卫星定位系统原理及各国发展的历史.docx

《卫星定位系统原理及各国发展的历史.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《卫星定位系统原理及各国发展的历史.docx（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、简述: 卫星定定位系统统原理及及各国发发展的历历史baiddu1、子午午卫星导导航系统统（NNNSS） 该系统又又称多普普勒卫星星定位系系统，它它是588年底由由美国海海军武器器实验室室开始研研制,于于64年年建成的的“海军军导航卫卫星系统统”（NNavyy Naaviggatiion Sattelllitee Syysteem）。这是人人类历史史上诞生生的第一一代卫星星导航系系统。19577年100月前苏苏联成功功发射了了第一颗颗人造卫卫星后，美国霍霍普金斯斯大学应应用物理理实验室室的吉尔尔博士和和魏分巴巴哈博士士对卫星星遥测信信号的多多普勒频频移产生生了浓厚厚的兴趣趣。经研研究他们们认为：

2、利用卫卫星遥测测信号的的多普勒勒效应可可对卫星星精确定定轨；而而该实验验室的克克什纳博博士和麦麦克卢尔尔博士则则认为已已知卫星星轨道，利用卫卫星信号号的多普普勒效应应可确定定观测点点的位置置。霍普普金斯大大学应用用物理实实验室研研究人员员的工作作，为多多普勒卫卫星定位位系统的的诞生奠奠定了坚坚实的基基础。而而当时美美国海军军正在寻寻求一种种可以对对北极星星潜艇中中的惯性性导航系系统进行行间断精精确修正正方法，于是美美国军方方便积极极资助霍霍普金斯斯大学应应用物理理实验室室开展进进一步的的深入研研究。119588年122月在克克什纳博博士的领领导下开开展了三三项研究究工作：研制卫卫星；建立地地球

3、重力力场模型型以便卫卫星的精精确定轨轨和准确确预报卫卫星的空空间位置置；研制多多普勒接接收机。经过众众人的努努力子午午卫星导导航系统统于19964年年1月正正式建成成并投入入军方使使用，直直至19967年年7月该该系统才才由军方方解密供供民间使使用。此此后用户户数量迅迅速增长长，最多多达9.5万户户，而军军方用户户最多时时只有6650个个，不足足总数的的1%，可见因因生产的的需要民民间用户户远远大大于军方方。 1.1 子午卫卫星导航航系统的的组成 （1）卫卫星星座座：子午午卫星星星座，由由六颗独独立轨道道的极轨轨卫星组组成。 在设计上上要求卫卫星的轨轨道的偏偏心率为为零，轨轨道倾角角i =90

4、；卫星星运行周周期为TT=1007m；卫星高高度约为为H=110755km；按理论论上的设设计，六六颗卫星星应当均均匀分布布在相互互间隔为为30度度轨道平平面上。但由于于早期卫卫星入轨轨精度不不高，各各卫星周周期、倾倾角、偏偏心率都都存在不不同程度度的误差差，故各各卫星轨轨道进动动的大小小和方向向也都不不尽相同同，这样样经过一一段时间间后各卫卫星轨道道间的间间距就变变得疏密密不一。因而地地面可观观测卫星星的时间间分布就就变得更更加没有有规律，中纬度度地区的的用户平平均1.5小时时左右可可以观测测到一颗颗卫星，有时在在高纬上上空可出出现多颗颗卫星造造成信号号的互相相干扰（此时必必须将信信噪比差差

5、的卫星星关闭避避免干扰扰）；但但在低纬纬度地区区最不利利时要等等待100小时才才能观测测到卫星星。 （2）地地面系统统：地面面设有44个卫星星跟踪站站； 11个计算算中心；1个控控制中心心；2个个注入站站；1个个天文台台（海军军天文台台）。 地面控制制系统中中设立了了四个卫卫星跟踪踪站，它它们分别别位于加加利福尼尼亚州的的穆古角角、明尼尼苏达州州、夏威威夷、缅缅因州。因为地地面跟踪踪站的精精确坐标标是已知知的，当当子午卫卫星通过过跟踪站站上空时时可以观观测记录录各卫星星信号的的多普勒勒频移，并将测测到的数数据传送送给计算算中心。计算中中心设在在加州的的穆古角角，计算算中心根根据各跟跟踪站最最近

6、366小时的的观测资资料计算算各卫星星的轨道道，并外外推预报报16小小时的卫卫星位置置，然后后按一定定的编码码格式写写成导航航电文传传送到注注入站。地面的的2个注注入站分分别位于于穆古角角和明尼尼苏达州州，注入入站接收收并存储储由计算算中心送送来的导导航电文文，每112小时时左右向向卫星注注入1次次导航电电文。在在地面系系统中美美国海军军天文台台主要负负责卫星星以及地地面计时时系统的的时间对对比，求求出卫星星钟差改改正数和和钟频改改正数。地面控控制中心心设在穆穆古角，主要负负责协调调和管理理整个地地面控制制系统的的工作。 1.2 子午卫卫星导航航系统的的技术特特点 （1）定定轨精度度：在卫卫星

7、跟踪踪技术条条件一定定，使用用相同的的地球重重力场模模型且摄摄动修正正精度一一定的情情况下，卫星定定轨精度度主要取取决于地地面跟踪踪站的数数量及其其分布，一般来来说跟踪踪站越多多、分布布越广计计算出的的卫星轨轨道就越越精确。 广播星历历：是由由美国本本土的44个卫星星跟踪站站的观测测数据解解算的。因测站站数量及及分布范范围都小小，故卫卫星定轨轨精度不不高。广广播星历历所预报报的卫星星位置的的切向误误差117m；径向误误差226m；法向误误差88m。 精密星历历：是由由美国国国防制图图局根据据全球220个卫卫星跟踪踪站的观观测资料料解算的的，因测测站数量量多且分分布范围围广故卫卫星定轨轨精度较较

8、高。精精密星历历所预报报的卫星星位置精精度为 2mm。 （2）卫卫星性能能：限于于早期火火箭的运运载能力力，子午午卫星的的重量、体积都都很小。星体直直径约为为50公公分，卫卫星重量量为455733公斤。如此轻轻巧的卫卫星如何何保持姿姿态稳定定，使卫卫星天线线始终指指向地面面在当时时是一个个技术难难点（使使用卫星星姿态发发动机无无法解决决燃料的的长期供供应，这这显然是是不现实实的）。美国科科学家巧巧妙地利利用重力力梯度稳稳定，使使卫星的的天线始始终指向向地面。他们在在卫星天天线的指指向端接接了一条条30米米长的稳稳定杆，杆端配配有一个个1.44公斤的的重锤，在重力力的作用用下重锤锤始终把把长杆和

9、和天线拉拉向下方方，实现现卫星的的姿态稳稳定。卫卫星还装装有4块块太阳能能电池板板，给卫卫星提供供所需的的电能。 （3）卫卫星信号号：卫星星配有一一台频率率相当稳稳定的钟钟，由此此产生一一个频率率为4.99996MHHz基准准钟频信信号，该该信号再再经过倍倍频器分分别倍频频30和和80倍倍后，形形成两个个频率为为1499.9888MHHz和3399.9688MHzz的标准准信号供供卫星使使用。 （4）定定位精度度：多普普勒定位位仪利用用广播星星历的单单机定位位精度一一般为110m左左右,若若观测1100次次卫星通通过后的的测量数数据平差差解算后后，可获获得精度度为35m地地心坐标标；如果果利用

10、精精密星历历观测440次卫卫星通过过的测量量数据平平差解算算后，可可获得精精度为00.51m地地心坐标标；为了了消除公公共误差差提高定定位精度度，可利利用2台台以上的的多普勒勒定位仪仪进行联联测，一一般联测测的定位位精度为为0.55m 。 1.3 子午卫卫星导航航系统的的定位原原理 子午卫星星的定位位原理是是通过测测定同一一颗卫星星不同间间隔时段段其信号号的多普普勒效应应，从而而确定卫卫星在各各时段相相对观察察者的视视向速度度和视向向位移，再利用用卫星导导航电文文所给定定的t11、t22、t33、t44时刻刻的卫星星空间坐坐标，结结合对应应的视向向位移则则可解算算出测站站空间坐坐标P（X，YY

11、，Z）。多普普勒定位位的几何何原理是是：卫星星在t11、t22、t33、t44点上上的坐标标是已知知的，而而任意两两个相邻邻已知点点到待定定点P的的距离差差（即视视向位移移）已通通过多普普勒效应应测定。在数学学上我们们知道，一个动动点P到到两个定定点的距距离差为为一定值值时，该该动点PP则构成成一个旋旋转双曲曲面，这这两个定定点就是是该双曲曲面的焦焦点。于于是以卫卫星所在在的t11、t22、t33、t44任意意两个相相邻已知知定点作作焦点，未知点点P作动动点均构构成对应应的特定定旋转双双曲面。其中两两个双曲曲面相交交为一曲曲线（PP点必在在该曲线线上），曲线与与第三个个双曲面面相交于于两点（其

12、中一一点必为为P点），第四四个双曲曲面必与与其中一一点相交交该该点就是是待定的的P（XX、Y、Z）点点。因此此要解算算P点的的三维坐坐标，必必须对同同一颗卫卫星要有有四个积积分间隔隔时段的的观测，得出卫卫星在四四段时间间间隔的的视向位位移。从从而获得得四个旋旋转双曲曲面，它它们的公公共交点点就是待待定点PP（X、Y、ZZ）。 1.4 子午卫卫星导航航系统的的不足之之处 （1）一一次定位位所需时时间过长长，无法法满足高高速用户户的需要要。这一一缺点是是由多普普勒定位位方法的的本身决决定的。因为采采用距离离差交会会的各个个旋转双双曲面的的焦点是是由同一一颗卫星星在飞行行的过程程中逐步步形成的的。为

13、了了保证观观测精度度，这些些焦点的的距离不不能太小小。在一一次测量量定位的的过程中中，要求求卫星对对于测点点的起、止观测测角度必须在在90左右（参见图图2）。因此一一次定位位一般需需要连续续观测一一颗卫星星通过的的时间约约为155188分钟。这样势势必带来来一系列列的问题题：该系统统只能作作为船舶舶等低动动态用户户进行辅辅助导航航（例如如惯性导导航间断断修正），无法法用于飞飞机、导导弹、卫卫星等高高动态用用户的实实时定位位。在一次次定位的的过程中中（155188分钟）导航载载体还在在运动，其间导导航载体体的空间间位置可可能变化化10公公里左右右。于是是解算时时必须根根据导航航载体的的运动速速度

14、将观观测值归归算至同同一时刻刻，显然然这会影影响导航航定位精精度。为了减减少一次次定位所所需时间间，只能能采用低低轨道的的短周期期多普勒勒卫星。而低轨轨卫星由由于受到到地球不不规则重重力场的的引力摄摄动和大大气阻力力摄动的的影响很很大，低低轨卫星星精确定定轨的测测算难度度很大且且精度不不高。 （2）卫卫星出现现时间间间隔过长长，无法法满足连连续导航航的需要要。由于于子午卫卫星系统统没有采采用频分分、码分分、时分分等多路路接收技技术，要要求在同同一时刻刻多普勒勒接收机机只能接接收一颗颗子午卫卫星的信信号。但但是接收收机本身身无法识识别和屏屏蔽不同同的子午午卫星的的信号，于是在在同一天天区如果果出

15、现两两颗以上上的子午午卫星，就会导导致定位位信号的的相互干干扰。尤尤其是对对于极轨轨卫星，为了防防止在高高纬度地地区的视视场中同同时出现现多颗卫卫星造成成信号干干扰的可可能性，子午卫卫星的数数量一般般不宜超超过6颗颗。因卫卫星数量量少导致致中低纬纬度地面面出现可可观测卫卫星的时时间间隔隔过长，中纬度度地区的的用户平平均1.5小时时左右可可以观测测到一颗颗卫星。而考虑虑到轨道道进动的的不规则则漂移导导致轨道道间隔分分布的不不均匀性性因素后后，在低低纬度地地区最不不利时要要等待110小时时才能观观测到卫卫星，这这样该系系统就很很难满足足用户连连续导航航的需要要。尽管管如此，有时在在高纬上上空还是是

16、可出现现多颗卫卫星造成成信号互互相干扰扰的现象象，此时时用户只只能通过过地面控控制中心心将信噪噪比差的的卫星信信号关闭闭以避免免信号的的相互干干扰。限限于当时时的技术术条件，子午卫卫星系统统没有采采用频分分、码分分、时分分等多路路接收技技术，确确定了该该系统不不能成为为连续导导航系统统。 （3）子子午卫星星导航系系统的定定位精度度偏低。这是该该系统的的致命缺缺陷，究究其原因因主要有有三个方方面： 卫星轨轨道低，受到地地球不规规则重力力场的引引力摄动动和大气气阻力摄摄动的影影响很大大，低轨轨卫星精精确定轨轨的测算算难度很很大且精精度不高高。由于于卫星引引力摄动动和阻力力摄动计计算不准准导致的的定

17、位误误差可达达122米。 卫星信信号频率率较低受受电离层层影响大大，这是是因为电电离层是是电磁波波的弥散散介质，对不同同频率（f）的的信号传传播速度度影响很很大。在在电离层层延时改改正公式式中略去去了频率率的高次次项（11/f22）2频频率越低低导致的的误差就就越大，在地磁磁赤道附附近太阳阳活动的的中等年年份，由由此产生生的定位位误差大大于1米米，在太太阳活动动大年误误差就更更大。 子午卫卫星的卫卫星钟频频不够稳稳定，由由于观测测时间过过长而此此间钟频频不稳定定导致的的钟漂dd（ff）引起起的定位位误差可可达0.8米。 由于上述述种种原原因，纵纵使子午午卫星导导航系统统刚服役役不久，就迫使使美

18、国国国防部不不得不着着手研究究第二代代的卫星星导航系系统全球定定位系统统（GPPS）。 2、全球球定位系系统（GGPS） 该系统的的全称是是：卫星星测时测测距导航航/全球球定位系系统（NNaviigattionn Saatelllitte TTimiing andd Raangiing/Glooball Poosittionningg Syysteem）。 19733年122月，美美国国防防部批准准陆、海海、空三三军联合合研制第第二代的的卫星导导航系统统全全球定位位系统（GPSS）。该该系统是是以卫星星为基础础的无线线电导航航系统，具有全全能性（陆地、海洋、航空、航天）、全球球性、全全天候、连

19、续性性、实时时性的导导航、定定位和定定时等多多种功能能。能为为各类静静止或高高速运动动的用户户迅速提提供精密密的瞬间间三维空空间坐标标、速度度矢量和和精确授授时等多多种服务务。 GPS计计划经历历了方案案论证（19774119788年），系统论论证（11979919987年年），试试验生产产（1998819993年）三个阶阶段，总总投资3300亿亿美元。整个系系统分为为卫星星星座、地地面监测测控制系系统和用用户设备备三大部部分。论论证阶段段发射了了11颗颗Bloock型GPPS实验验卫星（设计使使用寿命命为5年年）；在在试验生生产阶段段发射了了28颗颗Bloock型和BBlocckA型GPPS

20、工作作卫星（第二代代卫星的的设计使使用寿命命为7.5年）；第三三代改善善型GPPS卫星星BloockR和Bllockk型GPPS工作作卫星从从90年年代末开开始发射射计划发发射200颗，以以逐步取取代第二二代GPPS工作作卫星，改善全全球定位位系统。 2.1全全球定位位系统（GPSS）的组组成 （1）卫卫星星座座：全球球定位系系统的空空间卫星星星座，由分布布在六个个独立轨轨道的224颗GGPS卫卫星组成成（其中中包括33颗备用用卫星），平均均每个轨轨道上分分布4颗颗卫星，各轨道道升交点点的赤经经相差660。卫星轨轨道倾角角i =55；卫星星运行周周期T=11hh58mm（恒星星时122小时）；

21、卫星星高度HH=2002000km；卫星通通过天顶顶附近时时可观测测时间为为5小时时，在地地球表面面任何地地方任何何时刻高高度角115度以以上的可可观测卫卫星至少少有4颗颗，平均均有6颗颗，最多多达111颗。 （2）地地面系统统：地面面设有55个卫星星监测跟跟踪站； 1个个主控站站；3个个信息注注入站。 5个监测测站分别别位于夏夏威夷、科罗拉拉多、阿阿松森、迭哥伽伽西亚、卡瓦加加兰，主主要负责责监测卫卫星的轨轨道数据据、大气气数据以以及卫星星工作状状态。通通过主控控站的遥遥控指令令监测站站自动采采集各种种数据：对可见见GPSS卫星每每6分钟钟进行一一次伪距距测量和和多普勒勒积分观观测、采采集气

22、象象要素等等数据，每155分钟平平滑一次次观测数数据。所所有观测测资料经经计算机机初处理理后储存存和传送送到主控控站，用用以确定定卫星的的精确轨轨道。主主控站设设在美国国科罗拉拉多州的的一个军军事基地地的山洞洞里。主主控站主主要负责责协调和和管理地地面监控控系统，根据各各监测站站资料，推算预预报各卫卫星的星星历、钟钟差和大大气修正正参数编编制导航航电文；对监测测站的钟钟差、偏偏轨或失失效卫星星实行调调控和调调配。并并将导航航电文、指令传传送到注注入站。3个注注入站分分别位于于阿松森森、迭哥哥伽西亚亚、卡瓦瓦加兰赤道道带附近近的美国国海外空空军基地地。注入入站主要要任务是是：将主主控站推推算和编

23、编制的卫卫星星历历、导航航电文、控制指指令注入入相应的的卫星的的存储系系统，并并监测GGPS卫卫星注入入信息的的正确性性。 2.2 全球定定位系统统的技术术特点 （1）定定轨精度度：目前前的GPPS卫星星的跟踪踪技术条条件，以以及地球球重力场场模型的的球阶函函数的引引力摄动动修正等等等精确确定轨的的推算技技术手段段，都比比70年年代优胜胜高明得得多，因因此卫星星定轨精精度也比比过去高高得多。 广播星历历：是由由美国本本土以及及海外军军事基地地上的55个卫星星监测站站的观测测数据解解算的。因测站站数量少少，故卫卫星定轨轨精度不不高。广广播星历历所预报报的卫星星位置的的切向误误差55m；径径向误差

24、差3mm；法向向误差3m。 精密星历历：是由由美国国国防制图图局根据据全球220多个个卫星跟跟踪站的的观测资资料解算算的，因因测站数数量多且且分布范范围广故故卫星定定轨精度度较广播播星历高高一个数数量级。值得指指出的是是，由国国际GPPS地球球动力学学服务组组织（IIGS）所测算算预报精精密星历历比美国国军方测测定的精精密星历历的精度度要高得得多，卫卫星位置置精度可可达33厘米。 （2）卫卫星性能能：GPPS卫星星直径11.5米米；重量量为8443.668公斤斤（包括括3100公斤燃燃料）；GPSS卫星通通过122根螺旋旋阵列天天线发射射张角约约为300度的电电磁波束束垂直指指向地面面。GPP

25、S卫星星采用陀陀螺仪与与姿态发发动机构构成的三三轴稳定定系统实实现姿态态稳定，从而使使天线始始终指向向地面。卫星还还装有88块太阳阳能电池池翼板（7.22 m22），三三组155A的镍镍镉蓄电电池为卫卫星提供供所需的的电能。 （3）卫卫星信号号：卫星星配有44台频率率相当稳稳定（量量时精度度为100-133秒）的的原子钟钟（2台台铯钟，2台铷铷钟），由此产产生一个个频率为为: 110.223MHHz的基基准钟频频信号。该信号号经过倍倍频器降降低100倍的频频率后，成为频频率为11.0223MHHz测距距粗码（C/AA码）的的信号频频率；基基准钟频频信号的的频率110.223MHHz，直直接成为

26、为测距精精码（PP码）的的信号频频率；基基准钟频频信号经经过倍频频器降低低20446000倍的频频率后，成为频频率为550MHHz数据据码（卫卫星星历历、导航航电文的的编码）的信号号频率；基准钟钟频信号号再经过过倍频器器倍频1150倍倍和1220倍频频后，分分别形成成频率为为15775.442MHHz（LL1）与与12227.660MHHz（LL2）载载波信号号。测距距用的码码频信号号控制着着移位寄寄存器的的触发端端，从而而产生与与之频率率一致的的伪随机机码（测测距码），测距距码与数数据码模模二相加加后再调调制到LL1 LL2载波波信号上上通过卫卫星天线线阵列发发送出去去。值得得指出的的是：无

27、无论是测测距码的的波长还还是载波波信号的的波长，都是测测量GPPS卫星星到观测测点距离离的物理理媒体，它们的的频率越越高波长长越短所所测量的的距离精精度就越越高，定定位精度度也就越越高。另另外C/A码除除了用于于测距外外，它还还用于识识别锁定定卫星和和解调导导航电文文以及捕捕获P码码。 （4）定定位精度度：利用用伪随距距码（测测距码）的信号号单机测测量，理理论上按按照目前前测距码码的对齐齐精度约约为码波波长的11/1000计算算，测距距粗码 （C/A码）的测距距精度约约为33m； 而测距距精码（P码）的测距距精度约约为00.3mm 。为为了消除除公共误误差提高高定位精精度，可可利用22台以上上

28、的载波波相位GGPS定定位仪实实行联测测定位，对于载载波信号号单频机机的相对对定位精精度可达达:（5mmm+2pppmD）其其中D为为两台仪仪器的相相对距离离；对于于载波信信号双频频机，它它能有效效的消除除电离层层延时误误差，其其相对定定位精度度可达:(11mm+1pppmDD)；全全球定位位技术不不但精度度高，而而且定位位速度快快，可以以满足飞飞机、导导弹、火火箭、卫卫星等高高速运动动载体的的导航定定位的需需要。 2.3 全球定定位系统统的定位位原理 GPS定定位的几几何原理理并不复复杂，它它是利用用测距交交会的原原理确定定测点位位置的。如图55所示，GPSS卫星任任何瞬间间的坐标标位置都都

29、是已知知的。一一颗GPPS卫星星（Snn）信号号传播到到接收机机的时间间只能决决定该卫卫星到接接收机（P）的的距离（Dn），但并并不能确确定接收收机相对对于卫星星的方向向，在三三维空间间中，GGPS接接收机的的可能位位置构成成一个以以Sn为为中心以以Dn为为半径球球面（称称为定位位球）；当测到到两颗卫卫星的距距离时，接收机机的可能能位置被被确定于于两个球球面相交交构成的的圆上；当得到到第三颗颗卫星的的距离后后，第三三个定位位球面与与该圆相相交得到到两个可可能的点点；第四四颗卫星星确定的的定位球球便交出出接收机机的准确确位置。因此，如果接接收机能能够同时时得到四四颗GPPS卫星星的测距距信号，就

30、可以以进行瞬瞬间定位位；当接接收到信信号的卫卫星数目目多于四四颗时，可以优优选四颗颗卫星计计算位置置，或以以信噪比比最高的的卫星数数据作为为平差标标准与其其他多颗颗卫星数数据进行行平差计计算，以以消除公公共误差差提高定定位精度度。如果果不考虑虑测量距距离的误误差修正正，整个个定位过过程是：测量站站星几何何距离DDn通过过导航电电文提供供的卫星星坐标SS（Xss，Yss，Zss）利用用定位球球方程式式： 求解4个个定位球球相交的的公共点点P（XXp，YYp，ZZp）。 按GPSS定位测测量的技技术手段段分类，可分为为伪随机机码相位位测量与与载波相相位测量量两类。由于篇篇幅限制制这里只只讨论伪伪随

31、机码码相位测测量原理理：简而而言之伪伪随机码码相位测测量时，GPSS接收机机利用码码分多址址技术与与码相关关锁相放放大技术术，同时时对4颗颗以上卫卫星的测测距信号号进行伪伪距（站站星真空空距离）测定，再通过过对伪距距的多项项修正后后的站星星几何距距离解算算测站坐坐标。 伪码测量量的具体体步骤为为： 接收机机将本机机产生CC/A码码与卫星星发射CC/A码码模二和和，求自自相关系系数R(t)； 当自相相关系数数R(tt) = -11/N（有相位位差码序序不齐）时，延延时器将将本机码码元相位位后移，直至RR(t)= 11 （码码序对齐齐）时锁锁定信号号，并解解读导航航电文。 接收机机根据本本机信号号

32、的延时时量（t）计计算GPPS卫星星到接收收机伪距距（D= CCt）。 再对伪伪距（DD）经经过对流流层延时时改正、电离层层延时改改正、钟钟差钟漂漂改正等等多项修修正后，成为近近似的几几何距离离（D），连同同导航电电文的卫卫星坐标标 S（Xs，Ys，Zs）代入定定位球方方程解算算测点坐坐标P（Xp，Yp，Zp）。 按GPSS定位方方法分类类可分： 绝对定定位：在在未知点点上用GGPS定定位仪（单机）测定站站星距离离，从而而独立解解算测点点WGSS-844坐标的的过程。 相对定定位：在在一定距距离内，用两台台以上GGPS定定位仪同同时测定定站星距距离，通通过求差差的方法法解算测测点间基基线向量量

33、的过程程。 静态定定位：在在定位过过程中，GPSS定位接接收机始始终处于于静止接接收状态态的定位位方法。 动态定定位：在在定位过过程中，GPSS定位接接收机始始终处于于运动接接收状态态的定位位方法。 2.4 美国对对GPSS用户的的限制性性政策 由于GPPS定位位技术与与美国的的国防现现代化发发展密切切相关,因而美美国从自自身的安安全利益益出发,限制非非特许用用户利用用GPSS定位精精度。GGPS系系统除在在设计方方面采取取了许多多保密性性措施外外，还对对GPSS用户实实施SAA与A-S限制制性政策策，具体体做法有有： 对不同同的GPPS用户户提供不不同的服服务方式式：GPPS系统统在信号号设

34、计方方面就区区分了两两种精度度不同的的定位服服务方式式，即标标准定位位服务方方式（SSPS）和精密密定位服服务方式式（PPPS）。 标准定位位服务方方式（SSPS）它通过过美国军军方已经经公开的的卫星识识别码（C/AA码）解解调广播播星历的的导航电电文，进进行定位位测量的的，其单单点定位位精度约约为200400m。 精密定位位服务方方式（PPPS）是美国国军方或或者美国国同盟国国的特许许用户使使用的，其单点点定位精精度约为为244m。使使用这种种服务方方式一定定要事先先知道加加密码（W码）和精码码（P码码）的编编码结构构。否则则便无法法解调锁锁定P码码进而解解读精密密星历，实施精精密测距距。因

35、此此W码与与P码对对于非特特许用户户是绝对对保密的的。 选择性性可用（SA）政策对（SPSS）服务务实施干干扰：为为了进一一步降低低标准定定位服务务方式（SPSS）的定定位精度度，以保保障美国国政府的的利益与与安全，对标准准定位服服务的卫卫星信号号实施技术和和技术术的人为为干扰。 w 技技术将钟频频信号加加入高频频抖动使使C/AA码波长长不稳定定。 w 技技术将广播播星历的的卫星轨轨道参数数加入人人为误差差，降低低定位精精度。 在SA政政策的影影响下，SPSS服务的的垂直定定位精度度降为1500m，水水平定位位精度降降为1100mm。科学学家利用用GPSS差分技技术，可可以明显显削弱SSA政策

36、策导致的的系统性性误差的的影响。但对于于使用精精密定位位服务（PPSS）的特特许用户户，则可可以通过过密匙自自动消除除SA影影响。 SA政策策19991年77月1日日实施，因印影影响美国国商业利利益，于于20000年55月2日日取消SSA政策策。 反电子子欺骗技技术（AA-S）对对P码实实施加密密：尽管管P码的的码长是是一个非非常惊人人的天文文数字（码长为为2.335110144比特）至今无无法破译译，但是是美国军军方还是是担心一一旦P码码被破译译，在战战时敌方方会利用用P码调调制一个个错误的的导航信信息，诱诱骗特许许用户的的GPSS接收机机错锁信信号导致错错误导航航。为了了防止这这种电子子欺

37、骗，美国军军方将在在必要时时引入机机密码（W码），并通通过P码码与W码码的模二二相加转转换为YY码，即即对P码码实施加加密保护护： P W=Y 由于W码码对非特特许用户户是严格格保密的的，所以以非特许许用户将将无法应应用破密密的P码码进行精精密定位位和实施施上述电电子欺骗骗。 3、全球球导航定定位系统统（GLLONAASS） 该系统是是82年年底由前前苏联开开始承建建，期间间因苏联联解体，几经周周折最后后由俄罗罗斯于996年建建成全球球导航定定位系统统（Gllobaal NNaviigattionn Saatelllitte SSysttemGLLONAASS）。该系系统与美美国的全全球定位位

38、系统同同属于第第二代卫卫星定位位系统。 3.1全全球导航航定位系系统的组组成 （1）卫卫星星座座：如图图6所示示，全球球导航定定位系统统的空间间卫星星星座，由由分布在在三个独独立椭圆圆轨道的的24颗颗（GLLONAASS）卫星组组成（另另加1颗颗备用卫卫星），平均每每个轨道道上分布布8颗卫卫星，各各轨道升升交点的的赤经相相差1220；轨道偏偏心率ee=0.01；卫星轨轨道倾角角i =64.8；卫星运运行周期期T=111h115m（恒星时时11.28小小时）；卫星高高度H=191100kkm；卫卫星设计计的使用用寿命为为4.55年，直直至19995年年卫星星星座布成成，经过过数据加加载、调调整和

39、检检验，已已于19996年年1月118日整整个系统统正式运运转。 （2）地地面系统统：地面面控制站站组（GGCS）设有11个系统统控制中中心（在在莫斯科科区的GGoliitsyyno-2），1个指指令跟踪踪站（CCTS），整个个跟踪网网络分布布于俄罗罗斯境内内；CTTS跟踪踪遥测着着所有GGLONNASSS可视卫卫星，对对其进行行测距数数据的采采集和处处理，并并向各卫卫星发送送控制指指令和导导航信息息。在GGCS内内装有激激光测距距设备对对测距数数据作周周期修正正，为此此所有的的GLOONASSS卫星星上都装装有激光光反射镜镜。 3.2 全球导导航定位位系统的的技术特特点 （1）卫卫星信号号：

40、 每每颗GLLONAASS卫卫星配有有铯原子子钟，以以便为所所有星载载设备提提供高稳稳定的时时标信号号。GLLONAASS卫卫星同样样向地面面发射两两种载波波信号，L1载载波信号号的频率率为1660216116MHHz ；L2载载波信号号的频率率为1224612556MHHz ；其中LL1载波波信号为为民用，L2载载波信号号为军用用。GLLONAASS卫卫星之间间的识别别方法采采用频分分复用制制（FDDMA），L11载波信信号的频频道间隔隔为0.56225 MMHz，L2载载波信号号的频道道间隔为为0.443755 MHHz 。GLOONASSS卫星星测距粗粗码（CC/A码码）的码码频0.51

41、11MHzz 码长长为5111比特特，重复复周期为为1mss ；GGLONNASSS卫星也也采用类类似GPPS信号号的P码码， 尽尽管前苏苏联严格格保密，英国立立茨大学学G.R.LLennnen博博士还是是成功地地破译了了P码。 （2）定定位精度度： w 水平平精度：500700m；垂垂直精度度：775m； w 测速速精度：155cm/s； 授时精精度：1ss （3）定定位原理理：与GGPS相相同。 3.3 俄罗斯斯联邦政政府对GGLONNASSS系统的的使用政政策 早在19991年年俄罗斯斯联邦政政府就首首先宣称称：GLLONAASS系系统可供供国防和和民间使使用，不不带任何何限制、不引入入

42、“选择择可用性性（SAA）”机机制，也也不计划划对用户户收费，该系统统将在完完全布满满星座后后遵照以以公布的的性能运运行至少少15年年。俄罗罗斯空间间部队的的合作科科学信息息中心作作为GLLONAASS系系统状态态信息的的用户接接口，正正式向用用户公布布GLOONASSS系统统咨询通通告。119955年3月月7日俄俄罗斯联联邦政府府签署了了一项“有关GGLONNASSS面向民民用得行行动指导导”的法法令，确确认了由由民间用用户早期期启用GGLONNASSS系统的的可能性性。俄罗罗斯联邦邦政府对对GLOONASSS系统统的使用用政策，使得美美国的GGPS定定位仪的的生产商商对美国国政府实实施的S

43、SA政策策大为不不满，考考虑到美美国的商商业利益益美国政政府最后后不得不不于20000年年5月22日取消消SA政政策。 4、双星星导航定定位系统统（北斗斗一号） 19822年7月月，美国国L.AA.Lvvareez和CC.Trrophhy及FF.Roose三三位科学学家提出出主动式式卫星导导航通信信系统,并于119822年122月完成成了总体体设计,定名为为GEOOSTAAR 。该系统统是一个个局域实实时导航航定位系系统，据据19991年99月的报报导,由由于GEEOSTTAR系系统缺乏乏竞争能能力,拟拟投资的的用户日日渐减少少,最后后不得不不中断该该系统的的建设。而我国国类似GGEOSSTA

44、RR系统的的双星导导航定位位系统（北斗一一号），已于220000年底发发射了两两颗同步步静止定定位卫星星，并完完成了大大量的测测试工作作。该系系统的第第三颗同同步静止止定位卫卫星，在在20003年55月255日发射射，于66月3日日5时顺顺利定点点，系统统大功告告成。 4.1双双星导航航定位系系统的组组成: （1）卫卫星星座座：由33颗同步步静止卫卫星组成成（其中中1颗在在轨备用用）。轨轨道倾角角i =0；公转周周期T=24hh恒星时时；轨道道高度HH=3660000km 。 （2）地地面系统统：一个个中心站站:负责责系统测测控、定定位信号号的发射射与接收收、用户户坐标的的解算与与发布、双向授

45、授时等。 4.2双双星导航航定位系系统的技技术特点点： （1）服服务区域域：7001145E； 555N （2）用用户设备备：定位位收发机机的瞬间间发射功功率较大大。 （3）定定位精度度：平面面精度20mm；垂直直精度10mm 。 4.3双双星导航航定位系系统的定定位原理理： 双星导航航定位系系统的定定位原理理如图77所示：地面中中心站通通过2颗颗同步静静止定位位卫星传传送测距距问询信信号，如如果用户户需要定定位则马马上回复复应答信信号。地地面中心心站可根根据用户户的应答答信号的的时差计计算出户户星距离离，这样样以两颗颗定位卫卫星为中中心以两两个户星星距离为为半径可可作出两两个定位位球。而而两

46、个定定位球又又和地面面交出两两个定位位圆，用用户必定定位于两两个定位位圆相交交的两个个点上（这两个个交点一一定是以以赤道为为对称轴轴南北对对称的）。地面面中心站站求出用用户坐标标后，再再根据坐坐标在地地面数字字高程模模型读出出用户高高程进而让让卫星转转告用户户 。 双星导航航定位系系统的最最大优点点是系统统简单投投资少，而最大大缺点是是他只能能实施局局域定位位，接收收发射机机功率大大且笨重重还会暴暴露用户户目标，在战时时这是兵兵家最忌忌讳的事事情。 5、伽俐俐略系统统（GNNSS） 从19994年欧欧盟已开开始对伽伽利略（GNSSS）系系统方案案实施论论证。220000年欧盟盟已向世世界无线线电委员员会申请请并获准准建立伽伽利略（GNSSS）系系统的LL频段的的频率资资源。220022年3月月欧盟115国交交通部长长一致同同意伽利利略（GGNSSS）系统统的建设设。该系系统由欧欧盟各政政府和私私营企业业共同投投资（336亿欧欧元），是将来来精度最最高的全全开放的的新一代代定位系系统。 5.1系系统组成成： 卫星星星座：由由3个独独立的圆圆形轨道道，300颗GNNSS卫卫星组成成（277颗工作作卫星，3颗备备用卫星星） 。卫星的的轨道倾倾角i =566；卫卫星的公公转周期期T