GPS与北斗卫星导航系统讲课教案.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GPS与北斗卫星导航系统-GPS与北斗卫星导航系统GPS简介GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称。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。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。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。GPS构成1.空间部分GPS的空间部分是由24颗工作卫星

2、组成，它位于距地表20200km的上空,均匀分布6个轨道面上（每个轨道面4颗）轨道倾角为55。此外，还有3颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存的导航信息。2.地面控制系统地面控制系统由监测站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天线(GroundAntenna)所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。3.用户设备部分用户设备部分GPS信号接收机。其主要功能是能够捕

3、获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。GPS定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式。GPS功用由于GPS技术所具

4、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。GPS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。车载GPS当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候，称为车载GPS，但光有定位

5、还不行，还要把这个定位信息传到报警中心或者车载GPS持有人那里，我们称为第三方。所以GPS定位系统中还包含了GSM网络通讯（手机通讯），通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方。通过微机解读短信电文，在电子地图上显示车辆位置。这样就实现了车载GPS定位。与此同时，在车上安装相应的探测传感器，利用车载GPS定位的GSM网络通讯功能，同样能把防盗报警信息发送到第三方，或者把这个报警电话、短信直接发送到车主手机上，完成车载GPS防盗报警。这里可以看出，车载GPS定位的GSM网络部分实际上是一个智能手机，可以和第三方互相通讯，还可以把车辆被抢，司机被劫、被绑架等信息发送到第三方。所以说车载

6、GPS定位是定位、防盗、防劫的。中国GPS导航市场的发展中国GPS导航的市场潜力巨大。截至到2005年底，中国拥有车载导航设备的车辆不足10万辆，相对于3000万辆的汽车总数来说，普及率不到1%。而日本的汽车车载导航安装率高达59%，欧美约占25%。2006年便携导航市场应该有近5亿元的规模，而随着市场的高速发展及新品牌的层出不穷，预计2009年中国汽车GPS导航系统终端的销售额将接近100亿元。2008年，被人们称为中国的“3G元年”。众所周知，目前在国内通信领域，最火的就是正在试运行的TD-SCDMA3G标准。作为新一代的通信技术，3G带给人们非常多的期许。3G牌照的全面发放，也成了人们共

7、同关注的焦点。其实在国内的GPS导航领域也在经历着一场蜕变，第三代PND类导航产品的应运而生，已经把人们带进了全新的导航时代。卫星导航应用产业在国民经济中发挥着越来越重要的作用，将成为“十一五”发展的亮点。在“十一五”期间，卫星导航在其它领域如航空、海路、铁路、建筑、电信、电力等方面的应用都会有很大的发展空间。卫星导航技术的发展趋势主要表现在三方面：一是卫星导航的多系统并存，使系统可用性得以提高，应用领域将更广阔；二是多元组合导航技术正在得到推广应用，主要有GPS与移动通信基站定位、陀螺、航位推算技术等的组合应用；三是卫星导航与无线通信等其它高技术相结合，如GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式P

8、C、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中，从根本上促进了IT技术的整体发展。GPS与国家安全在最近的国际新闻报道中，人们会发现，各国越来越多地利用高精尖技术获取他国的机密信息。以亚洲为例，天上有美、日等国的间谍卫星，海上有探测船，岛上有各国数以百计的监测站，基地里有超大型雷达。在这种背景下中国近年来连续发现有外国人在中国境内进行非法测绘。他们这么做的目的各不相同，但有一点是可以肯定的，那就是危害中国的国家安全。去年四月份日本综合地球环境学研究所派遣了四个日本人私自到新疆西北部的艾比湖一带进行非法测绘。他们携带GPS（全球卫星定位系统），在艾比湖一带采集地理数据，这引起了当地警方的注意。国

9、家测绘部门介入调查后发现，他们已经采集到了25个点的地理数据，违反了中国有关外国人在中国境内进行测绘的法律规定。这四个日本人已被限期离境，并处以罚款。事后该所所长田高敏龙专门到新疆表示道歉和反省。更为严重的一次发生在2006年，在日本国土情报技术研究所所长大林成行带领下、私自在距新疆和田机场不到100米的一户居民的房顶上架设了一台GPS定位设备作为固定站，另一台GPS接收机作为流动站，精确地获取了该区域地理位置的具体数据。现在很多人有一个误区，觉得科技那么发达，像谷歌卫星地图都可以免费提供清晰度相当高的实地影象服务，山川地貌、平房高楼、公路铁路都可以看得很清楚，卫星定位也在逐步大量用于商业服务

10、，地理数据还有什么秘密可言！？但实际上谷歌提供的只是影象图，只不过是俯视角度的影象而已，真正要用在军事上、科研上的必须要有平面坐标、海拔高度等具体数据才能正确确定目标和位置，在军事上才真正有命中目标的实用价值。我国挖掘机行业中，安装和使用挖掘机专用的GPS智能服务系统的企业越来越多，越来越普遍。一方面是为了适应金融管理的需要，另一方面可为售后服务部门和挖掘机所有者实时远程提供设备的详细信息，使其能够及时了解挖掘机的工作状况和故障情况。但挖掘机专用的GPS智能服务系统具有三维精确定位、远程传输各种数据信息、以及远程锁车等功能。如果在我国国土上正在施工的挖掘机上大量安装由外方控制的GPS智能服务系

11、统，将对我国家安全造成重大隐患，这些安装在挖掘机上的GPS智能服务系统极有可能成为泄露我重要战略情报内容的装置。由于GPS智能服务系统具有远程锁车功能，控制者随时可能使大量工程陷入瘫痪。以某日资企业为例，该公司每年生产和销售挖掘机数千台至上万，累计分散在中国960万平方公里土地上正在施工的挖掘机有数万台之多，大部分的挖掘机上都安装了GPS智能服务系统。由于支持该系统的服务器安置在国外，所有采集到的数据全部传送到日本，经过处理或过滤后的一小部分数据再传回中国，这是违反中国法律的严重事件，应引起其他企业重视。全球四大GPS系统除美国GPS外，全球还有三大GPS系统。欧盟“伽利略”：1999年，欧洲

12、提出计划，准备发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。2009年该计划正式启动。俄罗斯“格洛纳斯”：尚未部署完毕。始于上世纪70年代，需要至少18颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境；如要提供全球定位服务，则需要24颗卫星。中国北斗卫星导航系统(BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem)：是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统(BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSyste)是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳

13、定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。2003年我国北斗一号建成并开通运行，不同于GPS，“北斗”的指挥机和终端之间可以双向交流。去年5月12日四川大地震发生后，北京武警指挥中心和四川武警部队运用“北斗”进行了上百次交流。北斗二号系列卫星今年起将进入组网高峰期，预计在2015

14、年形成由三十几颗卫星组成的覆盖全球的系统。目前，北京时间1月17日零时12分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，将第三颗“北斗”导航卫星成功送入预定轨道。2010年6月2日晚23时53分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，将第四颗北斗导航卫星成功送入太空预定轨道。2010年8月1日5时30分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第五颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。2010年11月1日零时26分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，将第六颗北斗导航卫星成功送入太空，这是中国今年连续发射的第4颗北斗导航系统组网卫星。系统优劣势优势1、和

15、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS相比，增加了通讯功能。2、全天候快速定位，与GPS精度相当。应用优势：同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持；覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪？”和“你在哪？”；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。劣势1、北斗系统属于有源定位系统，系统容量有限，定位终端比较复杂。2、北斗系统属于区域定位系统，目前只能为中国以及周边地区提供定位服务。未来发展中国将本着开放、独立、兼容、渐进的原则，发展自主的全球卫星导航系统，其“三步走”发展路线图为：第一步，从2000年到2003年，我国建成由3颗卫星组成的北斗卫星导航试验系统，成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步，建设北斗卫星导航系统，于2012年前形成我国及周边地区的覆盖能力。第三步，于2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。-