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类型卫星导航定位技术发展及应用.pdf

  • 上传人:精品资料
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  • 上传时间:2019-12-04
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    1、城市卫星定位综合服务系统技术应用研讨交流会论文集卫星导航定位技术发展及应用过静琚清华大学地球空间信息研究所一、卫星导航定位系统向多系统并行方向发展由于卫星导航系统在国防建设、国民经济建设上起着重要的作用,为打破美国一国垄断全球卫星导航定位的局面,许多国家都在努力建设自己的卫星导航系统。 目前除了美国GPS卫星定位系统外,还有俄罗斯的GLONASS系统,欧盟正在建设的GALILEO系统。中国建成了北斗一代,这些系统在建设及发展过程中,相互学习,又不断竞争,促进了卫星导航定位系统的发展。1、美国GPS现代化建设美国在GPS应用上采用以军事应用为主、军民两用政策,以军用带动民用,以民用促进军用。致使

    2、GPS不但在军事上发挥了重要作用,而且民用上全世界得到广泛推广应用,己占领主要市场。如:美国从海湾战争到2003年自由伊拉克战争,其精确制导武器使用量与总投弹比为90,其中GPS制导武器占整个精确制导武器也由海湾战争10急增至98;自由伊拉克战争中发射精确制导炸弹19000枚,巡航导弹955枚。都带有GPS卫星导航定位系统。GPS在美国历次战争中发挥了重要作用。在民用上全球卫星导航98都采用GPS。美国为了加强GPS在今后现代化战争中的保障作用,军事上居于领先水平;在民用上乃保持其在全球的主导地位,对于GPS推行现代化建设。为满足军事要求,将增加新的军用M码,M码有更好的抗破译功能。并有直捕功

    3、能,可快速初始化。另外增加L2上发射功率,以增强抗干扰能力。在民用上,2000年5月仃止SA的播发,在L2上增加CA码,可用于电离层改正,增加L5民用频率(117645MHZ) ,以提高民用导航定位精度和安全。GPS现代化将通过三个阶段完成:GPS现代化第一阶段:发射12颗改进型的GPS BLOCK II R型卫星,其新增加功能是在L2上加载CA码;在L1和L2上播发P(Y)码同时在这两个频率上还试验性的同时加载新的M军码; 增大BLOCKII R卫星的发射功率,增强可靠性。GPS现代化第二阶段:城市卫星定位综合服务系统技术应用研讨交流会论文集将发射6颗GPS BLOCKIIF星。除BLoCK

    4、IIR型卫星的功能外,进一步强化M码的功率和增加发射第三民用频率,即L5频道。第一颗卫星发射于2005年。 2008年在空中运行的GPS卫星中,至少有18颗IIF型卫星,以保证M码的全球覆盖。到2016年GPS卫星系统应全部以IIF卫星运行,共计24+3颗。GPS现代化计划的第三阶段:发射GPS BLOCKIII型星。2006年前完成设计工作。目前正在研究末来GPS卫星导航的需求,讨论制定GPSIII型卫星系统结构,系统安全性、可靠程度和各种可能的风险;计划在2008年发射GPSIII的第一颗实验卫星。用近20年的时间完成GPSIII计划,取代目前的GPS II。 GPSIII布设后,在天空运

    5、行的卫星多达30夥。2、GLONASS系统GLONASS卫星导航定位系统是在七十年代美苏两霸冷战竞争时代开始研制的,经过20多年努力,于1995年建成。GLONASS系统空中有24颗卫星,分布在3个轨道平面上,卫星钟寿命35年,采用频分多址技术,也是军民两用系统,受俄罗斯国防部控制。由于苏联解体,俄罗斯经济困难,致使GLONASS系统维护受到影响,一度空中只有5、6颗卫星,目前也只有12颗,不能满足全天候、全球定位要求。俄罗斯总统普金上台后,这几年经济有所恢复,2001年8月,俄罗斯联邦政府批准俄罗斯航空航天局局长柯普捷夫提交的2002-一2011年俄罗斯联邦专项计划,全面恢复GLONASS系

    6、统并使之现代化和进一步发展长远规划。该计划分二步:第一步:用4年时间实现现代化计划,现代化的内容有:在2002-2004年发射GlonassM卫星。新型卫星设计寿命为78年,将具有更好的讯号特性。改进一些地面一,测控站设施,民用频率将由1个增加到2个;提高的定位精度:位置精度提高到1015m,定时精度提高到2030ns,速度精度达到001ms。第二步:将要研制第三代GlonassK卫星,确保卫星工作寿命在12年以上,进一步提高系统的精度和可靠性,系统指标要达到:定位误差5m,差分修正后达0310m,速度确定误差lcrrgs,时间误差10ns。3、中国北斗双星定位系统中国北斗双星定位系统经过10

    7、年努力于2003年5月建成,北斗定位系统卫星由三颗赤道上空36,000km高度的地球同步轨道卫星组成,卫星寿命5年,它主要以主动式定位为主,也可以采用被动式定位,卫星发射下行信号为S波段,上行信号为L波段,北斗定位由于只能采用二夥星,所以只能二维定位。此外北斗系统还有授时、短报文服务、广域增强功能。也是军民两用系统。过静瑁:卫星导航定位技术发展及应用4GALILE0导航定位系统Galileo计划是由欧盟发起,欧盟和欧空局(ESA)共同负责的民用卫星导航服务计划,旨在建立一个民用全球卫星导航服务系统。该系统可提供高精度、高可靠性的定位服务,并且能够与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统实现兼

    8、容。1998年欧共体提出要建立GALILEO导航定位系统直到2002年3月26日欧盟理事会正式通过,计划2005年发射试验卫星,2010年建成,计划耗资345亿欧元,Galileo卫星共有30颗分布在3个轨道平面上,卫星寿命15年(采用铷钟和氢钟),该系统是纯民用系统,受欧盟和欧洲空间局控制。GALILEO导航建设背景:是由于GPS受美国国防部控制,对民用用户没有完好性承诺,为提高卫星定完好性、可用性和精度,保证民用用户使用的可靠性,欧盟要建立纯民用系统。另加,卫星定位有广阔民用市场,为促进欧洲经济发展,提高欧洲在航空工业的国际地位。欧盟决定要建GALILEO系统。其特点为全天候、全球无缝覆盖

    9、,独立于美国,受欧洲控制的民用卫星导航定位系统,定位精度高于其它导航星座,导航定位服务多样性,具有地面与卫星通信能力,提供救援和搜索服务,系统开放性,系统管理民间性。伽利略系统提供了六种服务模式:(I)公开免费服务(OAS)。如车辆导航和移动电话上的定位系统、时间服务等,在接收机上可选用单一频率和多个频率。(2)区域安全服务(Regional Safety Service(RSS)。在一个区域内提供完好信号,也是一种“有控制的接入服务。这种服务有商业前途,部分区域安全服务可以加密。(3)导航通信相关服务(Navigation Communication Related Service(NRS)

    10、。可将数百万移动用户的短信传给少数服务供应商,也可将目的地的数据信息从服务商传给地域很分散的移动用户。这些信号除定位导航信息外,还包括个人的,商业的,安全的和生命安全方面的信息。(4)区域增强服务(EGNOS)。这一服务本身是为了增强GPS及GLONASS所进行的区域增强服务。预计在2005年投入运营。伽利略系统将继承这一系统,有了它,伽利略的区域安全服务能力将大大提高。(5)本地区域增强服务(Local Area Augmentation Service)。这一服务将提供在米及厘米级水平上的实时动态服务。城市卫星定位综合服务系统技术应用研讨交流会论文集(6)政府接入服务,或叫公共特许的服务(

    11、Public regulated service)。预期这一服务将是加密的,具有自己特定的频率,但只用于民用,如警察等。二、卫星定位技术和应用的新发展1、单一的GPS接收机将向多星座兼容接收机发展鉴于多卫星导航系统的建立,今后用户接收机将从GPS单座转变成多星座,现在市场上己有GPSGLONASS兼容机,GPSGLONASS和WAAS、EGNOS和MSAS兼容机。现在己研制出来 GPSGLONASSGAL几EO 兼容芯片, 将研制GPSGLONASSGAL几EO北斗兼容的接收机。多星座兼容机的出现将大大提高卫星导航定位的可靠性、精度和实时性。GPSGLONASSGAI儿EO兼容Paradigm

    12、G3可同时跟踪三大星座信号;GPS:L1、L2、L5载波;L1、L2 CA码:L1、L2 P码;GLONASS:L1、L2载波;L1、L2 CA码;Ll、L2 P码;GALILEO:L1、E1、E2、E5、E6信号,该芯片具有72个道,“全视场所有卫星”及低功耗功能。2卫星导航在智能交通的应用是重要市场近年来我国卫星定位用于车辆、飞机、船舶等交通工具的跟踪、调度、监控和管理有着飞速的发展。主要用于特殊车辆监控调度:如银行押钞车、危险品运输车、迎宾车、海关监管车:消防110、急救120、公安、交警、武警车、清障车、环卫车、自来水、煤气、电力、电信、邮政车、施工车(水泥运输车、挖掘机、推土机等)、

    13、工程抡修车等。监控实时、可靠性强、保证运输安全可靠。另外在公共交通运输上发展很快。如:出租车监控调度可减少空载率、减少空气污染、减轻司机劳动强度、保障人、车安全。公交车监控调度可提高交通车运输效率,为出行者提供公交车进出站信息。长途货运车管理,长途客运车管理可保证客货运安全,提高运输效率。车辆调度己从特殊车辆监控向长途输车监控、物流调度及私家车的安防上发展。监控系统也逐渐向专业化发展。国内已出现全国联网专业化车辆监控中心和监控服务公司。3“车辆导航仪”开始进入汽车前装市场由于国家加强对导航电子地图生产的支持和引导,规范了导航电子地图市场准入标过静瑶:卫星导航定位技术发展及应用准。有一批专业生产

    14、导航电子地图的企业。车辆导航仪硬件日渐成熟。一些汽车厂开始将汽车导航仪作为车辆进入市场的亮点。促成“车辆导航仪”开始进入汽车前装场。4个人位置服务将成为卫星导航应用新领域手持导航仪与通信系统相结合,形成基于位置服务的LBS系统将是今后卫星导航应用的另一重要市场。这一市场产品的特点将呈现多样性:手机+卫星定位,PDA+卫星定位+通信模块,网络定位和卫星定位组合,通过中心站和通信网实现导航和位置查询。5汽车信息系统(Telematrics)将汽车内相关电子设备与传感器连成一体,和GNSS技术及无线通信、语音服务结合起来,形成汽车信息系统(Telematrics)。有服务中心的配合可大大减轻车载终端

    15、的压力(如电子地图容量与内容更新),可以提供专门的位置服务(车辆导航、跟踪和急救服务)。车辆信息系统代表了车辆应用系统的重要方向,成为汽车电子的重要发展领域。6虚拟机站和网络RTK技术发展迅速实时高精度定位技术从单机发射RTK信息己走向虚拟机站技术。只要在一个城市周边相距80到90公里建若干个卫星定位连续运行基准站,中心站利用这站数据进行处理,然后向移动用户发送差分信息,用户只需用一台接收机接收卫星及差分信息即可得到1到2厘米定位精度。用户不需要自己单建差分基准站。差分距离已从15KM增加到90KM,初始化时间从3分钟提到数十秒。髓着地面通信网技术的发展,高速宽带网的出现为RTK提供了快速可靠

    16、的数据通信链。目前又出现网络RTK技术。随着RTK技术逐渐成熟,网络RTK的出现,几分钟达到厘米级快速高精度定位己成为现实。在一个城市、一个地区、一个国家建立由若干基准站为基础组成的综合服务系统,成为城市规化、建设、管理的基础设施。实现一网多用,节省投资,信息共享。上海已建的综合服务网15个站,为上海市城市大气水气含量动态监测服务,为城市规化,勘测使用;北京市正在建的卫星定位综合服务系统共计21个站。站间距30km,将为北京市规划局、地震局、气象局、测绘院、水利局、农业局、林业局、交通局等十余个委办局服务。这种综合服务系统已在全国许多城市铺开。深圳市、香港、天津市、昆明市、重庆市、成都等城市都

    17、己建设这样的系统,高精度定位向综合服务系统方向发展己成为发展趋势。城市卫星定位综合服务系统技术应用研讨交流会论文集7RTK应用从工程走向机械和结构物的安全监测RTK技术在工程中应用很普遍如:用于图根控制、地形测绘、房地产测量、施工放样等。这些年开始用于大型结构物安全监测、机械自动化安装吊装,如大楼、大桥安全监测;施工机械自动监控、集装箱吊装等有广阔应用前景。卫星导航定位技术发展及应用作者: 过静珺作者单位: 清华大学地球空间信息研究所本文读者也读过(10条)1. 周儒欣.李如孟 我国卫星导航定位技术应用十年发展与建议会议论文-20052. 曹来发 卫星导航定位系统(一)期刊论文-科技情报开发与

    18、经济2005,15(11)3. 贺繇 卫星定位系统原理比较及性能浅析会议论文-20054. 段昭宇.赵耀升 卫星导航定位走向运营服务期刊论文-中国测绘2005(6)5. 朱志勤 卫星定位技术的新发展会议论文-19986. 卫星导航定位卫星应用的新领域会议论文-20067. 赵法彬 做卫星导航定位产业化领先者访北京北斗星通导航技术股份有限公司董事赵耀升期刊论文-数字通信世界2010(6)8. 贺繇.HE Gun 定位导航卫星系统原理及性能浅析期刊论文-四川文理学院学报2010,20(2)9. 王晓明.殷耀国.杨自明.WANG Xiao-ming.YIN Yao-guo.YANG Zi-ming 全球导航卫星系统的现代化进展期刊论文-全球定位系统2006,31(4)10. 郭旭阳.杨模 浅谈GPS卫星定位技术传播应用期刊论文-今传媒(学术版)2010,18(9)本文链接:http:/

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