武汉大学 测绘学院 GPS原理及其应用课程组
GPS原理及其应用
(二 )
GPS原理及其应用
第一章 绪 论
§ 1.3 美国政府的 GPS政策
§ 1.4 其它卫星导航定位系统
GPS原理及其应用
§ 1.3 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
美国政府的 GPS政策
? SPS与 PPS
– SPS – 标准定位服务
? 使用 C/A码，民用
? 2DRMS水平 =100 m
? 2DRMS垂直 =150-170 m
? 2DRMS时间 =340 ns
– PPS – 精密定位服务
? 可使用 P码，军用
? 2DRMS水平 =22 m
? 2DRMS垂直 =27.7 m
? 2DRMS时间 =200 ns
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
美国政府的 GPS政策
? SA技术（ 1990.3.25~2000.5.1）
– Selective Availability – 选择可用性
– 人为降低普通用户的测量精度。方法,
? ε技术：降低星历精度（加入随机变化）
? δ技术：卫星钟加高频抖动
（短周期，快变化）
? AS技术（ 1994.1.31~至今）
– Anti-Spoofing –反电子欺骗
– P码加密,P+W?Y
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
GPS现代化
? 1999年 1月 25日，美国副总统戈尔宣布，将
斥资 40亿美元，进行 GPS现代化。
? GPS现代化实质是要加强 GPS对美军现代化
战争中的支撑和保持全球民用导航领域中的
领导地位。
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
GPS现代化
? GPS现代化的内涵：
– 保护。即 GPS现代化是为了更好地保护美方和
友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密
性能，加强抗干扰能力；
– 阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加
SA,AS等；
– 保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户
有更精确更安全的使用。
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
GPS现代化
? GPS现代化第一阶段
– 发射 12颗改进型的 BLOCK Ⅱ R型卫星。
? GPS现代化第二阶段
– 发射 6颗 GPS BLOCK Ⅱ F （, Ⅱ FLite‖）。
? GPS现代化计划的第三阶段
– 发射 GPS BLOCK Ⅲ 型卫星，在 2003年前完成
代号为 GPS Ⅲ 的 GPS完全现代化计划设计工作。
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
§ 1.4 其他卫星导航定位系统的概况
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——GLONASS
? GLONASS － Global Navigation Satellite
System（全球导航卫星系统）
? 开发者
– 俄罗斯（前苏联）
? 系统构成
– 卫星星座
– 地面控制部分
– 用户设备
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
GPS原理及其应用
GLONASS constellation
GLONASS satellite
P24
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
其它卫星导航定位系统 ——GLONASS
GPS原理及其应用
? GLONASS与 GPS的比较
参 数 GLONASS NAVSTAR GPS
系统中的卫星数 21＋ 3 21＋ 3
轨道平面数 3 6
轨道倾角 64.8 ° 55°
轨道高度 19100km 20180km
轨道周期（恒星时） 11h15min 12h
卫星信号的区分 FDMA CDMA
L1频率 1602~1615MHz
频道间隔 0.5625MHz
1575MHz
L2频率 1246~1256MHz
频道间隔 0.4375MHz
1228MHz
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
GPS原理及其应用
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 2007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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——Galileo
? 伽俐略（ Galileo）卫星导航定位系统
– 2002年 3月 24日欧盟决定研制组建自己的民用卫
星导航定位系统 ——Galileo系统。
– Galileo卫星星座将由 27颗工作卫星和 3颗备用卫
星组成，这 30颗卫星将均匀分布在 3个轨道平面
上，卫星高度为 23616km，轨道倾角为 56° 。
– Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，
具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服
务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，
后两种服务则需经过批准后才能使用。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
GPS原理及其应用
the Galileo satellite constellation
a ltitud e ~2 3 6 1 6 k m
S M A 2 9 9 9 3,7 0 7 k m
inc li na t ion 5 6 de gr e e s
? pe ri od 1 4 hours 4 m in
? ground tra c k r e pe a t a bout 1 0 d a y s
G A L IL EOA L IL EO D A T AD A T A
2 7 + 3 s a t e ll ite s i n thre e
M e dium E a rth O rbits (M E O )
W alke r 2 7/3/1
Con ste ll atio n
P26
其它卫星导航定位系统 ——Galileo
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——Galileo
? 2005年 12月 28日第一颗 Galileo试验卫星（ Galileo
In-Orbit Validation Elements--GlOVE-A）成功进入
高度为 2.3万 Km的预定轨道。 2006年 1月 12日，
GlOVE-A已开始向地面发送信号。
? 这标志着总投资为 34亿欧元（约合 41亿美元）的计
划已进入实施阶段。到 2010年欧洲将发射 30颗服役
期约为 20年的正式卫星，完成伽利略卫星星座的部
署工作。
? 伽利略系统建成后，美欧两大相互兼容的导航定位
系统将大大有助于提供导航定位的精度和可靠性。
P28
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
GPS原理及其应用
GIOVE A GIOVE B the GIOVE Satellite
P29
其它卫星导航定位系统 ——Galileo
? GIOVE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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——北斗卫星导航系统
? 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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
北斗 1代卫星导航系统组成图
P32
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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
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
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——北斗卫星导航系统
? 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,GLONASS,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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——北斗卫星导航系统
? BD–2
– 为了使我国的卫星导航定位系统的性能有实质
性的提高，中央已决定研制组建第二代北斗卫
星导航定位系统（ BD–2）。从导航体制、测距
方法、卫星星座、信号结构及接收机等方面进
行全面改进。卫星星座计划由 GEO卫星,IGSO
卫星和 MEO卫星组成。此项工作将成为, 十一
五, 期间的一项重要工作。
P33
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
(二 )
GPS原理及其应用
第一章 绪 论
§ 1.3 美国政府的 GPS政策
§ 1.4 其它卫星导航定位系统
GPS原理及其应用
§ 1.3 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
美国政府的 GPS政策
? SPS与 PPS
– SPS – 标准定位服务
? 使用 C/A码，民用
? 2DRMS水平 =100 m
? 2DRMS垂直 =150-170 m
? 2DRMS时间 =340 ns
– PPS – 精密定位服务
? 可使用 P码，军用
? 2DRMS水平 =22 m
? 2DRMS垂直 =27.7 m
? 2DRMS时间 =200 ns
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
美国政府的 GPS政策
? SA技术（ 1990.3.25~2000.5.1）
– Selective Availability – 选择可用性
– 人为降低普通用户的测量精度。方法,
? ε技术：降低星历精度（加入随机变化）
? δ技术：卫星钟加高频抖动
（短周期，快变化）
? AS技术（ 1994.1.31~至今）
– Anti-Spoofing –反电子欺骗
– P码加密,P+W?Y
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
GPS现代化
? 1999年 1月 25日，美国副总统戈尔宣布，将
斥资 40亿美元，进行 GPS现代化。
? GPS现代化实质是要加强 GPS对美军现代化
战争中的支撑和保持全球民用导航领域中的
领导地位。
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
GPS现代化
? GPS现代化的内涵：
– 保护。即 GPS现代化是为了更好地保护美方和
友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密
性能，加强抗干扰能力；
– 阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加
SA,AS等；
– 保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户
有更精确更安全的使用。
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
GPS现代化
? GPS现代化第一阶段
– 发射 12颗改进型的 BLOCK Ⅱ R型卫星。
? GPS现代化第二阶段
– 发射 6颗 GPS BLOCK Ⅱ F （, Ⅱ FLite‖）。
? GPS现代化计划的第三阶段
– 发射 GPS BLOCK Ⅲ 型卫星，在 2003年前完成
代号为 GPS Ⅲ 的 GPS完全现代化计划设计工作。
绪论 > 美国政府的 GPS政策
GPS原理及其应用
§ 1.4 其他卫星导航定位系统的概况
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——GLONASS
? GLONASS － Global Navigation Satellite
System（全球导航卫星系统）
? 开发者
– 俄罗斯（前苏联）
? 系统构成
– 卫星星座
– 地面控制部分
– 用户设备
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
GPS原理及其应用
GLONASS constellation
GLONASS satellite
P24
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
其它卫星导航定位系统 ——GLONASS
GPS原理及其应用
? GLONASS与 GPS的比较
参 数 GLONASS NAVSTAR GPS
系统中的卫星数 21＋ 3 21＋ 3
轨道平面数 3 6
轨道倾角 64.8 ° 55°
轨道高度 19100km 20180km
轨道周期（恒星时） 11h15min 12h
卫星信号的区分 FDMA CDMA
L1频率 1602~1615MHz
频道间隔 0.5625MHz
1575MHz
L2频率 1246~1256MHz
频道间隔 0.4375MHz
1228MHz
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
GPS原理及其应用
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 2007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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > GLONASS
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——Galileo
? 伽俐略（ Galileo）卫星导航定位系统
– 2002年 3月 24日欧盟决定研制组建自己的民用卫
星导航定位系统 ——Galileo系统。
– Galileo卫星星座将由 27颗工作卫星和 3颗备用卫
星组成，这 30颗卫星将均匀分布在 3个轨道平面
上，卫星高度为 23616km，轨道倾角为 56° 。
– Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，
具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服
务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，
后两种服务则需经过批准后才能使用。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
GPS原理及其应用
the Galileo satellite constellation
a ltitud e ~2 3 6 1 6 k m
S M A 2 9 9 9 3,7 0 7 k m
inc li na t ion 5 6 de gr e e s
? pe ri od 1 4 hours 4 m in
? ground tra c k r e pe a t a bout 1 0 d a y s
G A L IL EOA L IL EO D A T AD A T A
2 7 + 3 s a t e ll ite s i n thre e
M e dium E a rth O rbits (M E O )
W alke r 2 7/3/1
Con ste ll atio n
P26
其它卫星导航定位系统 ——Galileo
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——Galileo
? 2005年 12月 28日第一颗 Galileo试验卫星（ Galileo
In-Orbit Validation Elements--GlOVE-A）成功进入
高度为 2.3万 Km的预定轨道。 2006年 1月 12日，
GlOVE-A已开始向地面发送信号。
? 这标志着总投资为 34亿欧元（约合 41亿美元）的计
划已进入实施阶段。到 2010年欧洲将发射 30颗服役
期约为 20年的正式卫星，完成伽利略卫星星座的部
署工作。
? 伽利略系统建成后，美欧两大相互兼容的导航定位
系统将大大有助于提供导航定位的精度和可靠性。
P28
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
GPS原理及其应用
GIOVE A GIOVE B the GIOVE Satellite
P29
其它卫星导航定位系统 ——Galileo
? GIOVE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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > Galileo
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——北斗卫星导航系统
? 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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
北斗 1代卫星导航系统组成图
P32
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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
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
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——北斗卫星导航系统
? 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,GLONASS,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。
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
GPS原理及其应用
其它卫星导航定位系统 ——北斗卫星导航系统
? BD–2
– 为了使我国的卫星导航定位系统的性能有实质
性的提高，中央已决定研制组建第二代北斗卫
星导航定位系统（ BD–2）。从导航体制、测距
方法、卫星星座、信号结构及接收机等方面进
行全面改进。卫星星座计划由 GEO卫星,IGSO
卫星和 MEO卫星组成。此项工作将成为, 十一
五, 期间的一项重要工作。
P33
绪论 > 其它卫星导航定位系统 > 北斗卫星导航系统
