北斗100问丨什么是卫星导航-北斗科技文化网

卫星导航通过接收导航卫星发送的导航定位信号,并以导航卫星作为动态已知点,实时地测定接收机的实时位置和速度,进而完成导航。其基本作用是向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息。卫星导航系统是以人造地球卫星为导航台站的天基无线电导航系统,可提供高精度、全天时、全天候的导航、定位和授时信息,是当今国民经济和国防建设不可或缺的重要空间基础设施。

卫星导航的发展历程

利用太阳、月球和其他自然天体导航已有数千年历史,由人造天体导航的设想虽然早在19世纪后半期就有人提出,但直到20世纪50年代后期第一个人造卫星发射上天才开始实现。1964年美国建成子午仪卫星导航系统,并交付海军使用,1967年开始民用;1973年又开始研制全球定位系统GPS。随着卫星导航的普及,欧洲、日本、中国也开展了卫星导航的研究和试验工作。

卫星导航系统的组成

卫星导航系统由导航卫星星座、地面监控系统和用户定位设备三个部分组成。

(1)导航卫星星座:卫星导航系统的空间部分,由多颗导航卫星构成空间星座。

(2)地面监控系统:跟踪、测量和预报卫星轨道,并对卫星上设备的工作情况进行控制管理,通常包括跟踪站、遥测站、计算中心、注入站及时间系统等部分。跟踪站用于跟踪和测量卫星的位置坐标。遥测站接收卫星发来的遥测数据,以供地面监视和分析卫星上设备的工作情况。计算中心根据这些信息计算卫星的轨道,预报下一段时间内的轨道参数,确定需要传输给卫星的导航信息,并由注入站向卫星发送。

(3)用户定位设备:通常由接收机、定时器、数据预处理器、计算机和显示器等组成。它接收卫星发来的微弱信号,从中解调并解译出卫星轨道参数和时间信息等,同时测出导航参数(距离、距离差和距离变化率等),再由处理器算出用户的位置坐标(二维坐标或三维坐标)和速度矢量分量。用户定位设备分为船载、机载、车载和单人等多种型号。

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卫星导航组成示意图

卫星导航的分类

卫星导航按测量导航参数的几何定位原理分为测角、时间测距、多普勒测速和组合法等,其中测角法和组合法因精度较低等原因没有实际应用。

(1)多普勒测速定位:子午仪卫星导航系统采取这种方法。用户定位设备根据从导航卫星上接收到的信号频率与卫星上发送的信号频率之间的多普勒频移测得多普勒频移曲线,根据这个曲线和卫星轨道参数即可算出用户的位置。

(2)测距导航定位:目前全球导航系统都采用这种体制。用户接收设备精确测量由系统中不在同一平面的4颗卫星(为保证结果唯一)发来信号的传播时间,然后完成一组包括4个方程式的模型数学运算,就可算出用户位置的三维坐标以及用户钟与系统时间的误差。

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卫星定位原理示意图

卫星导航综合了传统导航系统的优点,真正实现了各种天气条件下全球性、高精度、被动式导航定位。特别是测定时间延迟实现测距,能够为全球和近地空间提供连续立体覆盖、高精度三维定位和测速,而且抗干扰能力较强。