【正文】 道升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差120度。軌道偏心率e=。衛(wèi)星運(yùn)行周期T=11時(shí)15分()。衛(wèi)星高度H=19100km。，直至1995年衛(wèi)星星座布成，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加載、調(diào)整和檢驗(yàn)，已于19%年1月18日整個(gè)系統(tǒng)正式運(yùn)轉(zhuǎn)。 2)地面系統(tǒng):地面控制站組(GCS)設(shè)有1個(gè)系統(tǒng)控制中心，1個(gè)指令跟蹤站(CTS整個(gè)跟蹤網(wǎng)絡(luò)分布于俄羅斯境內(nèi)。CTS跟蹤遙控著所有GLONASS可視衛(wèi)星，對(duì)其進(jìn)行測(cè)距數(shù)據(jù)的采集和處理，并向各衛(wèi)星發(fā)送控制指令和導(dǎo)航信息。在GCS內(nèi)裝有激光測(cè)距設(shè)備對(duì)測(cè)距數(shù)據(jù)作周期修正，為此所有的GLONASS衛(wèi)星上都裝有激光反射鏡。 1)衛(wèi)星信號(hào) 每顆GLONASS衛(wèi)星配有艷原子鐘，以便為所有星載設(shè)備提供高穩(wěn)定的時(shí)標(biāo)信號(hào)。GLONASS衛(wèi)星同樣向地面發(fā)射兩種載波信號(hào)L1載波信號(hào)的頻率為16021616MHz。LZ載波信號(hào)的頻率為1246^ 1256MHz。其中L1載波信號(hào)為民用，L2載波信號(hào)為軍用。GLONASS衛(wèi)星之間的識(shí)別方法采用頻分復(fù)用(FDMA)技術(shù)，, GLONASS衛(wèi)星測(cè)距粗碼(C/A碼) MHz，碼長(zhǎng)為511比特，重復(fù)周期為lms。 GLONASS衛(wèi)星也采用類似GPS信號(hào)的P碼。 2)定位精度水平精度:士50^70m。垂直精度:士75m。測(cè)速精度:士15cm/s。 3)定位原理 與GPS相同。 為了打破美國(guó)GPS在衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的壟斷，1999年歐洲提出了建立伽利略(Galileo)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的計(jì)劃，這是歐洲開發(fā)的最重要的航天計(jì)劃。2005年12月27日，第一顆伽利略衛(wèi)星GLOVEA發(fā)射升空，第二顆衛(wèi)星GLOVEB于20%年發(fā)射，這標(biāo)志著伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)正式進(jìn)入實(shí)施論證階段。伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)是歐洲空間局(ESA)主導(dǎo)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由27+3顆衛(wèi)星分布在3個(gè)軌道平面上，計(jì)劃于2008年運(yùn)行，目前己經(jīng)推遲到2010年。伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)將提供高精度、全球覆蓋的導(dǎo)航定位服務(wù)，并可以與GPS, GLONASS互操作和兼容。2004年10月，中歐Galileo計(jì)劃技術(shù)合作協(xié)議在北京正式簽署，中國(guó)投入2億歐元參與了這項(xiàng)計(jì)劃(9l0 1)衛(wèi)星星座:由3個(gè)獨(dú)立的圓形軌道，30顆中等高度衛(wèi)星(MEOMiddle Earth Orbit)衛(wèi)星組成((27顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星)。衛(wèi)星的軌道傾角為56度，公轉(zhuǎn)周期T=14小時(shí)23分14秒，軌道高度H=23616km。 2)地面系統(tǒng):在歐洲建立2個(gè)控制中心，在全球構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)。 3)定位原理:與GPS相同。 4)定位精度:導(dǎo)航定位精度比目前任何系統(tǒng)都高。“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng) GPS和“格魯納斯”都是為軍事應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的，完全由軍方控制，無(wú)法保證服務(wù)信息始終保持不中斷。例如，美國(guó)在20世紀(jì)90年代的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，不僅中斷了全球定位系統(tǒng)，而且給P碼加密，使對(duì)方無(wú)法使用。雖然“伽利略”系統(tǒng)是一個(gè)民用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，這個(gè)導(dǎo)航也會(huì)遭到控制，特別是美國(guó)會(huì)直接插手“伽利略”。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中，出于軍事需要的考慮，中國(guó)必須發(fā)展自己獨(dú)立的系統(tǒng)。 2000年10月31日和12月21日，我國(guó)發(fā)射了兩顆北斗一號(hào)衛(wèi)星，并由其構(gòu)成獨(dú)特的“雙星有源定位系統(tǒng)”。第三顆北斗一號(hào)衛(wèi)星于2003年5月25日發(fā)射升空，它是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的備份星，與前兩顆工作衛(wèi)星組成我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)[(}10 1)衛(wèi)星星座:由3顆同步靜止衛(wèi)星組成(其中1顆在軌備用)，分別定位于東經(jīng)80度和東經(jīng)140度，軌道傾角i=0度，公轉(zhuǎn)周期T=24小時(shí)，軌道高度H=36000km。 2)地面系統(tǒng):一個(gè)中心站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)測(cè)控、定位信號(hào)的發(fā)射與接收、用戶坐標(biāo)的解算與發(fā)布、雙向授時(shí)、發(fā)送導(dǎo)航電文，監(jiān)視和控制整個(gè)系統(tǒng)的工作情況等。 3)標(biāo)校系統(tǒng):有測(cè)軌、定位、測(cè)高三類標(biāo)校站。測(cè)軌標(biāo)校站為精確測(cè)量衛(wèi)星的位置提供基準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)。定位標(biāo)校站為差分定位提供基準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)高標(biāo)校站為氣壓測(cè)高法提供基準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)。1)服務(wù)區(qū)域:東經(jīng)70度~145度，北緯50度~55度。2)用戶設(shè)備:定位收發(fā)機(jī)的瞬間發(fā)射功率較大。3)定位精度:平面精度士20m,垂直精度士l Or n. 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的定位原理為:地面中心站通過(guò)2顆同步靜止定位衛(wèi)星傳送測(cè)距問(wèn)詢信號(hào)，如果用戶需要定位則馬上回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。地面中心站可根據(jù)用戶的應(yīng)答信號(hào)的時(shí)差計(jì)算出戶星距離，這樣以兩顆定位衛(wèi)星為中心以兩個(gè)戶星距離為半徑可作出兩個(gè)定位球。而兩個(gè)定位球又和地面相交產(chǎn)生兩個(gè)定位圓，用戶必定位于兩個(gè)定位圓相交的兩個(gè)點(diǎn)上(這兩個(gè)交點(diǎn)一定是以赤道為對(duì)稱軸南北對(duì)稱的)。地面中心站求出用戶坐標(biāo)后，再根據(jù)坐標(biāo)在地面數(shù)字高程模型讀出用戶高程一進(jìn)而讓衛(wèi)星轉(zhuǎn)告用戶。 北斗定位系統(tǒng)采用三球交會(huì)測(cè)量原理進(jìn)行定位，即分別以兩顆衛(wèi)星為球心、到用戶的距離為半徑作兩個(gè)球面，再以地球質(zhì)心為球心，到用戶的距離為半徑作一個(gè)球面，三個(gè)球面的交會(huì)點(diǎn)就是用戶的位置(計(jì)算時(shí)要排除其鏡像點(diǎn))。衛(wèi)星到用戶的距離可以用定位信號(hào)的傳播延時(shí)計(jì)算出來(lái)，而地心到用戶的距離則可用中心站的數(shù)字地形圖查出或用氣壓高度表測(cè)量出來(lái)，于是求解如下方程可以計(jì)算出用戶坐標(biāo)(x0, y0, z0):(xi一xo)2 +(Yr一Yo)2 +(Z，一Zo)2=R。2,i=1,2,3 (21)式中，(xi, yi, zi) (i=1, 2, 3)分別表示衛(wèi)星1, 2和地球質(zhì)心的坐標(biāo)。RI, R2,R3分別表示用戶機(jī)到衛(wèi)星1, 2和地球質(zhì)心的距離。兩顆衛(wèi)星的坐標(biāo)、地球質(zhì)心的坐標(biāo)以及衛(wèi)星到用戶的距離、地心到用戶的距離都可以測(cè)出，所以可以解算出用戶坐標(biāo)。當(dāng)然，在實(shí)際中要考慮到各種誤差對(duì)測(cè)距的影響，以便對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。北斗定位系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的主要區(qū)別在于:GPS采用的是非同步多衛(wèi)星定位原理，一般要求獲取4顆以上衛(wèi)星位置和到用戶的距離，才可以得到用戶的經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù)，其定位處理部分分散到各個(gè)用戶機(jī)來(lái)完成。在雙星系統(tǒng)中，高程值由數(shù)字地圖或氣壓測(cè)高站提供。并且，信息處理中心具有定時(shí)和短報(bào)文通信功能[al02. 4 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是美國(guó)從本世紀(jì)70年代由美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)開始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，是具有在海、陸、空，進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約20200千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。24顆衛(wèi)星(其中3顆為備用衛(wèi)星)均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分，分布在六個(gè)軌道面上(每軌道面4顆)，軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前己遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，并開始逐步深入人們的日常生活。2. 4. 1 GPS系統(tǒng)的組成 GPS系統(tǒng)包括三大部分:空間部分一GPS衛(wèi)星星座。地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng)。用戶設(shè)備部分一GPS信號(hào)接收機(jī)。 1)空間部分一GPS衛(wèi)星星座:由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作((21+3)GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個(gè)軌道平面之間相距60度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。在兩萬(wàn)公里高空的GPS衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵?lái)說(shuō)自轉(zhuǎn)一周時(shí)，它們繞地球運(yùn)行約二周，繞地球一周的時(shí)間為差兩分鐘12恒星時(shí)。這樣，對(duì)于地面觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見到4顆，最多可見到11顆?？臻g部分的三顆備用衛(wèi)星，可在必要時(shí)根據(jù)指令代替發(fā)生故障的衛(wèi)星，這對(duì)于保障GPS空間部分的正常高效的工作極為重要。 在用GPS信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)，為了計(jì)算測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，必須觀測(cè)4顆GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。對(duì)于某地某時(shí)，甚至不能測(cè)得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時(shí)間段叫做“間隙段”。但這種時(shí)間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位測(cè)量。GPS工作衛(wèi)星的編號(hào)和試驗(yàn)衛(wèi)星基本相同。 2)地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng):GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機(jī)、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計(jì)算機(jī)。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站設(shè)在范登堡空軍基地，它對(duì)地面監(jiān)控部實(shí)行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對(duì)GPS衛(wèi)星的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。注入站的主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其他控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)，并檢測(cè)注入信息的正確性。這種注入每天對(duì)每顆GPS衛(wèi)星進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。 3)用戶設(shè)備部分一GPS信號(hào)接收機(jī)GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是:能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)是一種可供無(wú)數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備，即GPS信號(hào)接收機(jī)，就可以在任何時(shí)候用GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量。根據(jù)使用目的的不同，用戶要求的GPS信號(hào)接收機(jī)也各有差異。目前，世界上有很多廠家生產(chǎn)GPS接收機(jī)，產(chǎn)品數(shù)目繁多，性能差異也各有千秋[(6](710 1)定軌精度:廣播星歷是由美國(guó)本土以及海外軍事基地上的5個(gè)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)解算的。因測(cè)站數(shù)量少，故衛(wèi)星定軌精度不高。廣播星歷所預(yù)報(bào)的衛(wèi)星位置的切向誤差士5m。徑向誤差士3m。法向誤差士3m。精密星歷是由美國(guó)國(guó)防制圖局根據(jù)全球20多個(gè)衛(wèi)星跟蹤站的觀測(cè)資料解算的，因測(cè)站數(shù)量多且分布范圍廣故衛(wèi)星定軌精度較廣播星歷高一個(gè)數(shù)量級(jí)。值得指出的是，由國(guó)際GPS地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)組織(IGS)所測(cè)算預(yù)報(bào)的精密星歷比美國(guó)軍方測(cè)定的精密星歷的精度要高得多，衛(wèi)星位置精度可達(dá)土3厘米。 2) GPS信號(hào)包含有三種信號(hào)分量，即載波、測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼。這些信號(hào)分量都是在同一個(gè)基本頻率FO=。每個(gè)GPS衛(wèi)星在兩個(gè)頻率波段上發(fā)布獨(dú)立信號(hào)。GPS衛(wèi)星的測(cè)距和數(shù)據(jù)碼是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上，即在兩個(gè)波段(L1==)的載波信號(hào)中。粗獲碼(C/A碼)是一種短碼，用于跟蹤、鎖定測(cè)量的偽隨機(jī)碼，波長(zhǎng)約為300米，周期為1Mso P碼是GPS的精測(cè)碼，[39。 l] e 美國(guó)國(guó)防部1992年宣布在所有GPS衛(wèi)星上實(shí)施選擇可用性(SA,SelectiveAvailability)技術(shù)，降低C/A碼的水平定位精度和垂直方向的定位精度，在水平方向上為100米，垂直方向上為156米。這種采用SA技術(shù)的C/A碼定位技術(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)精度(SPS, Standard Positioning Service). SA的實(shí)施有兩種技術(shù)，一種是降低了衛(wèi)星鐘的短期穩(wěn)定性，另一種是使衛(wèi)星廣播星歷的精確性降低。由于SA的影響，引起的等效偽距測(cè)量誤差大約為30米，這是影響GPS定位精度的最主要原因。由于美國(guó)SA政策(雖然美國(guó)己經(jīng)宣布取消了SA，但是美國(guó)政府隨時(shí)可能起用SA政策)，民用的定位精度，這樣的精度在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中，往往會(huì)出現(xiàn)車子在A道路上，在監(jiān)控中心的電子地圖上卻顯示出車輛在B道路上行駛的問(wèn)題。為了盡量降低SA政策對(duì)定位精度的影響和盡可能的消除或減少上面提到的誤差，人們提出了差分GPS技術(shù)，即DGPS(Differential GPS)。 3)定位精度:利用偽隨機(jī)碼(測(cè)距碼)的信號(hào)單機(jī)測(cè)量，理論上按照目前測(cè)距碼的對(duì)齊精度約為測(cè)距碼波長(zhǎng)的1/100計(jì)算，測(cè)距粗碼(C/A碼)的測(cè)距精度約為士3m。而測(cè)距精碼((P碼)。為了消除公共誤差提高定位精度，可利用2臺(tái)以上的載波相位GPS定位儀實(shí)行聯(lián)測(cè)定位，對(duì)于載波信號(hào)單頻機(jī)的相對(duì)定位精度可達(dá):士((5mm+2ppm X D)其中D為兩臺(tái)儀器的相對(duì)距離。對(duì)于載波信號(hào)雙頻機(jī)，它能有效的消除電離層延時(shí)誤差，其相對(duì)定位精度可達(dá):士((1 mm+lppm X D )。全球定位技術(shù)不但精度高，而且定位速度快，可以滿足飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星等高速運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航定位的需要【131a GPS系統(tǒng)定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法確定待測(cè)點(diǎn)的位置，即如果能夠知道到幾個(gè)已知點(diǎn)的距離那么就可以求出所處的位置[]a GPS定位系統(tǒng)的己知點(diǎn)就是空中運(yùn)行的GPS工作衛(wèi)星。每顆GPS衛(wèi)星時(shí)刻發(fā)布其位置和時(shí)間數(shù)據(jù)信號(hào)，用戶接收機(jī)可以測(cè)量每顆衛(wèi)星信號(hào)到接收機(jī)的時(shí)間延遲，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)乃俣染涂梢杂?jì)算出接收機(jī)到不同衛(wèi)星的距離。同時(shí)收集到至少四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時(shí)就可以解算出三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間(如圖21所示)[301a 假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定四個(gè)方程式(如公式22所示): 上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)x, y, z和vto為未知參數(shù)，其中di=cAti Q I, 2,3, 4), di (i=1, 2, 3, 4)分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星3,衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距