运载工具导航3

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1、运载工具导航路小波教授东南大学教育部智能运输系统工程研究中心1第一章绪论21.1引言导航的定义：引导运载工具（或人）从一个地方到另一个地方。通常的方式：人的眼睛、常识、地标；时钟；汽车的里程表等。应用中需要更复杂的导航方式，如无线电导航。无线电导航：用无线电设备测定运载体的地理坐标，引导它们有目的地从一地向另一地运动的技术。如：飞机，轮船，车辆（公交、出租、货运公司车、特种车辆、野外车辆）。用户的无线电导航接收机接收来自一个或多个无线电导航装置的导航信号，处理计算出位置、速度等导航信息。卫星导航是无线电导航的一种。卫星导航系统提供全球、全天候、高精度的导航服

2、务，越来越受到人们的欢迎。31.2卫星导航发展概况1．子午仪卫星导航系统早期的卫星导航系统：美国海军卫星导航系统（NNSS，NavyNavigationSatelliteSystem），称为子午仪卫星导航系统。是世界上最早研制成功的卫星导航系统。该系统由美国海军和约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制。起因：1957年应用物理实验室在对前苏联发射的第一颗人造地球卫星观测时，发现地面接收站的位置一定时，在卫星通过接收站视界的时间内，所接收的无线电信号的多普勒频移曲线与卫星的轨道有一一对应关系。这意味固定于地面的接收站，只要测得卫星通过其视界期间的多普勒频移曲线，就

3、可确定卫星的轨道。若卫星的运行轨道是已知的，根据接收站测得的多普勒频移曲线，便能确定接收站在地面的位置。于是提出了研制卫星导航系统的建议。1958年12月正式开始研制，定名为海军卫星导航系统（NNSS）。1964年1月正式投入使用，1967年7月美国政府宣布该系统兼供民用。41.2卫星导航发展概况多普勒效应：波源与接收者有相对运动时，接收者收到的信号频率和两者相对静止时收到的信号频率不同。是奥地利物理学家多普勒（C.J.Doppler）于1842年发现的。多普勒频移：接收者收到的信号频率与波源发出的信号频率之差称为多普勒频移。它与波源的频率和其运动速度、方向

4、有关。波源接近接收者运动时，接收频率高于波源频率，波源背离接收者运动时，接收频率低于波源频率。多普勒频移值的大小，可以表示波源接近/远离速度的大小。子午仪卫星导航系统在卫星导航定位技术发展史上具有划时代的意义。缺点：卫星数目少（6颗），运行高度低，观测到卫星的间隔长（1.5小时），定位时间长，定位精度较低，且不能确定用户的位置高度。51.2卫星导航发展概况2．全球定位系统（GPS）1973年美国开始研制导航星系统（NAVSTAR，NAVigationSatelliteTimingAndRanging），也称全球定位系统（GPS,GlobalPositioni

5、ngSystem），此系统比子午仪卫星导航系统有更高的精度，且能连续提供三维位置（经度，纬度，高度）、速度和时间，实现连续实时的导航定位。GPS的研制分为三个阶段:第一阶段（1973-1978）是方案论证阶段。第二阶段（1979-1985）是工程研制和系统试验阶段，测试结果表明系统达到预定设计目标。第三阶段为改善系统性能，整个系统投入使用阶段。1993年12月系统达到初始运行能力，1995年4月系统达到全运行能力。美国把发展GPS作为促进整个无线电导航系统现代化的核心，把建成GPS系统作为无线电导航领域进入21世纪的重要标志。61.2卫星导航发展概况GPS提

6、供两种服务：标准定位服务（SPS）和精密定位服务（PPS）。标准定位服务为民用。精密定位服务为美国核准的军方用户和选定的政府部门用户使用。精密定位服务（PPS）：精度高。使用受到控制。通过反欺（Antispoofing，AS）和选择可用性（SelectiveAvailability，SA）两种加密特性实现。AS是一种防止欺骗干扰的机制；实施SA是为了让SPS用户不能充分得到系统的精度。SA使卫星时钟发生“颤动”，因此使TOA（到达时间）测量精度变差。同时，SA还在所广播的导航数据参数中引入误差。PSP用户通过密码机制去掉SA的影响。标准定位服务（SPS）：全

7、世界所有用户均可使用。SA是SPS导出定位值的主要误差源。2000年5月1日，美国政府取消了限制民用精度的SA政策，使民用C/A码的精度大大提高。71.2卫星导航发展概况改善与提高GPS定位精度的措施：差分GPS；组合式导航系统。差分GPS：在实际应用中，需要更高的定位精度。需要采用能提高GPS本身性能的技术：差分GPS。其方法是消除两个（或更多）对同样一些卫星进行距离测量的接收机之间的相关的（共同的）误差。将在第4章讨论。组合式导航系统：在GPS信号中断期间（天线被遮挡或外部干扰），可采用其它传感器辅助导航（最常用的传感器是惯性传感器），形成组合式导航系统

8、。将在第5章讨论。81.2卫星导航发展概况自从子午仪