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  • GNSS定位的时空基准

    2020-03-13 20:55:06
    1.天球坐标系、地球坐标系与地球自转有无关系,哪一种便于描述地面观测站的空间位置,哪一种便于描述人造地球卫星的位置...2.请用类似思维导图的方式总结GNSS定位的时空基准 3.GPS卫星定位中,时间系统有何意义? ...

    1.天球坐标系、地球坐标系与地球自转有无关系,哪一种便于描述地面观测站的空间位置,哪一种便于描述人造地球卫星的位置?
    天球坐标系与地球自转没有关系,因为天球坐标系是为确定天球上某一点的位置,在天球上建立的球面坐标系。就是有天球坐标系中的两个球面坐标来求出天球上的某一点。地球坐标系与地球自转有关。地球坐标系就是固定在地球上与地球一起自转和公转的坐标系。天球坐标系能描述星体相对于地球的角度位置,地球坐标系只描述物体在地球表面的位置。所以,地球坐标系便于描述地面观测站的空间位置,而天球坐标系便于描述人造地球卫星的位置。

    2.请用类似思维导图的方式总结GNSS定位的时空基准在这里插入图片描述
    3.GPS卫星定位中,时间系统有何意义?
    在天文学和空间科学技术中,时间系统是精确描述天体和人造卫星运行位置及其相互关系的重要基准,因而也是人们利用卫星进行导航和定位的重要基准。第一,GPS卫星作为一个高空观测目标,其位置是不断变化的。因此在给出卫星运行位置的同时,必须给出相应的瞬间时刻。第二,GPS测量是通过接收和处理GPS卫星发射的无线电信号,来确定用户接收机至卫星的距离,进而确定观测站的位置。因此,准确地测定观测站至卫星的距离,必须精密地测定信号的传播时间。第三,由于地球的自转现象,在天球坐标系中,地球上点的位置是不断变化的。因此,当要求测定出赤道上一点的位置时,要保证时刻不超规定的误差。

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  • 具有精确、稳定的定位结果以及合理的价格是未来的...利用实验车在一处复杂环境区域进行实时数据采集,通过计算出的双目视觉定位误差与GNSS定位误差对比分析,验证了该方法在路标可见范围内对GNSS定位结果有明显改善。
  • 由于工作需要,最近开启了GNSS系列文章的撰写工作,发布于公司官网,现将其同步至CSDN。 原文链接: ... 小伙伴们,大家好,我们继续讨论GNSS相关的知识,... 在讨论GNSS漂移之前,先大致讲讲GNSS定位的基本原理。 ...

    由于工作需要,最近开启了GNSS系列文章的撰写工作,发布于公司官网,现将其同步至CSDN。

    原文链接:

    http://onemo10086.com/#/school/article/196


          小伙伴们,大家好,我们继续讨论GNSS相关的知识,上期我们讨论如何在地图上显示出正确的GNSS位置,但总有小伙伴反馈定位的位置不准确,存在漂移。这期我们就来重点讨论讨论GNSS漂移是如何产生。

     

    一、GNSS定位原理

     

          在讨论GNSS漂移之前,先大致讲讲GNSS定位的基本原理。

          GNSS(Global Navigation Satellite System)泛指所有的卫星导航系统。顾名思义就是利用天上的卫星来获取位置信息。下面以美国的GPS系统为例,讲解是如何通过卫星获取位置信息。其它系统:北斗、伽利略、GLONASS等类似。

    GPS系统由三部分组成:

    1空间部分:24颗中轨道卫星(实际上不止24颗);

    2控制部分:地面上的注入站、监控站、主控站等;

    3用户部分:各类GPS定位终端,如手机、GPS导航器等。

    image.png

    根据立体几何知识,用户机只要接收到3颗卫星,根据距这3颗卫星的距离和卫星位置,就可以计算自己的位置。即以3颗卫星为球心、距离为半径各自画球面,3球面交汇的地方即是用户机位置(X,Y,Z)。

    image.png

    卫星的位置和距离从哪里来?卫星的位置很容易得到。实际上,运行于宇宙空间的GPS卫星,每一个都在时刻不停地向全球广播自己的当前位置坐标信息。任何一个GPS接收器都可以通过天线很轻松地接收到这些信息,并且能够读懂这些信息(GPS芯片的核心功能之一)。

    距离哪里来的呢?GPS卫星除了在广播自己的当前位置坐标外,还会附加上该数据包发出时的时间戳。GPS接收器收到数据包后,用当前时间减去时间戳上的时间,就是数据包在空中传输所用的时间了。知道了传输时间再乘以传输速度(即光速),就得到了距离。

    根据立体几何知识,理论上只需要3颗卫星就够了,但实际上至少的需要4颗卫星。通过增加卫星数来消除误差,这是因为:

        1、传输速度为光速,非常大,要求时间非常精确才行。卫星上的时钟可以使用高精度昂贵的銫原子钟,但不可能给每个GPS接收器也配置一个銫原子钟,只能使用低成本精度低一些的时钟。计算得到的是传输时间就必然存在误差。

        2、传输速度也会受到空气中电离层的引起,带来误差。GPS卫星广播的自己位置也会存在误差。

     

    二、引起GPS漂移的因素

     

    1时钟误差

        包含卫星时钟误差和GPS时钟误差。产生误差原因上面已经讲过,不再赘述。

    2星历误差

    即卫星轨道位置误差。进行GPS定位时,计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的,但不论采用哪种类型的星历,所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异,这就是所谓的星历误差。

    3大气层引入的误差

    特指电离层和对流层对GPS信号的延迟。电离层延迟是由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应,使得GPS信号的传播速度发生变化,这种变化称为电离层延迟。对流层延迟指的是对于地球周围的对流层对电磁波的折射效应,使得GPS信号的传播速度发生变化,这种变化称为对流层延迟。

    image.png

    4多路径效应

    多路径效应由于接收终端周围环境的影响,使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响,这就是所谓的多路径效应。例如在高楼林立的楼群中以及山脉密林中,卫星信号收到折射或者反射的几率相当大。这也是为什么建议测试时尽量在空旷地带进行。

    image.png

    5SA政策

    SA政策是美国政府从其国家利益出发,通过降低广播星历精度(ε技术)、在GPS信号中加入高频抖动等方法,人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度的一种方法。

    6GPS接收机周围环境因素

        包含天气情况,周围其它电磁信号干扰,密集建筑、树林等等。

    7GPS接收机性能因素

        包含GPS天线信号接收性能,GPS芯片时钟误差,定位频率,数据处理算法等。

     

    三、GPS漂移的类型

     

    GPS漂移分为静态漂移和动态漂移。

    1静态漂移。当GPS终端静止的时候,其定位坐标在某个范围不停的变化,甚至还会显示出速度,这便是静态漂移。

    2定位点漂移。定位点漂移指亮点之间的漂移距离超过100米或芯片软件设置的门限距离,且无速度数据,过一段时间后又以同样的距离回到原点。这种情况常反应在星历气候,模块干扰,2D定位和3D定位瞬间变化的过程中。此漂移方向没规律性,较难处理。

    3定位精度漂移。常反应在运动过程中,突然在某一点漂移出去,然后又瞬间漂移回来,有时带有速度,有时不带速度数据。多为信号折射干扰引起,突然有一个很强的折射信号参与定位所致。折射信号一丢失,又恢复正常定位精度。

    4叠加漂移。多反应在2D定位时,定位点沿着一定的方向连续漂移,每个点之间的距离不大,并带有速度,当漂移到一定距离后,又慢慢的漂移回原点。此漂移一般是由于GSP模块长时间处于弱信号,或设备收到干扰引起。

     


    声明:以上内容和图片均来自参考文献,仅作汇总而已,版权归原文档作者所有。

    参考文献:

    [1] https://www.cnblogs.com/magicboy110/archive/2010/12/09/1901669.html

    [2] https://www.cnblogs.com/cxt-janson/p/9274438.html

    [3] https://jingyan.baidu.com/article/636f38bb4baffdd6b846109a.html

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  • gnss定位算法

    2018-09-21 10:25:39
    c语言实现的精密单点定位,稳定可靠,可以根据自己需求修改代码。
  • 卫星截止高度角和系统组合对GNSS定位精度的影响研究,李方超,王浩,为研究卫星截止高度角和GNSS系统组合对PPP定位精度的影响,本文对部分MGEX观测站10天的实测数据分别进行24h的精密单点定位数据处理,�
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    提起定位,大家首先想到的就是GNSS(全球卫星导航系统)定位,这是一种被普遍认可、广泛接受的追踪定位技术,可以对人员、动物、资产、车辆等进行追踪定位,并提供有关航向、速度、日期、时间等数据。据GSA数据推测,2020年全球GNSS设备数量将达到80亿部(至少每人一台),这些设备为人们的安全出行、工作和生活带来极大便利。

     

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    ▲GNSS卫星定位技术迭代图

     

     

    从单系统单频段到多系统多频段

     

     

    GNSS(Global Navigation Satellite System)并不特指某个单一的卫星系统,而是多个卫星系统的总称。用户设备通过接收卫星提供的经纬度坐标信息来定位。

     

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    美国GPS系统是全球第一个卫星导航系统,也是现阶段应用最为广泛、技术最为成熟的卫星定位技术。最初的定位模组只支持GPS系统,属于单系统单频模组。由于单一GPS系统在局部地区、部分时段或信号有遮挡、干扰时会出现可见卫星数过少(<4颗)的情况,导致无法正常定位。随着各国与地区对卫星导航系统的肯定,相继投资建设自己的卫星导航系统,多系统模组随之产生,也被称为多模模组或GNSS模组。

     

    在相同的外界环境基础上,多系统模组能够捕获来自不同卫星系统的卫星,使得有效卫星数大幅度提升,从而提高定位的精度和稳定性。

     

    随着卫星导航系统的发展,最初的GPS L1C/A信号逐渐无法满足用户的定位导航授时需求,美国宣布对GPS现代化,增加了第二民用信号L2C和第三民用信号L5等。GNSS定位模组也开始接收各卫星系统的不同频段信号。

     

    由于定位模组周围环境的影响,使得模组所接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响,这就是所谓的多路径效应。多频段技术可以有效抑制城市环境中的多路径效应,削弱大气层误差,提高定位精度。

     

     

    多种定位技术融合,满足差异化高精度定位需求

     

     

    GNSS技术能够在几米精度范围内知晓任何物体的绝对位置,毫不夸张的说,它为我们解决了很多难题。现在,从智能网联车、自动驾驶到无人机、机器人,导航应用对自动化需求不断提高,这亟需更高精度的定位解决方案。

     

    GNSS & DR组合定位,实现持续导航

     

    DR (Dead Reckoning),航位推测法,指的是在知道当前时刻位置的条件下,通过测量移动的位置和方位,推算下一时刻位置的方法。通过在设备上加装加速度传感器和陀螺仪传感器,DR算法可以自主确定定位信息,具有短时间内实现局部高精度定位的特点。

     

    GNSS定位在遮挡环境、多路径较严重场景下效果较差,此时结合DR算法,就可以推测出下一秒或多秒内的定位结果。另外,GNSS数据更新频率通常为1Hz,不能满足高动态需求,而IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)更新频率可达100Hz,借助组合,可以显著提高结果频率。但是,DR算法精准度随滤波深度增加而变差,所以需要GNSS对其进行实时纠偏,确保以实际数据不断地更新推测出的位置,达到最好的效果。

     

    主要工作模式如下:

    • 上一点估算位置 + IMU数据→预测下一点位置;

    • 预测的位置 + GPS定位→更新当前位置;

    • 循环。

     

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    RTK技术,支持分米/厘米级定位精度

     

    RTK(Real-time kinematic),称为实时动态差分法,又称为载波相位差分技术,是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法,包括传统RTK和网络RTK。

     

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     ▲传统RTK工作原理

     

    在传统RTK工作模式下,只有一个基准站(GNSS接收机),基准站和流动站之间的距离有限制。基准站将接收到的测量数据与设置基准站的数据进行计算得出差分数据,然后将差分数据通过电台发送给流动站(用户接收机)。流动站也能通过电台接收基准站发送的差分数据,并进行计算,最终得出我们所需要的坐标数据,并提高定位精度。

     

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    ▲网络RTK工作原理

     

    在网络RTK中,有多个基准站,用户不需要建立自己的基准站,用户与基准站的距离可以扩展到上百公里,网络RTK减少了误差源,尤其是与距离相关的误差。

     

    首先,多个基准站同时采集观测数据并将数据传送到数据处理中心,数据处理中心有1台主控电脑能够通过网络控制所有的基准站。所有从基准站传来的数据先经过粗差剔除,然后主控电脑对这些数据进行联网解算。最后,播发改正信息给用户。

     

    网络RTK至少要有3个基准站才能计算出改正信息。改正信息的可靠性和精度会随基准站数目的增加而得到改善。当存在足够多的基准站时,如果某个基准站出现故障,系统仍然可以正常运行并且提供可靠的改正信息。

     

    相比传统RTK,网络RTK对误差估算得更加准确,通过VRS (Virtual Reference Station)虚拟参考站技术进一步增强基准站和流动站误差的相关性。总的来说,网络RTK的精度和稳定性,要高于传统RTK。

     

     

    GNSS市场稳步增长

     

     

    据GSA数据统计,未来十年,全球GNSS设备出货量将持续增长。从2019年的18亿台增长至2029年的28亿台。其中,在道路运输与汽车、无人机、人员与资产追踪、智能电网等领域的应用将呈现爆发式增长。如何在可接受的成本内选择合适的GNSS技术,将成为摆在终端制造商面前的难题。

     

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    移远GNSS模组种类齐全  可满足不同领域定制化需求

     

     

    作为全球领先的蜂窝模组和GNSS模组供应商,移远通信多模单频L76/L26系列和多模多频LC79D已在工业类、消费类等大众化定位应用领域获得丰富量产经验及良好口碑。

     

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    在多种技术融合定位方面,移远通信更是走在行业前列。其惯性导航领域,LC79D升级版和L26-DR系列均支持GNSS+DR组合定位且已实现量产;其高精度领域,工规级内置RTK+DR技术定位模组LC29D成为共享单车类产品的挚爱,车规级内置RTK+DR技术定位模组LG69T更是在为大型整车厂及Tier 1客户提供厘米级定位、追踪和导航服务。

     

    如您有任何问题或需求,请联系我们:marketing@quectel.com

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  • GNSS定位导航

    2020-12-17 13:48:25
    车载定位包括:GNSS,IMU,RTK,DR 1、GNSS GlobalNavigation Satellite System 全球导航卫星系统 2、定位系统的三部分 空间星座部分:获取卫星运动轨迹,确定用户接收机的空间位置 地面监控部分(监测站、...

    GNSS 分为 Beidou、GPS、Glonass、Galileo

    车载定位包括:GNSS,IMU,RTK,DR

     

    1、GNSS

    GlobalNavigation Satellite System 全球导航卫星系统

    2、定位系统的三部分

    空间星座部分:获取卫星运动轨迹,确定用户接收机的空间位置

    地面监控部分(监测站、主控站、注入站):监测卫星状态、时钟维护、导航电文播发等

    用户设备部分:用户接收机的主要任务是跟踪可见卫星,对接收到的卫星无线电信号经过数据处理后获得定位所需要的测量值和导航信息,最后完成对用户的定位运算和可能的导航任务。

    3、导航定位方式

    (1)卫星导航定位

    通过获取至少四颗卫星的星历,计算出接收机的经度、纬度、海拔。

    定位算法一般可以采用:最小二乘法定位算法,卡尔曼滤波定位算法等。

    (2)惯性导航是通过高精度的陀螺和加速计测量运动载体的角速率和加速度信息,经过积分运算得到运动载体的加速度、位置、姿态和航向等导航参数的自主式导航系统,产生的导航信息连续性好且噪声低、数据更新率高、短期精度好、稳定性好。

    4、定位的标准

    (1)用户接收机的定位精度

    (2)用户接收机首次定位用时

    5、GPS/BEIDOU/GLONASS/GALILEO

    GPS——码分多址(CDMA)的扩频通信系统。

    GLONASS——频分多址(FDMA)

    GALILEO——码分多址(CDMA)

     

    Beidou GPS Glonass Galileo

    主动式、双向型定位系统

    北斗接收机可以接收和发射信号

    失去了无线隐蔽性

    北斗的服务采用询问/应答形式

    北斗的接收机:体积、重量、价格、功耗等方面

    接受型、被动型、单向型定位系统

    持续不断地向地面发射信号

    GPS接收机接收信号而不需发射信号

       

    码分多址:即将需传送的具有一定信号带宽信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的 伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的 窄带信号即解扩,以实现信息通信。

    频分多址:根据载波频率的大小不同来区分来自不同卫星的信号。

    6、伪码即是伪随机码。

    所谓"随机码",就是无论这个码有多长都不会出现循环的现象,而"伪随机码"在码长达到一定程度时会从其第一位开始循环,由于出现的循环长度相当大,例如CDMA采用42的伪随机码,重复的可能性为4.4万亿分之一,所以可以当成随机码使用。

    在计算机、通信系统中我们采用的随机数、随机码均为伪随机数、伪随机码。

    7、OTDOA是根据三个基站与移动终端信号传播的时间差值进行定位的技术。

    8、定位关键指标

    观测量、信号强度、能搜上来哪些星、冷/温/热启动、单模/多模

    时间的精度,纳秒级

    捕获灵敏度/持续跟踪灵敏度,dBm

    TTFF(首次定位时间) 68% 95% MAX AVG

    CEP (定位精度) 68%<=50m  95%<=150m  MAX  AVG

    LAST_CEP    68%<=50m  95%<=150m  MAX  AVG

    CN0,dB-Hz

    频差(ppm)

    钟源(ppb/s)

    定位点、失定位点

    功耗与性能

    场景影响

     

     

    各国卫星导航系统比较(北斗、伽利略、GLONASS、GPS)

    卫星导航系统 卫星数量 定位精度 系统进展 研制国家
    北斗系统 35颗 10米 2007年发射两颗北斗导航卫星,2008年左右满足中国及周边地区用户需求。 中国
    伽利略系统 30颗 小于1米 1999年欧盟公布了“伽利略”计划,现在“伽利略”系统正在建设中。 欧盟
    格洛纳斯(GLONASS)系统 24颗 10~15米 目前GLONASS系统已有17颗卫星在轨运行,计划2008年全部部署到位。 俄罗斯
    GPS系统 24颗 5米 1994年,GPS卫星导航系统己布设完成。现在正研制第二代GPS系统。 美国

     

    北斗卫星导航系统简介
           卫星导航系统是重要的空间基础设施,为人类带来了巨大的社会经济效益。中国作为发展中国家,拥有广阔的领土和海域,高度重视卫星导航系统的建设,努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航定位系统。

      2000年以来,中国已成功发射了4颗“北斗导航试验卫星”,建成北斗导航试验系统(第一代系统)。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,并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。

      中国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,提供两种服务方式,即开放服务和授权服务(属于第二代系统)。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50纳秒,测速精度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。

      中国计划2007年初发射两颗北斗导航卫星,2008年左右满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求,并进行系统组网和试验,逐步扩展为全球卫星导航系统。

    伽利略卫星导航系统简介
            数量:30颗中高度圆轨道卫星组成,27颗为工作卫星,3颗为候补;

      轨道:高度为24126公里,位于3个倾角为56度的轨道平面内;

      精度:最高精度小于1米;

      用途:主要为民用;

      1999年2月10日,欧盟执行机构欧洲委员会(EC)公布了欧洲导航卫星系统“伽利略”计划,该系统是与美国全球导航定位系统(GPS)和俄罗斯的GLONASS系统兼容的民用全球定位卫星系统。欧盟之所以进行“伽利略”计划,主要是为了摆脱对美国GPS系统的依赖,打破美国对全球卫星导航定位产业的垄断,在使欧洲获得工业和商业效益的同时,赢得建立欧洲共同安全防务体系的条件。

      其实,欧空局(ESA)早在1990年就决定研制“全球导航卫星系统(GNSS)”, GNSS分为两个阶段,第一阶段是建立一个与美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、以及三种区域增强系统均能相容的第一代全球导航卫星系统(GNSS-1),第二阶段是建立一个完全独立于GPS系统和GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统(GNSS-2)。由于GNSS-1主要是利用GPS等已经建成的系统,因此其主要工作是在欧洲建立30座地面站和4个主控制中心,系统将在2002年部署完毕,2004年完成运营试验。欧洲的长远目标是拥有自己的独立的全球导航卫星系统,即GNSS-2,也就是现在的“伽利略”系统。

      “伽利略”计划由欧洲委员会和欧空局共同负责。欧洲委员会负责政治领域和高层次的任务需求,其中包括对系统总体结构、经济收益和用户需求的研究。欧空局负责空间分系统及相关地面系统的确定、发展和在轨鉴定。

      “伽利略”系统的批准实施,使得欧洲继“空中客车”和“阿里安”火箭之后,又将拥有自己独立的导航卫星系统,这是欧洲力图独立于美国的又一个重大决定,具有重大政治意义。

      欧盟称,“伽利略”计划是在“技术、经济和政治上的挑战”。小心翼翼地将“政治”放在最后,自然是要减少“伽利略”的政治色彩。欧盟还表示,“伽利略”系统是纯民用的,不用于军事,也不干涉美国的GPS,甚至是GPS的有效补充,也是为了避免美国的反感。但是“伽利略”计划既已启动,其政治意义也就不言自明

      在“伽利略”系统的筹建过程中,曾一再受到美国的阻挠,欧洲内部的意见也一度产生严重分歧,系统计划几乎流产。但欧盟委员会及欧洲航天局非常明确地向成员国指出,早在20世纪60年代,美国就曾阻止欧洲拥有自己的航天发射能力,许诺免费为欧洲发射卫星,但欧洲顶住了诱惑和干扰,开发了自己的“阿里安”火箭,使欧洲今天不但拥有了完全独立的卫星发射系统,而且在国际航天发射市场上占有了绝对的优势。欧盟委员会指出,现在的情况与当初何其相似,所不同是如果没有自己独立的卫星导航定位系统,欧洲防务在20到30年以后将完全失去自主,欧洲也将最终沦为美国的附庸。

      在“伽利略”系统问题上,欧洲内部从意见分歧到最后统一,这足以表明尽管欧洲国家各有各的考虑,但面对美国昭然若揭的霸权野心,其他矛盾都可以暂退其后。欧洲人已经达成共识:对欧洲的安全性起关键作用的导航系统如果不受欧洲控制,欧洲的主权和安全就有严重问题。因为世界上没有永远的敌人,也没有永远的盟友,盟友有时会变成敌人。

      “伽利略”计划很可能会成为欧洲人安全合作的起点,在军事应用上发挥类似GPS的功能。“伽利略”系统的安全保障功能绝不仅仅是一个推销军用接收机的问题,而是欧洲各国需要拥有一个既能用于欧洲防务体系,又能为欧洲各国军方使用的全球导航卫星系统。欧盟“伽利略”计划军事应用的具体设想是:在发生冲突和战争期间,迅速将L1和L2频率的两级服务转为军用业务,而第3级L3频率仍保留给民航等特殊用户。欧盟将采用不同类型的接收机控制导航信号及其应用。

    格洛纳斯卫星导航系统简介

            数量:24颗卫星组成;

      精度:10米左右;

      用途:军民两用;

      进展:目前已有17颗卫星在轨运行,计划2008年全部部署到位。

      2003年9月24日,是俄联邦政府总统正式宣布俄罗斯GLONASS系统开始服役的十周年纪念日。

      事实上,GLONASS在1993年只是具备了初始作战能力。直到1995年末1996年初GLONASS才真正实现了完整星座的部署。GLONASS的第一颗卫星是1982年发射入轨的,同年还发射了两颗同轨道(19100千米)的Etalon geodetic卫星,对规划的高度和倾角的地球引力场特性进行全面表征。原计划1991年建成完整的工作系统。

      GLONASS的工作卫星有21颗,分布在3个轨道平面上,同时有三颗备份星。这三个轨道平面两两相隔120度,同平面内的卫星之间相隔45度。每颗卫星都在19100千米高、64.8度倾角的轨道上运行。每颗卫星需要11小时15分钟完成一个轨道周期。

      地面控制部分全部都位于前苏联领土境内,地面控制中心和时间标准位于莫斯科,遥测和跟踪站位于圣彼得堡、Ternopol、Eniseisk和共青城。

      1960年晚些时候,俄罗斯军方确认需要一个卫星无线电导航系统(SRNS))用于规划中的新一代弹道导弹的精确导引。当时已有的Tsiklon卫星导航系统接收站需要好几分钟的观测才能确定一个位置,因此不能达到导航定位的目的。1968-1969年,国防部、科学院和海军的一些研究所联合起来要为海、陆、空、天武装力量建立一个单一的解决方案。1970年这个系统的需求文件编制完成。进一步研究之后,在1976年,前苏联颁布法令建立GLONASS(Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)。

      GLONASS卫星星座基本上一直处于降效运行状态,只有8颗卫星是全功能工作的。90年代曾经制定过一个GLONASS星座渐进增强计划,企图在2001年开始有12颗全功能工作的卫星,但根据最新情报,目前仍然只有8颗全功能工作的卫星。

      俄罗斯目前正在着手GLONASS系统现代化的工作。俄罗斯太空部队打算开始进行新一代GLONASS-M计划的飞行试验,发射将在2004年左右进行。新型GLONASS-M卫星除了将有更长的设计寿命(从现行的3年提高到7-8年)以外,还将具有更好的讯号特性。俄罗斯还计划要在将来转变到低质量(MASS)第三代GLONASS-K卫星,确保卫星工作寿命在10年以上。

    GPS卫星导航系统简介

    全球定位系统(GPS)是本世纪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。   全球定位系统由三部分构成:(1)地面控制部分,由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下,向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成;(2)空间部分,由24颗卫星组成,分布在6个道平面上;(3)用户装置部分,主要由GPS接收机和卫星天线组成。

      全球定位系统的主要特点:(1)全天候;(2)全球覆盖;(3)三维定速定时高精度;(4)快速省时高效率:(5)应用广泛多功能。  全球定位系统的主要用途:(1)陆地应用,主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等;(2)海洋应用,包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等;(3)航空航天应用,包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

      GPS卫星接收机种类很多,根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型;根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

      经过20余年的实践证明,GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。

      GPS原理

      24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上,以12小时的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

      由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。

      事实上,接收机往往可以锁住4颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成若干组,每组4颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,从而提高精度。

      由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,以及人为的SA保护政策,使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技术,建立基准站(差分台)进行GPS观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。实验表明,利用差分GPS,定位精度可提高到5米。

      GPS前景

      由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点,作为先进的测量手段和新的生产力,已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

      随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展,美国政府宣布2000年至2006期间,在保证美国国家安全不受威胁的前提下,取消SA政策,GPS民用信号精度在全球范围内得到改善,利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米,这将进一步推动GPS技术的应用,提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量,刺激GPS市场的增长。据有关专家预测,在美国,单单是汽车GPS导航系统,2000年后的市场将达到30亿美元,而在我国,汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见,GPS技术市场的应用前景非常可观。

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    千次阅读 2016-12-24 10:32:04
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空空如也

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