隔0.5625MHz1575MHzL2频率1246~1256MHz频道间隔0.4375MHz122
8MHzGNSS简介—GLONASSGLONASS现代化卫星星座现代化：开发GLONASS-M与GLONASS-K卫星，卫星
钟稳定性更高，寿命更长；提高导航电文质量；加入第二个民用信号G2；提供第三个频率信号G3并加载差分信息，提高移动用户实时定位精度
控制部分现代化：控制中心位于莫斯科西南约70km的Krasnoznamensk太空中心，将来计划扩充监测站，包括与国际GNSS服务
组织合作GNSS简介—GALILEOGALILEO历史回顾1994年，欧洲理事会要求欧盟（EU）在卫星导航技术方面必须主动
欧洲设想了一个两步方案：（1）建立GPS/GLONASS增强系统EGNOS；（2）设计和组织管理一个民用全球卫星导航系统1999
年，EU将卫星导航系统命名为GALILEO；GALILEO包括四个阶段：定义阶段，开发及在轨验证阶段，系统部署阶段，系统运营阶段
1999年5月，欧空局（ESA）批准了GALILEO的定义阶段2005年12月28日，第一颗试验卫星发射GALILEO设计包括27颗工作卫星与3颗备用卫星，分布在3个近圆的中轨（MEO）上加强对高纬度地区的覆盖，包括挪威、瑞典等地区地面部分包括2个控制中心，5个遥测、跟踪与控制站，40个地面跟踪站提供的服务：公开服务、商业服务、生命安全服务公共安全服务、搜索与救援服务GNSS简介—GALILEO伽利略卫星定位系统电脑模拟图四、美国的SA政策theGalileosatelliteconstellation其它卫星导航定位系统——GalileoGIOVEAGIOVEBtheGIOVESatellite其它卫星导航定位系统——GalileoGIOVE的主要目标:频率信号测试；验证一些关键技术（比如铷原子钟、氢原子钟）；轨道环境特征测试；并行2或3通道信号传输测试。发展路线图GNSS简介—北斗/41GNSS简介—北斗我国自行研制的两颗北斗导航试验卫星分别于2000年10月31日和12月20日从西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步轨道（东经80o和140o的赤道上空），此外另一颗备用卫星也被送入预定轨道（东经110.5o的赤道上空），标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航系统——BD–1 |
|
