1、3 卫星导航系统组成和原理3 卫星导航系统组成和原理内容内容卫星数卫星数轨道数轨道数高度高度(km)周期周期频率频率(MHz) 定位误差定位误差参数66(90)1100107min400,150200m(2d)子午卫星子午卫星子午卫星星座子午卫星星座大地测量多普勒接收大地测量多普勒接收机机 - 1（MX1502）大地测量多普勒接收大地测量多普勒接收机机 - 2（CMA751）多普勒联测定位多普勒联测定位多普勒单点定位多普勒单点定位内容内容卫星数卫星数轨道数轨道数高度高度(km)周期周期频率频率(MHz) 定位误差定位误差参数126(90)1000100min400,150500m(2d)3.1
2、 卫星导航概述卫星导航概述altitude 23616 kmSMA 29993.707 kminclination 56 degrees period 14 hours 4 min ground track repeat about 10 daysG G G GA A L LI IL LE E O OA A L LI IL LE E O OD D A A T TA AD D A A T TA A27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)Walker 27/3/1Constellation个人位置服务气象应用道路交通管理铁路智能交通海
3、运和水运航空运输特殊货物运输监管应急救援精密授时精细农业3.2 卫星导航系统的组成3.2 卫星导航系统的组成图1 卫星导航系统的组成示意图 主控站资源分配和调度导航电文产生卫星健康和维护卫星处理器的载荷数据产生星座同步驾驭GPS系统状态/性能评估和报告地面天线卫星命令发送卫星处理器载荷数据发送卫星导肮上载数据发送收集卫星遥测信息监控站导航信号跟踪距离和载波测量大气数据收集收集解码后的导航数据提供给GPS用户 坐标系统与时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和表达观测站位置的数学与物理基础。所以，了解GPS测量中的一些常用坐标系统和时间系统是极为重要的。 e57.2921151467 10rad
4、/s14323.986005 10 /ms82.99792458 10 / m s ATUT20.0039(s)F1m2m1m2m2m2122FmR2R2m12222rGm mmruR1221FF 1m12212rGm mmruR（1）（2）（3）12122122()rrGm mGm mFrr uuru2m1m1m2m2121212rGm mm mruR2121222rGm mm mruR121221122()()rGm mm mmmr RRu12m m21rRR21rRR3r rr12()G mmru1m2m（4）（5）2m1m1m2m1m2m图2. 由 观察 1m2m图3. 由两者的质心观
5、察baccab()()()AB CB A CC A B2r r r()2ddrrdtdtr r()2ddddrdtdtdtdt rrrr rrrrr r r （6）h3r r hr h（7）3.4.2 轨道方程 hr r hr()ddt r hr hr h()ddt r hr hr hhh0（8）3311()rrr hrr r 321()()( )rrrrddt r rr rr r rrrr()ddtr hr h（9）3.4.2 轨道方程31( )drdt r rr h（10）()()dddtdtrrr h（11）rrr hC（12）h()rr hr hhC hr hr h()0r hh hr
6、 r rr 0r h0C hChhCrrr he（13） Ceeer()r r rrr hr e ()()AB CA BC2()()hrr hr rhh h2r r r（14）2hr r e（15）cosre r e（16）2coshrre211coshre（17）er。2m1m3r rrhrrr hC3r rrr 3r r rr r （18）211()()()222ddddtdtdt r rr r （20）332()rrrdrrrdtr r r （19）2()02ddtr22r（21）2221(1)2eh 22()r2m1mhe（22） 222211(1)22aaverh arav（22）2
7、11ahre0 hr222/(1)/aaavhrer22aaavravar00e 01e1e 1e 2() (1cos )rhe0e 2hr0,rhrhr圆=r圆（23）（24）322Tr圆2212 h 01epr180rar211ahre2a2paarr211phre2211hae22(1)hae2(1)1cosaere2221(1)2eh 2211hae22(1)hae2a 222ra 32222()1abhTheapaprrerr211 coshr202r2r2r逃逸r1e 1m2m2m1e 211coshre1arccos()e 1arccos( )e12arcsin( )e1cose
8、 pr211phrear211ahre2a2aparr 2211hae2(1)1cosa ere（25）2a222ra（26）（27）aiehieaMhr222rXYZr r222xyz xyzrXYZrrr xyzIJKhXYZ rh h harccos()ZhihN001xyzIJKhhhNKhN N Narccos()xNN arccos(),360arccos(),xxNNNN 0YN 0YN N即2111()- ()rrrrrre hrr r 21()rrrere e e22221(2)()rerrrarccos()NeN earccos(),0360arccos(),0zzeNee
9、NeN eN earccos()ere r0 e r0 e rarccos(),0360arccos(),0rrerere re r221arccos (1),01360arccos (1),0rrherherryxx px qzh xy0FefsfmfdfpftfhfF0esmdpthFFfffffff01()esmdpthmmFrFfffffffXYZXFmYFmZFm（28）（29）0222VrXYZ0F03VXXr XX（30）R333RXXrXRYYrYRZZrZ （31）0222202222222222202211cot111sin11sin1cot121daRdtnaMdeeRe
10、Rdtna eMna ediiRRdtnaenaeidRdtinaeideRiRdtna eeinaedMReRdtnaana ee （32）2222222222222222211cot111sin11sin1cot121daRdtnaMdeeReRdtna eMna ediiRRdtnaenaeidRdtinaeideRiRdtna eeinaedMReRndtnaana ee（33）STWrrSSTTW222222222 sin(1cos)11sin(coscos)cos()1sin()1sin1 cos(1)sincos1 (cos2)(1)sindaefefdtnedeefEfdtna
11、dirfdtnaedrfdtnaeiderdffidtnaepdtdMerrnfefdtnaeppSTSTWWSTST（34）S TWNUWUNWS T1222212222222212222(1 2 cos)11(1 2 cos)2(cos)1sincos()1sin()1sin1(1 2 cos)2sin(cos) cos1(daefedtnedeeefefeUeEdtnadirfdtnaedrfdtnaeidedefefE eidtnaedtdMendtnae UNWWUN2122221 2 cos)(2sinsin )(cos) 1eefefEUE eeN（35）1e0e 2.二维距离交
12、汇原理 ,pppxyz,abcit222222222222apapapabpbpbpbcpcpcpcxxyyzzxxyyzzxxyyzz ,aaabbbcccx y zx y zx y zit t*t c222222222222*apapapabpbpbpbcpcpcpcdpdpdpdxxyyzztcxxyyzztcxxyyzztcxxyyzztc ,aaabbbcccdddxy zx y zx y zxyzit 3.6.1.1 GPS简介3.6.1.2 SA与AS政策3.6.1.3 差分系统3.6.1.4 空间和控制段3.6.1.5 信号3.6.1.6 导航电文3.6.1.7 增强系统3.6
13、.1 GPS3.6.1 GPS3.6.2.1 GLONASS简介3.6.2.2 空间和控制段3.6.2.3 信号3.6.2.4 导航电文3.6.2.5 GLONASS未来的发展3.6.2 GLONASS3.6.2 GLONASS 3.6.3.1 Galileo简介3.6.3.2 空间和地面段3.6.2.3 信号3.6.3.4 导航电文3.6.4.1 北斗简介3.6.4.1 信号3.6.33.6.3GalileoGalileo3.6.43.6.4北斗北斗3.6.1GPS3.6.1.1 GPS简介：NAVSTAR GPS首先由美国政府所研制，用作军用导航系统。GPS由GPSWing控制，其前身为在
14、国防部资助下的联合计划办公室（Joint Program Office，JPO）。GPS发展时间表：1973年开始方案和原理研究1978年发射第一颗可运行的原型卫星3.6.1GPS 1993年7月,24颗GPS卫星部署完成 1993年末宣称具备初步运行能力 1994年末具备了完全运行能力。 20世纪90年代后期开始，美国开始实施GPS现代化计划。通过继承精度改进创新工程（Legacy Accuracy Improvement Initiative，LAII），提高了导航电文中的星历精度和卫星时钟参数的精度。3.6.1GPS 实施LAII后，基本的SPS水平定位精度大约为3.8m（1），垂直定位
15、精度大约为6.2m（1），而PPS水平定位精度大约为1.2m（1），垂直定位精度大约为1.9m（1）。现代化后的SPS定位精度与PPS相当。3.6.1GPS美国政府在GPS的最初设计中, 计划向社会提供两种服务:精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。精密定位服务的主要对象是美国军事部门和其他特许民用部门。使用C/A码和双频P码,以消除电离层效应的影响,使预期定位精度达到10 m。标准定位服务的主要对象是广大的民间用户。它只使用结构简单、成本低廉的C/A 码单频接收机,预期定位精度只达到100m左右。3.6.1GPS但是,在GPS试验阶段,由于提高了卫星钟的稳定性和改进了卫星轨道的测定
16、精度,使得只利用C/A码进行定位的GPS精度达到14m ,利用P码的PPS的精度达到3m,远远优于预期定位精度。美国政府考虑到自身的安全,于1991年7月在Block卫星上实施SA和AS政策。其目的是降低GPS的定位精度。3.6.1GPS3.6.1.2 SA与AS政策SA(Selective Availability)政策称为有选择可用性。它包括在GPS卫星基准频率上增加了D技术和在导航电文上增加E技术两项措施。所谓D技术,就是对GPS卫星的基准频率施加高频抖动噪声信号,而这种信号是随机的,从而导致测量出的伪距误差增大。所谓E技术,就是人为的将卫星星历中轨道参数的精度降低到200m左右。总之,
17、采用这两项技术后,使测量的GPS定位精度降低到原先估计的误差水平。3.6.1GPSAS(Anti-Spoofing)政策称为反电子欺骗政策。其目的是保护P码。它将P码与更加保密的W码模2相加形成新的Y码,实施AS政策的目的在于防止敌方对P码进行精密导航定位的电子干扰。这样一来,既不能使用P码进行精密定位,也不能进行P码和C/A码码相位测量的联合求解。3.6.1.3 差分系统为克服SA政策的影响,发展了差分GPS技术,根据差分GPS 定位原理,现已建立和发展以下类型的差分系统。3.6.1GPS1. 区域差分GPS系统。利用两台GPS接收机(一台具有基准站功能)就可构成差分GPS定位系统。目前应用
18、最广的技术是伪距差分和相位平滑伪距差分,定位精度提高到1.5m,一般作用范围为40km。这一技术已经成为差分GPS的最主要的技术手段。为了提高定位精度和保持伪距差分的可靠性,出现了准载波相位差分GPS,定位精度可达到50cm,成为1500大比例尺水深测图、疏浚、抛石等工程的有力手段。3.6.1GPS2. RBN/DGPS 。这是交通部在我国沿海区域建立的无线电指向标/差分全球定位系统。整个系统由均匀分布在沿海的21个台站组成,为我国沿海提供差分GPS的24h服务,使用户在300km海域内接收差分信号,得到510m的定位精度。用户只要拥有一台信标GPS接收机,就可利用这一免费信号资源进行实时差分
19、定位，此技术正在得到大力推广。3.6.1GPS 3. 广域差分GPS系统。它是利用分布在全世界或全国各地的基准站对GPS进行连续观测,从而计算出卫星轨道改正数、卫星钟差改正数和电离层改正数。利用专用大功率电台或专用卫星将这些改正数发送给用户。用户利用这些改正数对测得的观测量进行修正,最后计算出点位坐标,精度可达到1m。这样的差分方式定位精度不受距离限制。目前,用户只要拥有一台广域差分GPS接收机就可接收香港上空Omistar卫星的广域差分信号进行精密定位,但属付费应用。3.6.1GPS为了对付AS政策,采用了一种称为P-W跟踪技术,亦称Z 跟踪技术。应用P-W技术和L1与L2交叉相关技术,恢复
20、出L2载波相位观测值。这一技术不要求知道W码的结构,只要求知道W码的定位信息,于是克服了保密P码的AS影响。这种定位信息可由实验方法测定出近似值即可。由Z跟踪技术提取Y码,能获得L1,L2载波全波的观测量。这种方法获取数据的信噪比是很高的,比相关接收提高了13dB, 比平方技术提高了16dB,甚至比码相关技术提高了3dB。这样, 使得GPS 静态相对定位的精度跨入了毫米量级。3.6.1GPS3.6.1.4 空间和控制段现阶段运行的GPS标称星座包含24颗卫星，最大数目可达36颗。所有运行的卫星均提供完全的服务，而不是只有当一颗卫星出现故障时才利用处于待命状态的新卫星代替它。GPS卫星有若干代，
21、包含计划的下一代，各代卫星见表1。3.6.1GPS表1 过去、现在和经来的下一代GPS卫星3.6.1GPSBlock卫星为原型卫星，Block和后继的卫星提供了运行服务。BlockA和后继的卫星采用了动量控制，从而保持其轨道不受控制段的干扰。BlockR卫星引入了自动导航特性，从而导航电文数据的更新可以不依赖控制段，而使用星间测距进行更新。在Block卫星上，广播信号的功率更高，并进一步引入了新的信号。Block和BlockAGPS卫星的设计寿命为7.5年，但是大多数卫星的使用寿命更长。BlockR/BlockF卫星的设计寿命分别为10年和12.7年。3.6.1GPS GPS卫星轨道半径为26
22、660km（距离地面约为20100km），相对于惯性空间的周期为半个恒星日（11h58min），地面轨迹大约一个恒星日重复一次。GPS星座按岁差相对地球表面进动，每个恒星日大约进动4min。Blocks到BlocksF的卫星分布在六个轨道平面上，其轨道倾角为55，轨道平面与地球赤道的交点是在地球赤道上每隔60均匀分布，如图6.10所示。每一个轨道平面至少包含4颗卫星。在轨道上，这些卫星并不是均匀分布的。3.6.1GPS 当在轨道平面上至少包含4颗卫星时，其中两颗卫星之间相隔30，而其他的两颗相隔分别为92和137。这样设计的目的主要是为了减少单卫星停用带来的影响。 图2 GPS卫星的轨道3.6
23、.1GPS 最初的GPS运行控制段（Operational Control Segment，OCS）包含：一个主控站（Master Control Station，MCS），位于美国科罗拉多州泉城的Schiriever空军基地；五个（后来是六个）监测站；四个上行注入站。在LAII计划下，这些站正在升级。通过合并NGA基站，监测网络在2005年扩展到了12个基站，到目前为止正在进一步扩展至17个监测站。3.6.1GPS 3.6.1.5 信号GPS导航信号包含10种不同的信号，通过三个频段广播，这三个频段分别为L1（link1）、L2（link2）和L5（link5）。L1的载波频率为1575.4
24、2MHz；L2载波频率为1227.60MHz；L5载波频率为1176.45MHz。对于每一个频段，宣称的双边信号带宽为30.69MHz。表2对所有的信号进行了总结。3.6.1GPS 表2 GPS信号的特性3.6.1GPS由于粗/捕获（Coarse/Acquisition，C/A）码和精密（加密的精密P（Y）码信号在GPS现代化项目之前已经存在，因此将他们称为传统的GPS信号。加密的精密码（Y码）由公开精密码（P码）乘以一加密码所构成，只有授权的PPS用户才能够使用。通常所有的GPS卫星广播的是Y码，但是也能够切换到广播P码。不需要采用加密码，GPS信号仿真器可以采用P码来测试PPS用户设备。3
25、.6.1GPS在多个频段上广播SPS信号将改善定位的精度和鲁棒性。L2C信号由时分复用的两路信号组成：一个是调制有导航电文的民用中等长度码，一个是没有调制导航数据的民用长码，两者的码速率为511.5Kchip/s。新的军码信号是首次采用BOC调制的GNSS信号。这样做的目的就是使M码的频谱与SPS信号的频谱相分离，从而允许使用干扰防止敌方使用GPS服务，并在不干扰民用GPS服务的情况下加大PPS信号的发射功率。3.6.1GPS对初始M码设计的修改，引入了时分数据多路复用（TDDM），因此导航电文信息仅仅调制在PRN码的交替码片上。和L2C信号一样，接收机可以采用调制导航电文的信号、没有调制导航
26、电文的信号，或者两者都采用。3.6.1GPS功率谱密度（PSD）如图3所示：图3 功率谱密度（PSD）3.6.1GPS图4 GPS信号多路功率谱密度3.6.1GPS 3.6.1.6 导航电文GPS卫星广播三种不同的导航电文信息。传统的导航电文信息同时在C/A码和两个P(Y)码信号上广播，MNAV导航电文信息在M码信号上广播，CNAV导航电文信息在L2C信号（CM分量）和L5I信号上广播。在将来，将在L1C信号上引入C2NAV导航电文。传统的导航电文没用采用前向纠错编码（FEC）的固定帧格式广播，数据率为50b/s。电文分解为30位的字，每个字的传播时间为0.6s，包含一个奇偶校验。3.6.1G
27、PS 一个完整的导航电文信息，其持续时间为12.5min。卫星时钟修正数据和用16个开普勒轨道参数表示的卫星星历信息每30s广播一次。当导航电文数据更新时，星历数据龄期（IODE）和时钟数据龄期（IODC）整数就累加一次，当前是每2h更新一次。历书（Almanac）数据每12.5min广播一次。历书数据包含整个星座的概略星历参数、时钟修正参数、卫星健康状态。历书数据主要用来辅助用户设备选星和卫星信号捕获。GPS时间跟世界协调时（UTC）同步。3.6.1GPS3.6.1.7 增强系统增强系统对GPS系统进行了如下的补充：附加的测距信号、差分修正服务和完好性预警。目前存在两种主要类型的增强系统：空
28、基增强系统（Space-Based Augmentation System, SBAS），主要服务大的国家或者是小的大陆，通过静止地球轨道卫星向用户广播；地基增强系统（Ground-Based Augmentation System, GBAS），服务于诸如机场等局部地区。3.6.1GPS到2011年为止，有6个SBAS系统处于不同的发展阶段，表3中对它们进行了概述。表3星基增强系统3.6.2GLONASS3.6.2.1 GLONASS简介：GLONASS从20世纪70年代中期由USSR政府开始建设，主要用于军用导航系统。和GPS一样，GLONASS提供民用和军用导航定位服务。第一颗GLONA
29、SS卫星于1982年发射升空。苏联解体后，GLONASS由俄罗斯继续开发。整个GLONASS星座于1995年完成。但是，由于俄罗斯财政以及卫星寿命等问题，到2001年星座上仅7颗可用卫星。3.6.2GLONASS在2001年8月，GLONASS现代化项目被提上日程，主要包含重建GLONASS星座、引入新的信号和升级控制段。到2007年末计划完成18颗卫星的配置，具备初步运行能力（IOC），到2009年末，计划完成全星座配置。从2004年12月开始，印度已经作为合作伙伴参与GLONASS建设。截止到2009年9月10日，空间共有19颗卫星，其中18颗正常运行，另外1颗处于维护状态。GLONASS
30、系统曾达到满星座24星运行的状态，但随着俄罗斯经济的下滑，GLONASS系统也陷入了低迷。3.6.2GLONASS也在2001年，普京总统批准了复兴GLONASS系统和对其现代化的计划。为进一步提高GLONASS系统的定位能力，开拓广大的民用市场，俄罗斯开始研制GLONASS-M型卫星,后续还将推出GLONASS-K、GLONASS-KM型卫星。3.6.2GLONASS3.6.2.2 空间和控制段整个GLONASS星座由24颗卫星组成，其中三颗卫星为备用卫星。GLONASS卫星分为三代。最初超过80%的GLONASS卫星是在1982年到2007年之间发射的。这些卫星的设计寿命为3年，其实际的平
31、均使用寿命为4.5年。第一颗现代化GLONASSM卫星在2003年发射，主要的特点：增加新的民用信号、时钟的精度更高、设计寿命为7年。3.6.2GLONASSGLONASS卫星的轨道半径为25600km，距地高度为19100km。每颗卫星的运行周期为11h15min，因此每个恒星日绕地球转2.125周。24颗GLONASS卫星均匀分布在三个轨道平面上，三个轨道平面的升交点赤经彼此相距120，轨道倾角为64.8。因此单个GLONASS卫星的地面轨迹为8个恒星日重复一次，但每一地面轨迹每一天由星座中的一颗卫星形成。图4说明了GLONASS卫星轨道。3.6.2GLONASS图4 GLONASS卫星轨
32、道3.6.2GLONASSGLONASS地基控制联合体（GBCC）主要位于俄罗斯境内，它包含一个位于莫斯科附近的系统控制中心，两个位于莫斯科的监测站，四个遥测、跟踪和控制（Telemetry，Tracking and Control，TT&C）站。TT&C站发送上行指令至卫星，同时每10-14个轨道周期进行雷达跟踪以测量卫星轨道，而监测站的测量信息仅仅用来修正卫星的时钟。激光跟踪站用来定期标校雷达跟踪。3.6.2GLONASS作为GLONASS现代化项目的一部分，GLONASS将使用至少包含12个监测站的网络来测量GLONASS测距信号，然后改为使用这些测距信号来确定GLONASS卫星轨道参数
33、。截止2012年，空间段和控制段的现代化使得GLONASS的定位精度与GPS的定位精度已经接近。3.6.2GLONASS3.6.2.3 信号和GPS一样，一些GLONASS信号仅仅在新一代卫星上广播。P码最初仅仅为军队用户设计，并且能够加密。GLONASS L1和L2频段分别比GPS L1和L2频段要稍高一点，而GLONASS L3频段在GPS L5频段和GPS L2频段之间。表4对GLONASS信号进行了总结。3.6.2GLONASS表4 GLONASS信号的特性3.6.2GLONASSGLONASS的C/A码的长度为511码片，周期为1ms，码速率为511Kchip/s，而P码的码速率为5
34、.11Mchip/s，被截断为1s的周期。不同于GPS，GLONASS使用的是频分多址（FDMA），即每一颗卫星在不同频率上广播相同的PRN码。每一颗卫星分配一通道号K，其在L1频段上占用的频率为1602GHz+0.5625GHz，而在L2频段上占用的频率为1246GHz+0.4375GHz。3.6.2GLONASS在L3子频段，同相和正交相BPSK信号以4.095Mchip/s速率广播。当前提出的通道配置为1201.5+0.421875k。然而未来采用CDMA技术的GLONASS信号正在研究中。基于GPS L1C，增加一新的信号同样也是一种选择。3.6.2GLONASS3.6.2.4 导航电
35、文GLONASS在C/A码和P码信号上广播不同的导航电文信息。两个导航电文都使用没有前向纠错编码（FEC）的固定帧格式，数据率为50b/s，每一串导航电文信息分解为100bit，持续时间为2s，并且包含奇偶校验。一个完整的C/A码电文每2.5min重复一次，而P码电文每12min重复一次。卫星的星历和卫星时钟参数，在C/A码上每30s广播一次，而在P码上每10s广播一次，并且历书信息按照与整个导航电文相同的速率广播。3.6.2GLONASSGLONASS并不广播电离层模型参数。所发射卫星的星历表示成带参考时间的ECEF系下的位置、速度和加速度形式，而不是用开普勒轨道参数表示。用户设备采用简单的
36、差值方法来确定当前的位置、速度。广播星历参数每30min重复一次。在L3频段上将广播新的导航电文信息，其中可能包含完好性信息和差分修正信息。3.6.2GLONASS3.6.2.5 GLONASS未来的发展 俄罗斯计划对系统做许多改进，这些改进包括地面控制部分的改进、差分GLONASS改进以及空间部分的改进。技术难点1 1目前GLONASS工作不稳定，卫星工作寿命短，在轨卫星只有12颗。 2 2GLONASS用户设备发展缓慢，生产厂家少，设备体积大而笨重。 3 3由于GLONASS采用的是FDMA，所以用户接收机中频率综合器复杂。 4 4对GPS/GLONASS兼容接收机，需解决两系统的时间和坐
37、标系统问题。 3.6.3Galileo3.6.3.1 Galileo简介：伽利略（Galileo）卫星导航系统的开发最初由欧盟（EU）和欧洲航天局（European Space Agency，ESA）于1999年提出。第一颗试验卫星GIOVEA于2005年12月28日升空，紧接着测试卫星GIOVEB和GIOVEA2在2007年2008年发射。用于开发阶段在轨验证的首四颗永久星座的卫星中的前两颗已于2011年10发射升空，第三颗和第四颗将于2012年10月发射，紧接着将发射全星座配置的卫星。3.6.3Galileo按照目前计划，到2014年具备初步运行能力，2018年具备全面运行能力。与GPS和
38、GLONASS不同，Galileo设计为纯粹的民用导航系统，它由GNSS监督管理局管理，主要由欧盟资助发展。Galileo提供四种导航服务：开放服务（Open Service，OS）、生命安全（Safety Of Life，SOL）服务、商业服务（Commercial Services，CS）和公共规范服务（Public Regulated Service，PRS）。除此之外，Galileo同样提供搜索救援（Search And Rescue，SAR）服务。3.6.3GalileoGalileo开放服务（OS）通过两个频段上的信号来为所有具有合适接收设备的用户提供免费服务。当具备完全运行能力（
39、FOC）之后，Galileo将提供和GPS现代化SPS服务相同定位精度的性能:水平定位精度2m（1），垂直定位精度4m（1）。Galileo开放服务（OS）可能在其他服务之前开始实行。3.6.3GalileoSOL和OS使用同样的信号，但是增加了信号的完好性和认证数据，这些数据用来确定Galileo信号的真实性，防止被欺骗。PRS的设计目的，是为欧盟成员国的信任订户提供高完好性、连续性和抗干扰服务，如急救服务和安全服务。由于可以广播完好性预警信息和差分修正，Galileo已经有效地内嵌SBAS。3.6.3Galileo3.6.3.2 空间和地面段Galileo系统的标称星座由27颗工作卫星组成
40、。Galileo卫星的轨道半径为29600km，卫星每14h5min绕地球一周，因此每个恒星日卫星沿轨道运行了1.7周。Galileo地面轨迹10恒星日重复一次。Galileo卫星分布在三个轨道平面上，三个轨道平面的升交点赤经彼此相距120，轨道倾角为56，如图5所示，每个轨道上有9颗卫星，正常情况下各卫星间相距40，误差在2内。3.6.3Galileo 图5 Galileo卫星轨道3.6.3GalileoGalileo地面段包括两个单独的系统：地面控制段（Ground Control Segment，GCS）和地面任务段（Ground Mission Segment，GMS）。本质上，地面控
41、制段控制卫星硬件，而地面任务段控制导航服务，包括导航电文的生成和完好性预警。地面控制段的控制中心位于德国的慕尼黑附近，而地面任务段的控制中心位于意大利Fucino空间中心。地面控制段和地面任务段的备用控制中心将建在西班牙境内。3.6.3Galileo地面控制段将使用由5个TT&C基站组成的网络，而GMS将使用由10个上行注入站组成的网络，其中一些上行注入站和TT&C基站在同一位置，大约30个传感器站（GSSs）构成的全球网络用来监测Galileo信号。在IOV阶段，将部署1个控制中心、2个TT&C基站、5个GMS上行注入站和18个GSS。采用大约10min周期的批处理来确定。3.6.3Gali
42、leo3.6.3.3 信号Galileo系统在三个频段上广播10种不同的导航信号，三个频段分别为：E5、E6和E1-L1-E2。E5频段的中心频率为1191.795MHz，带宽为92.07MHz（90*1.023MHz）。E5分成E5a和E5b两个子频段，载波频率分别为1176.45MHz和1207.14MHz。3.6.3Galileo表5对Galileo系统的信号进行了总结。表5Galileo信号的特性3.6.3Galileo表6分别给出了Galileo系统OS、SOL和CS测距码的码长和重复周期。测距码通常采用分层码。对于调制导航电文信号的测距码，总码长度设置为导航电文数据符号的长度。而对
43、于没有调制导航电文的信号，或者导频信号，其码周期设置为100ms以确保码的长度乘以光速不小于卫星至用户的距离。3.6.3Galileo表6Galileo OS、SOL和CS码长度3.6.3Galileo图6所示为Galileo多路信号复用功率谱密度。Galileo卫星采用混合信号复用方式广播E5-a和E5-b信号。图6 Galileo多路信号复用功率谱密度3.6.3Galileo图7 Galileo多路信号复用功率谱密度（对数坐标）3.6.3Galileo3.6.3.4 导航电文Galileo卫星导航系统广播四种不同的导航电文信息：调制在E5a-d信号上的免费导航电文信息（Freely Acc
44、essible，FNAV）；调制在E5b-d和L1F-d上的完好性导航电文信息（Integrity，INAV）；集中在E6c-d上的商用导航电文信息（Commercial，CNAV）和调制在两个PRS信号上的官方导航电文（Government-access，GNAV）。3.6.3Galileo除了同步字以外，所有的Galileo导航电文都采用1/2速率的前向纠错编码（FEC）。所以对于FNAV，数据的速率为25b/s；对于INAV，数据的速率为125b/s；对于CNAV，数据的速率为500b/s。所有Galileo导航电文都有一个灵活的帧结构。除了CNAV之外，所有电文类型都广播导航数据。星历
45、和历书数据与GPS传统导航电文中的类似，而对于发射卫星和星座，卫星时钟参数的分辨率更高。3.6.3GalileoGalileo系统时间（GST）与国际原子时间（TAI）相比较精度在50ns以内。和GPS时间一样，GST用星期和秒来表示，但是GST每4096周（大约78年）重新开始计数。3.6.4北斗3.6.4.1 北斗简介北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（CNSS），系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。3.6.4北斗发展过程2000年10月31日，中国自行研制的第一颗
46、导航定位卫星“北斗导航试验卫星”在西昌卫星发射中心发射成功。2000年12月21日，20世纪中国航天最后一次发射获得圆满成功。2000年12月21日0时20分，我国自行研制的第二颗“北斗导航试验卫星”发射升空，并准确进入预定轨道。2003年5月25日，我国在西昌卫星发射中心用长征3A运载火箭，成功地将第三颗北斗导航定位卫星送入太空。3.6.4北斗2007年2月3日零时28分, 成功将北斗导航试验卫星送入太空。该北斗导航试验卫星在西昌卫星发射中心发射升空后,因太阳帆板展开时发生故障,造成卫星不能正常运行。2007年4月11日，2月3日发射升空的北斗导航试验卫星故障已被排除，卫星运行姿态良好，星上
47、仪器工作正常，已转入在轨长期管理。2007年，两颗静止地球轨道卫星再次发射，其经度分别位于58.8和160，中国政府使用“北斗”卫星开始着手发展新一代卫星导航系统，称为“北斗 ”卫星导航系统。 “北斗 ”卫星导航系统将增加类似GNSS开放接口的信号，同时也扩展了覆盖区域。2011年12月27日起，开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。3.6.4北斗下一步将发射的三颗卫星是地球同步卫星，其轨道与赤道的倾角为55，与赤道交点经度为118。卫星轨道周期为一个恒星日。此外，中国政府计划增加27颗MEO卫星，其轨道半径为27800km，倾角为55，将“北斗”卫星导航系统扩展到全球覆盖。首颗M
48、EO卫星于2007年发射。截止2012年5月在轨卫星12颗，已经初步具备区域导航、定位和授时能力。北斗卫星导航系统将在2020年形成全球覆盖能力。目前其定位精度优于20m，授时精度优于100ns。 3.6.4北斗最初的“北斗”卫星导航系统采用基于三个静止地球轨道卫星的星座，三颗卫星的经度分别为80.2、110.4 和139.9 。第一颗卫星于2000年末发射升空，在2004年初“北斗”卫星导航系统具备了完全运行能力（FOC）。在精度70 -150 的范围内，覆盖中国和邻近国家， “北斗”卫星导航系统主要为道路、铁路和海事应用所设计，是一个完全独立与GNSS的卫星导航系统。3.6.4北斗为了避免
49、对接收机时钟进行同步的需求，系统采用双向测距而不是无源测距。这样仅仅需要两颗卫星的信号就可以获得二维导航解。功能 短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。现在可以达到一次传送多达120个汉字的信息。目前在远洋航行中有重要的应用价值。3.6.4北斗 精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。定位精度：水平精度100米(1)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。系统容纳的最大用户数：每小时540000户。3.6.4北斗3.6.4.1 信号 “北斗”卫星在载波频率2481.75MHz上广播导航信号，而用户设备在载波频率1615.68MHz上传回导航信号。码片的速率为4.08Mchip/s。在“北斗”标校基站网络的覆盖范围内，定位精度在20m（1）以内， “北斗”卫星导航系统每小时能够提供将近540000个位置解。3.6.4北斗 表7 “北斗”GNSS信号特性和码长度比较3.6.4北斗如表7所示， “北斗”卫星导航系统在三个频段的每一个频段上都广播了调制导航电文的信号和导频信号，在调制导航电文的信号上采用了分层码。另外，在载波1589.742MHz上可能广播2.046Mchip/s的信号。谢谢
