GPS与GLONASS系统概况与比较(毕业论文).docx

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1、学院本科生毕业论文题目：GPS与G1.ONASS系统的概况与比较专业年级：电子信息科学与技术学号：学生姓名：指导老师：论文完成日期2012年05月GPS与G1.ONASS系统的概况与比较专业：电科班圾：作者：指导老师：摘要近10余年来,美国全球定位系统(GPS)在几次局部斗争中的胜利实践，充分展示了现代五星导航系统的重大军事利用价值：同时，GPS在国民经济的各个领域得到广泛应用，已发展成为对全球经济有相当影响的巨大产业，备受世界各国关注。目前，已建成和正在规划建设的卫星导航系统除美国的GPS系统外，还有俄罗斯的G1.ONASS系统、欧洲的伽利略系统、中国的北斗更星导航系统以及日本和印度的区域卫

2、星导航系统。本文在简要论述现代卫星导航系统技术发呈现状的基础上，重点探讨GpS系统和G1.(WASS系统建立的历史过程和现状，以及这两个系统之间的异同点，并分析论证卫星导航系统技术的发展趋势，为我国卫星导航系统建设规划供应参考。关健词：GPSG1.ONASS羽星导航比较测试验证。伽利略系统原安打2006年完成在轨测试验证，2008年前完成全部30颗卫星的放射与组网。现安排推迟为：2(X)7年底放射其次颗试验卫星G1.OVE-B：2(X)9年起先放射伽利略丑星和完成在轨测试验证；2012年前完成全部星座R星的部署，并进入工程应用阶段。1.1.4 中国的北斗卫星导航系统2000年IO月，我国胜利放

3、射了第一颗北斗导航卫星，现已独立建成具有3颗北斗卫星的导航忒验系统。该系统采纳主动式导航体制，为我国境内及周边地区的中、低动态用户或净止用户供应定位和授时服务，时我国国民经济建设起着主动的推动作用。2007年4月14日，我国在西昌卫星放射中心又胜利放射了一颗北斗导航卫星，进入高度为2l5(X)km的中网轨道，标记着我国自行研制的北斗卫星导航系统进入新的发展建设阶段.我国将在将来几年内接连放射北斗导航W星系列，并进行星座组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统。该系统采纳单向时间测距的被动式导航体制，具有定位、测速和授时等功能。主要用于国家经济建设，为交通运输、气象、石油、海洋、森林、通信、公安等

4、部门以及其它特殊行业供应高效的导航定位服务。1.1.5 日本和印度的区域卫星导航系统2(X)6年，日本政府提出建立区域R星导航系统一一准天顶星导航系统(QzSS)QZSS星座由7颗卫星组成。包括3颗倾斜地球同步椭圆轨道(IGSEo)卫星、I颗地球静止轨道(GEO)卫星和3颗大椭网轨道(HEO)卫星，安排2009年放射第颗卫星。QZSS卫星导航信号与GPS和伽利略星星兼容,包括1.IC,I.ICA,1.2C,1.5和IIl-SAIF等信号。QZSS地面限制系统包括IO个监测站和I个主控站，时间尺度与国际原子时(TAD相差19s,坐标系统与GPS系统偏差小于0.02m。印度的区域卫星导航系统(IR

5、NSS)星座将采纳3GEO+4IGSO构形，卫星将在1.l和1.5频段上调制导航信号，并利用C频段对卫星进行测距，用S频段进行卫星测控。安排2009年放射I颗GEOJE星,用于协助GPS区域增加导航,并进行IRNSS系统技术初步试验验证。1.2 GPS与G1.ONASS系统建立的背景20世纪70年头，随若美苏军备竞赛的升级，美国的军事领域迫切须要能够在世界范围精确定位的系统。美国国防部不惜斥资120亿美元研制军用定位系统。GPS是美国继“阿波罗”登月飞船和航天飞机后的第一：大航天技术工程.1973年成立GPS联合安持办公室。1977年，美国放射了两颗导航技术卫星NTS-2和NTS-3,后者即是

6、GPS系统的第颗卫星。从70年头起先到1994年3月9日整个GPS星座配备完成，历时20年，最终建成JZ由24颗R星组成的GPS“该系统可供应一天24小时全球定位服务。1978年，美国胜利放射了第一颗用于GPS系统的卫通此后GPS渐渐发展成为目前广泛运用的系统。作为对其回庖,前苏联国防部设想了全球导航系统,即为G1.ONASS。也正是由于以上缘由，我们可以发觉G1.ONASS在很多方面类似于GPS.但是两者还是存在明显差异的。1960年木，前苏联军方确认须要一个IJ.星无线电导航系统用于新一代弹道导弹的精确导引，而当时已有的旋风TSyklon卫星导航系统接收站须要好几分钟的观测才能确定个位置，

7、因此不能达到导航定位的目的。1982年,俄罗斯卫星导航系统G1.ONASS的笫一颗卫星升空，从今起先应用了测量与导航领域.G1.ONASS的定位引起了人们的关注，因为它不实施所谓的SA,因而对于民用来说，可获得较高的定位精度，G1.ONASS的另个优势是卫星轨道倾斜度较高，可适用于较高纬度的地区。G1.DNASS卫星星座原安排放射24颗卫星，1998年12月30放射3颗新的G1.ONASS卫星之后卫星轨道上的数量达到了17颗。目前，在这17颗卫星中，有3颗短传不能供应服务。1.3 GPS与G1.ONASS系统的建成与现代化1968-1969年,前苏联国防部、科学院和海军等些探讨所联合起来,安排

8、为海、砧、空、天武装力气的定位与导航需求建立一个雉一的解决方案，直到I970年这个系统的需求文件才编制完成。经过深化探讨和探讨之后，1976年前,苏联颁布建立G1.oNASS系统的法令1该安排的第一次卫星放射是在1982年10月12日进行的，1993年9月俄罗斯总统叶利钦正式宣布G1.ONASS将成为个工作系统。1993年，俄罗斯政府正式把G1.oNASS安排交付俄罗斯航天部队(VKS)主管，该部队负贵G1.oNASS卫星的部署、在轨维护和用户设备检验。此外VKS还经管科学信息协调中心，由此对公众发布G1.ONASS信息。1994年俄岁斯起先进行布满星座的7次放射安排的第一次放射。1995年3

9、月俄联邦政府提出G1.ONASS系统对民用开放的政策。1995年12月14日俄罗斯最终一次一箭：星将G1.ONASS卫星胜利地放射到预定轨道，标记若G1.oNASS星座已经布满。经过数据加载、调整和检验，1996年I月18日24颗卫星正常放射信号，健康有效地工作，至此G1.ONASS系统正式建成并投入运行。在1996/998年间，由于经济困难，G1.oNASS星座得不到正常的维护，导致系统性能衰退。在2001年12月I日至2002年5月30H期间，G1.ONASS系统仅有7颗卫星在正常运行。俄罗斯曾经制定过一个G1.ONASS星座渐进增加安排，安排在2001年有12颗全功能工作的卫星.2(X)

10、2年底放射3颗卫星。2(X)3年放射I黑2007-2008年期间，俄罗斯先后放射了12颗G1.oNASS-M卫星，进行了第一期的地面限制部分现代化，精确了其坐标系统(PZ-90()2),当时有19颗G1.oNASS-MR星在轨工作。其后，俄罗斯分别安排在2009年12月和2010年春季各放射3颗G1.oNASSM卫星，并提出G1.ONASS-K安排(2011)等G1.oNASS升级安排。GpS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(TranSit),1958年研制，Q年正式投入运用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人

11、意。然而，子午仪系统使得研发部门时卫星定位取得初步的阅历，并验证f由Tl星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺型。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切须耍一种新的N星导航系统.为此，美国海军探讨试脸室(NR1.)提出了名为TinmaliOn的用12到18颗卫星组成100oOkm高度的全球定位网安排，并于67年、69年和74年各放射了领试脸卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了62I-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的安排，这蚂卫星中除1

12、颗采纳同步轨道外其余的都运用周期为24h的赖斜凯道该安排以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将共检测出来。伪随机码的胜利运用是GPS系统得以取得胜利的个重要基础。海军的安排主要用于为舰船供应低动态的2维定位，空军的安排能供供应高动态服务，然而系统过于困难。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个安排都是为了供应全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为,并由国防部牵头的卫星导航定位联合安排局(JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军砧战队、交通部、国防制图局、北约和澳

13、大利亚的代表。最初的GPS安排在战介安排局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的：个轨道上.每个轨道上有8颗支星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，祖码精度可达100m.精码精度为IOm,由于预算压缩，GPS安排不得不削减卫星放射数应，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案使得卫星牢靠性得不到保障。1988年又进行了最终一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在瓦成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所运用的工作方式。1958年底美国海军武器试救室，就着于建立为美国军用舰艇导航服务的期星系统，印“海军导航卫星系统(NavyNavigationSa

14、lcllilcSystem-NNSS该系统中，卫星的凯道都通过地极，故也称“了午(TranSit)卫星系统”。1964年该系统建成，并在美国军方启用.1973年美国国防部便起先组织海陆空三军，共同探讨建立新一代卫星导航系统的安排。这就是目前所称的“授时与测距导航系统/全球定位系统(NAvSTAR/GPS),简称“全球定位系统“(GPS)。1999年I月25日美国副总统戈尔提出了GPS现代化的安排。随后美国军方和波音公司阐明白其内涵：爱护：更好地爱护美方和友好方运用GPS,加强抗干扰实力：阻挡：阻扰敌对方运用GPS,施加干扰：保持：保持在有威逼地区以外的民用用户有更精确、更平安的GPS运用.第一

15、阶段：放射12颗改进组的B1.OCKIIR卫星，增播其次民用码和军码其次阶段：在2005年前放射6颗B1.OCKHF卫星，强化军码(M码)、增发第三民用码(1.5：1176MHz),到2008年至少有18颗HF型卫星,到2016年全部以HF型(24+3)运行。笫三阶段：研制和放射B1.oCKIll更星，2003年完成系统设计、2008年放射GPSIII的第一颗试验卫星、20年后完成GPSIll替代GPSII1,123k2.GPS与G1.ONASS系统的组成2.1 GPS与G1.ONASS系统的现状概述自2000年以来，为了进步提高GPS系统导航定位精度，增加系统的连续性、完好性、可用性、抗干扰

16、和自主生存实力，美国主动推动GPS系统的现代化，使之成为国际卫星导航的标准系统。GPS系统现代化实行的技术措施和步骤包括：(I)关闭选择可用性(SA)软件：(2)新增军用M码和民用1.2C码：(3)增设民用频率1.5：(4)实施新一代GPS3系统安排.当前正处于GPS系统现代化的其次阶段，部署现代化改造卫星系列GPS2R-M。截至2007年7月，GPS星座拥有30颗在轨运行卫星，包括15颗GPS23、卫星、12颗GPS2R卫星和3颗GPS2R-M卫星。其中，在第14轨道面上各有5颗卫星；在第5坑道面上有4颗卫星；在第6轨道面上有6颗卫星。当前的GPS星座已不是早期设计的经典Walker24/3/2星座构形，而是趋向于一种6个轨道平面的P.星匀称分布与非匀称备份混合星座构形。这样的星座设计能够保证导航卫星信号的全球连续置萩,满意系统可用性