第一章--绪论

GNSS测量技术1.什么是GNSS2.球四大卫星导航系统3.美国的GPS政策4.我国的GPS跟踪网GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是全球导航卫星系统的英文缩写，它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词，是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。第一节GNSS的发展一、GNSSGNSSGPS??军事测绘林业农业地质电力水利交通环保气象地震石油通讯海洋城建科研院所院校医疗消防国土二.、GNSS的应用行业GNSS理论部分轰炸前后的巴格达卫星图汽车导航和城市交通管理绘制道路图地面运输农业GNSS接收机OEM板卡Trimble（美国天宝）天宝Leica（瑞士莱卡）NovAtelMagellan(美国麦哲伦）AshtechTOPCON（日本拓普康）Javad国外品牌三、国内外GNSS产品GNSS理论部分国内品牌华测南方（6）中海达（35）易测（合众思壮）GNSS理论部分光谱中纬博飞苏光GNSS测绘产品制造商•美国天宝集团（兼并了德国蔡司、瑞典捷创力，日本尼康测量部）•海克斯康集团（加拿大诺瓦泰与瑞士徕卡）•日本东芝集团（日本拓普康、索佳、美国加瓦特）•美国麦哲伦（兼并了美国阿士泰克和法国塞色尔）•上海华测导航技术有限公司•广州南方测绘仪器有限公司•广州中海达导航有限公司GPS测量与经典测量方法的对比：1.功能多、用途广2.测站间无需通视3.定位精度高4.观测时间短5.提供三维坐标6.操作简便7.全天候作业四、GNSS的特点全球性，全天候，高精度，保密性第二节全球四大卫星导航系统●美国GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统●俄罗斯GLONASS（GlobalNavigationSatelliteSystem）全球卫星导航系统●欧盟Galileo伽利略卫星导航系统●中国COMPASS北斗卫星导航系统GNSS构成CompassGPSGalileoGLONASS卫星导航系统卫星数量定位精度系统进展研制国家GPS系统24颗5米1994年，GPS卫星导航系统己布设完成。现在正研制第二代GPS系统。美国北斗系统35颗10米2011年7月27日，成功发射第九颗北斗导航卫星，计划于2020年覆盖全球。中国格洛纳斯(GLONASS)系统24颗10～15米目前该系统在轨卫星总数为26颗，其中20颗正常工作，4颗正接受技术维护，另有2颗处于“预备役”状态。俄罗斯伽利略系统30颗小于1米1999年欧盟公布了“伽利略”计划，现在“伽利略”系统正在建设中。欧盟一、GPSGPS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。其次，也为民用、商用提供导航、定位、测速和授时等服务。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。地图定位车载定位航空器定位GPS用于大地测量香港青马大桥GPS监测系统GPS系统的组成GPS系统包括三大部分：空间部分-----GPS卫星星座；地面监控部分----地面监控系统；用户设备部分-----GPS信号接收机。GPS的系统组成空间部分24颗GPS卫星组成用户部分GPS接收机控制部分1个主控站5个监控站3个注入站注入站监控站主控站注入站空间星座部分：提供星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息地面控制部分：中心控制系统实现时间同步跟踪卫星进行定轨用户部分：接收卫星信号记录处理数据提供导航定位信息GPS空间星座部分•24颗卫星(21+3)•6个轨道平面•55º轨道倾角•20200km轨道高度(地面高度)•11小时58分(恒星时)轨道周期•5个多小时出现在地平线以上(每颗星)•在全球各处能观测到高度角15°的卫星4颗以上GPS卫星（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）GPS卫星在轨道上的分布GPS地面监控部分控制部分1个主控站3个注入站5个监控站GSP地面控制站一个主控站：科罗拉多•斯必灵司三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋迭哥•伽西亚(DiegoGarcia)—印度洋卡瓦加兰(kwajalein)—太平洋五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradospringsGPS用户部分二、俄罗斯GLONASS系统俄罗斯的全球卫星导航系统（GLObalNavigationSatelliteSystem—GLONASS）。主要参数：24（21+3）颗卫星，现有23颗；3个近圆轨道，平均高度19100KM；轨道面与赤道面夹角65°；运行周期为11小时15分；频率基准铯钟，包括S码、P码、L1与L2载波；单点水平定位精度约16米。GLONASS主要包括三部分的设备：卫星星座地面监控站用户设备性能方面，GLONASS属于军民合用系统，可提供高精度的三维空间和速度信息，也提供授时服务。精度在十米左右，有更强的抗干扰能力，采用两种频率信号，但是由于发射技术和电子设计水平有限，工作不稳定并且卫星寿命不是很长。GLONASS的未来发展•俄罗斯在2000年提出要对GLONASS进行换代，GLONASS的标准星座由24颗卫星组成。为了逐步提升GLONASS系统性能，俄罗斯制定了一系列的空间卫星性能改进和补网计划。改进方案包括地面段支持设备、增加系统服务量、优化太空段设备、改进GLONASS差分设备。altitude~23616kmSMA29993.707kminclination56degrees•period14hours4min•groundtrackrepeatabout10daysGGALILEOALILEODATADATA27+3satellitesinthreeMediumEarthOrbits(MEO)Walker27/3/1Constellation三、Galileo•全球设施（空间段和地面段）•空间段27/3/13轨面56度23616km20年14h4mGalileo组成全球设施、区域设施、局域设施、用户部分IMSGCCL-band导航UHF搜救….区域设施局域设施COSPAS-SARSAT地面设施卫星星座外部辅助系统区域上行监控站ICCIMSNetworkICCIMSNetworkIULS......NAVSISNAVSISNAVSISNAVSIS局域设施局域设施数据链数据链导航控制&星座维护中心完好性测试与发布全球设备用户Galileo服务•免费公共服务：免费使用•商业服务：高精度加密信息、区域差分信号等•生命保险服务：用于交通运输、航空、船只入港、铁路运输管制和航空管制•公共事业服务：欧盟用，如国家安全、紧急救援、治安、警戒，及紧急的能源和通讯等。•搜寻与救援服务：优于国际通用的卫星搜寻救援系统COSPAS-SARSAT发展前景•专家断言Galileo系统必将与其它新技术（如移动通讯、数字地图、智能交通等）相结合应用于各种不同的领域，包括车辆调度与管理、精细农业、铁路交通、旅游探险、航海、航空和航天领域，特别是将为民用航空带来一系列直接和间接效益，从而打破美国独霸全球卫星导航系统的格局。四、北斗卫星导航系统2000年10月31日，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第一颗北斗导航试验卫星送入太空。2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E建成北斗卫星导航试验系统一、系统建设建成北斗卫星导航系统中国北斗定位系统（COMPASS）•拥有者–中国•发展简史北斗一代：2000年10月31日，2000年12月21日，2003年5月25日分别发射了卫星（3颗）北斗二代：2007年4月14日，2009年4月15日，2010年1月17日，2010年6月02日，2010年8月1日发射了5颗中国的（5颗）•系统组成“北斗二代”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。中国北斗定位系统（COMPASS二、发展路线北斗卫星导航系统按照三步走的总体规划分步实施：第一步，1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2000年形成区域有源服务能力；第二步，2004年启动北斗卫星导航系统建设，2012年形成区域无源服务能力；第三步，2020年北斗卫星导航系统形成全球无源服务能力。发展路线图三、工程建设系统组成：空间段：由5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星组成Non-GEO卫星GEO卫星星座系统组成：地面段：由主控站、上行注入站和监测站组成北斗系统地面段系统组成：用户段：由北斗用户终端以及与其它GNSS兼容的终端组成北斗系统的用户终端时间星座信号（实际发射）2012年5GEO+5IGSO+4MEO区域服务2020年5GEO+3IGSO+27MEO全球服务四、应用推广与产业化主要任务：促进应用开发和北斗产业化，为实现北斗卫星导航产业发展提供支撑。2020年，实现卫星导航年产值4000亿元的目标。2003年北斗卫星导航试验系统正式提供服务以来，在交通、渔业、水文、气象、林业、通信、电力、救援等诸多领域得到广泛应用，注册用户已达6万，产生了显著的社会效益和经济效益。（主要是海南等地的渔业和军事）交通运输基于北斗系统的“新疆公众交通卫星监控系统”、“公路基础设施安全监控系统”、“港口高精度实时定位调度监控系统”高铁等应用推广工作，取得了良好的示范效果。海洋渔业基于北斗系统的海洋渔业综合信息服务平台，实现了向渔业管理部门提供船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港管理等服务。基于北斗系统的海洋渔业综合信息服务网络海洋渔业应用分布水利基于北斗系统的水文监测系统，实现了多山地域水文测报信息的实时传输，大大提高了灾情预报的准确性，为制定防洪抗旱调度方案提供重要的保障。气象研制成功了一系列气象测报型北斗终端设备，提出了实用可行的系统应用解决方案，解决了国家气象局和各地气象中心气象站的数字报文自动传输和可视化问题。基于北斗的高原地区气象监测站基于北斗的珠峰气象监测站林业基于北斗的森林防火系统已成功用于实战，目前已经配备700多台套。通信成功开展了北斗/GPS双模授时应用示范，突破了光纤拉远、抗干扰螺旋天线等关键技术，研发了一体化卫星授时系统。TD-SCDMA抗干扰螺旋天线天线一体化卫星授时系统BBURRURRURRURRUGPS/北斗光纤拉远场景光纤时钟恢复模块锁相环PPSTODNB设备需要时钟的各板卡NB天线GPS/北斗接收机时钟发送模块PPSTOD光纤OCU（室外时钟单元）外时钟接口PPSTODRRUGPS天线BBURRU传统射频电缆+信号放大器场景地下室射频电缆信号放大器GPS天线BBURRURRU传统射频电缆场景射频电缆RRU天线一体化卫星授时系统BBURRURRURRURRURRURRURRUGPS/北斗光纤拉远场景光纤光纤时钟恢复模块锁相环PPSTODNB设备需要时钟的各板卡NB天线GPS/北斗接收机时钟发送模块PPSTOD光纤OCU（室外时钟单元）外时钟接口PPSTODRRUGPS天线BBURRU传统射频电缆+信号放大器场景地下室射频电缆信号放大器GPS天线BBURRURRU传统射频电缆场景射频电缆RRU北斗/GPS光纤拉远授时示意图电力成功开展了基于北斗系统的电力时间同步应用示范，为电力事故分析、电力预警系统、保护系统等高精度时间应用创造了条件。北斗/GPS高精度电力授时服务器救援基于北斗系统的导航定位、短报文通信以及位置报告功能，提供全国范围的实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务，极大地提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。减灾中心工作人员在玉树现场利用北斗用户机报告灾情汶川地震救灾现场北斗的仪器4、国际合作日本“准天顶星系统”日本天顶星系统特点：1.目前不能独立定位，要依托GPS系统。2.可以有效加强定位精确度和日本本土的定位覆盖率。3.