卫星导航系统（卫星通信设备）
2023-06-17 09:41:57未知 作者:无限魅力物联网
卫星导航系统，即“全球卫星导航系统”。主要采用最新GPS技术在导航通讯领域的最新应用系统。卫星导航全球性大众化民用，刚刚开始，有百种应用类型。
全面阐述了GPS、GLONASS的系统组成和信号，重点针对卫得定位方法、差分定位技术以及与惯性导航系统的组合进行了深入的探讨。
今天,卫星导航系统已经在大量应用中广泛使用,而且总的发展趋势是为实时应用提供高精度服务.迄今为止,比较完善的卫星导航系统已经有美国GPS和俄罗斯GLONASS系统,它们的定位和定时精度都能满足严格的军用定位和定时要求.本文将对现有的GPS和GLONASS系统进行描述和比较。一种空间无线电定位系统，包括一个或多个卫星星座，为支持预定的活动视需要而加以扩大，可为地球表面、近地表和地球外空任意地点用户提供24小时三维位置、速率和时间信息。
中文名卫星导航系统
Satellite navigation system
蜂窝通信的集成和交通运输应用
全球卫星导航系统技术/GPS技术
至少需要4颗卫星
2020年
系统结构
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。车载GPS导航系统的研制，极大的加快了汽车向电子化、智能化方向前进的步伐，不仅提高了汽车的经济性和安全性，还改善了驾驶的稳定性和舒适性，使汽车功能更加齐全、服务更加人性化，顺应了时代发展的潮流。[2]
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。
空间控制部分
GPS系统的空间部分由空间GPS卫星星座组成。GPS卫星星座原计划是将24颗卫星均匀分布在6个不同的轨道平面上，而发展到今天，在轨道上运行的卫星数量已经达到27颗。每个轨道平面与赤道平面的倾角大约55度。在地球上任何地点任何时刻都能观测到5－8颗卫星。每颗卫星都利用两个L载频传送信号，即L1（1575.42MHz）和L2（1227.26MHz）。每颗卫星都在完全相同的频率上传送信号，但每颗卫星的信号在到达用户之前都经过了多普勒颇移。L1承载精密（P）码和粗/捕获（C/A）码，L2仅承载P码。导航的数据报文叠加在这些码上，两个载频上承载着相同的导航数据报文。P码通常是加密的，只有C/A码可供民用。
用户装置部分
主要由GPS接收机和卫星天线组成，GPS接收机，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。
技术
产生背景
全球定位系统(GPS）是20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。
研发目的
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。
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，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。
定位服务
联邦无线电导航计划中规定的GPS定位服务包括精密定位服务（PPS）和标准定位服务（SPS）。
⑴PPS授权的精密定位系统用户需要密码设备和特殊的接收机，包括美国军队、某些政府机构以及批准的民用用户。
⑵SPS对于普通民用用户，美国政府对于定位精度实施控制，仅提供SPS服务。SPS服务可供全世界用户免费、无限制地使用。
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。
用途
大方面来说：
（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。
从市场分布来说
卫星导航的应用是建立导航卫星系统的根本出发点，也是其最终的归宿。通常卫星导航的应用市场可以分为三大方面，它们是专业市场、批量市场和安防市场。专业市场主要是指精密测量、油气和地质勘探、土木工程、民用建筑、精细农业、物流管理、授时、气象、地震，以及各种各样的科学研究。批量市场主要是指车辆导航、船只导航、飞机导航、个人导航，移动目标监控等。安全市场主要是指货运、客运、紧急救援、抢险救灾、安全防范、防盗报警、应急联动等。从应用的角度可分成以下10类加以简述，这就是:航空、航海、通信、人员跟踪、消费娱乐、测绘、授时、车辆监控管理，和汽车导航与信息服务，以及其它类。[3]全球卫星导航系统，从应用的角度可分成以下10类加以简述，这就是：航空、航海、通信、人员跟踪、消费娱乐、测绘、授时、车辆监控管理，和汽车导航与信息服务。
其它具体分类
1。航空欧洲的Galileo便是新建的全球导航星座，它与GPS配合起来，可以大大提高导航卫星的可用性，使单一的GPS市区可用性从55%提高到GPS/Galileo共用时的95%。GPS技术建立广域增强系统(WAAS）逐步代替原先的微波着陆/仪表着陆系统，美国的WAAS系统计划在2003年下半年运营，地面改正数据可以通过静地卫星转发给飞机。
2。航海卫星导航接收机广泛地用于海上行驶的各类船只，DGPS则广泛地用于沿岸与进港，以及内河行驶的船只，精度可达到2-3m。在卫星导航接收机与无线通信手段集成后，该系统便成为一个位置报告系统和紧急救援系统。许多渔船将GPS与雷达和鱼探器结合在一起，产生明显的经济效益。
3。通信与导航的融合卫星导航接收机与无线电通信机的结合是自然发生的，这种融合产生的意义是非常深远的。实际上，这是移动计算机（PDA）、蜂窝电话和GPS接收机的系统集成和完美整合。
4。人员跟踪个人跟踪的应用需求与E911这类导航手机或称定位手机思路相似，但其产品类型和主要功能定位则与它们大相径庭。首先要求其体积和功耗要小，便于隐藏或佩带，如手表之类。其应用功能可以由中心加以激活或启动，以利于获取佩带者所在位置。
5。消费娱乐徒步旅行者、猎人、越野滑雪者，野外工作人员和户外活动者213年常应用袋式GPS定位器，配上电子地图，可以在草原、大漠、乡间、山野或无人区内找到自己的目的地。
6。测绘GPS测绘还可用于绘图、地藉测量、地球板块测量、火山活动监测、GIS领域、大桥监测、水坝监测、滑坡监测、大型建筑物监测等。这种测量技术的实时动态化（RTK）可以用于海洋河道公路测量，以及矿山、大型工程建设工地等作为自动化管理和机械控制。
7。授时GPS设备还用于作为时间同步装置，特别是作为交易处理定时（如在ATM机中）和通信网络中应用。
8。车辆监控管理
9。汽车导航与信息服务
10。其它
常见设备
GLONASS系统
1．GLONASS系统概述1982年，俄罗斯卫星导航系统GLONASS的第一颗卫星升空，从此开始应用于测量与导航领域。
2．GLONASS定位技术GLONASS的定位技术与GPS相同，即以精确的定时和卫星量程计算为基准来进行。
3．GPS与GLONASS系统比较GPS和GLONASS系统有很多相似之处，但很明显GLONASS努力采用较少的卫星数量。
Galileo系统
1。Galileo系统的提出1999年6月召开的欧洲交通运输部长会议通过了拨款3700万欧元完成被称为Galileo的新一代卫星导航系统。2008年投入运营。
2。Galileo系统的选择与挑战如何开发Galileo系统最终将在2000年下半年的欧洲交通运输部长会议上作出决定。
3。Galileo系统的性能Galileo系统提供3种等级的性能：·全球·地区·局域。
4。Gaiaieo系统的业务类型系统还定义了3种类型的业务：·开放接入业务（OAS）。一类控制接入业务（CAS1）·二类控制接入业务（CAS2）。
5．Galileo系统的体系结构Galileo系统的星座可由9颗静止卫星与21颗中轨道（MEO）卫星或者完全由30颗MEO卫星组成。
6。Galileo系统与GPS和GLONASS的兼容性射频兼容性对于实现三个系统的互操作至关重要：系统不能相互干扰或降低接收机的性能。
四大定位系统
美国全球定位系统
GPS由24颗卫星组成，分布在6条交点互隔60度的轨道面上，精度约为10米，军民两用，正在试验第二代卫星系统。
俄罗斯格洛纳
GLONASS系统。由24颗卫星组成，精度在10米
左右，军民两用，设计2009年底服务范围拓展到全球。
欧洲伽利略
GALILEO系统。由30颗卫星组成，定位误差不超过1米，主要为民用。2005年首颗试验卫星已成功发射。已经于2008年开通定位服务。
中国北斗系统
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，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射十六颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
