《卫星导航张星》课件

卫星导航张星本课件将深入探讨卫星导航技术，从基本原理到最新应用，带您领略这门技术的魅力与未来潜力什么是卫星导航基本定义发展历史应用领域卫星导航是指利用卫星信号进行定位、卫星导航技术起源于世纪年代，经卫星导航应用领域十分广泛，包括交通2050导航和授时的技术它是现代信息技术过几十年的发展，已经成为不可或缺的运输、测绘地理、应急救援、军事、农的重要组成部分，广泛应用于各个领域技术从最初的军事应用，到如今的民业、金融等，几乎涵盖了生活的各个方用普及，它不断革新，为社会进步贡献面力量卫星导航系统发展史1957年1第一颗人造卫星斯普特尼克号发射升空，标志着人类进入“1”太空时代，也为卫星导航技术的萌芽奠定了基础1978年2美国发射了第一颗卫星，标志着全球卫星导航系统时代GPS的开启系统的发展为后续其他系统的诞生提供了借鉴GPS21世纪3俄罗斯系统、中国北斗系统和欧盟系统相继GLONASS Galileo投入运营，形成了全球卫星导航系统的多元化格局全球卫星导航系统类型1GPS2GLONASS美国全球定位系统，是世界上第一个成熟的卫星导航系统俄罗斯全球导航卫星系统，与系统具有相当的精度和GPS，具有覆盖范围广、精度高等特点覆盖范围，在军事领域应用广泛北斗34Galileo中国北斗卫星导航系统，目前已实现全球覆盖，并不断提欧盟伽利略卫星导航系统，致力于提供高精度、高可靠性升性能，在民用和军用领域发挥着重要作用的导航服务，并注重安全和民用应用系统概述GPS系统组成覆盖范围系统由空间段、控制段和用系统覆盖全球，可以为全球GPS GPS户段组成空间段由颗卫星组用户提供定位、导航和授时服务31成，控制段负责监测和控制卫星，不受地域限制，用户段由接收机等设备构成技术特点系统采用原子钟计时，并利用卫星信号进行定位，具有高精度、高GPS可靠性、高可用性的特点系统概述GLONASS系统结构运行状态技术特征系统由颗工作卫星和颗备用系统目前已基本实现全球覆盖，系统采用双频信号，并具有较高GLONASS243GLONASS GLONASS卫星组成，并采用三层结构，包括空间段并且正在不断提升其性能，提高服务质量的抗干扰能力，为用户提供更可靠的定位、地面控制段和用户段和导航服务北斗卫星导航系统发展历程三代特点全球覆盖北斗卫星导航系统经过三代发展，从区域北斗系统三代卫星各有特点，从区域覆盖北斗系统已实现全球覆盖，并积极参与国覆盖到全球覆盖，不断提升服务性能，为到全球覆盖，从单频到双频，从定位到导际合作，推动卫星导航技术发展，为全球用户提供更精准、更可靠的导航服务航授时，不断提升技术水平用户提供更高效、更便捷的服务系统概述Galileo服务类型2系统提供多种服务，包括开放服务、Galileo安全服务、搜救服务等，满足不同用户的需系统架构求系统采用开放式架构，由颗工作Galileo301卫星、颗备用卫星以及地面控制系统组成6技术优势，覆盖全球系统采用先进的技术，包括双频信号Galileo、高精度计时、抗干扰等，为用户提供更高3质量的服务卫星导航基本原理三角定位法通过测量用户与至少三颗卫星之间的距离，利用三角定位原理计算出用户的位置信息时间测量卫星发射信号包含时间信息，用户接收信号后，通过时间差计算用户与卫星之间的距离信号传输卫星不断向地面发射信号，用户接收信号后，进行解码和处理，获得定位、导航和授时信息卫星轨道基础轨道类型卫星轨道主要分为地球同步轨道、地球静止轨道、极地轨道等，根据不同的应用需求1选择合适的轨道轨道周期2卫星轨道周期是指卫星绕地球一周所需的时间，不同轨道周期取决于卫星的高度和轨道倾角卫星覆盖3不同轨道类型的卫星覆盖范围不同，例如地球静止轨道卫星覆盖地球表面三分之一的区域卫星信号特征频率选择1卫星信号的频率选择需要考虑信号穿透大气层的能力、抗干扰能力等因素，一般选择波段或波段L S调制方式2卫星信号的调制方式主要采用相位调制、频率调制等，以提高信号的抗干扰能力和传输效率编码技术3卫星信号的编码技术采用不同的编码方式，例如伪随机噪声码，以区分不同的卫星信号，提高定位精度定位原理详解

（一）伪距测量载波相位测量多普勒测量通过测量用户与卫星之间的信号传播时通过测量用户与卫星之间信号载波的相通过测量用户与卫星之间信号频率的变间，计算出伪距，即用户与卫星之间的位差，计算出用户与卫星之间的距离，化，计算出用户的运动速度和方向，实距离精度更高现测速和导航定位原理详解

（二）单点定位差分定位精密定位利用单台接收机接收至少四颗卫星信利用参考站接收卫星信号进行差分校结合多种定位技术，例如载波相位测号进行定位，精度受大气影响较大，正，提高定位精度，适合对精度要求量、多普勒测量等，实现高精度定位适合一般定位需求较高的应用场景，适用于精密测量领域卫星导航误差源卫星轨道误差电离层延迟对流层延迟卫星轨道存在误差，导信号穿过电离层时会发信号穿过对流层时会发致距离测量不准确，影生延迟，影响信号传播生延迟，影响信号传播响定位精度，需要进行时间，需要进行电离层时间，需要进行对流层轨道校正延迟改正延迟改正误差改正技术差分校正1通过参考站接收卫星信号，对用户接收信号进行差分校正，提高定位精度大气改正2对电离层延迟和对流层延迟进行改正，提高定位精度，尤其适用于高精度定位应用多路径效应消除3多路径效应是指信号反射造成的误差，通过特殊算法消除多路径效应，提高定位精度增强系统概述星基增强系统地基增强系统区域增强系统123利用增强卫星发射信号进行校正，在地面上建立参考站网络，对用户针对特定区域进行增强，提高定位提高定位精度，例如美国的接收信号进行差分校正，提高定位精度，例如中国北斗地基增强系统WAAS系统、欧洲的系统精度，例如美国的系统，提高了北斗系统在特定区域的精EGNOS CORS度接收机技术接收机类型接收机类型多种多样，包括手持式接收机、车载接收机、机载接收机等，满足不同应用需求天线设计接收机的天线设计要考虑信号接收效率、抗干扰能力、尺寸大小等因素，以保证良好的信号接收效果信号处理接收机需要对接收到的卫星信号进行解码、处理和分析，计算用户的位置信息，并进行误差改正北斗系统信号体制B2信号北斗系统精密导航信号，提供更高精度2和可靠性的服务，应用于对精度要求高的领域B1信号1北斗系统基本导航信号，提供定位和导航服务，覆盖范围广，应用广泛B3信号北斗系统短报文信号，提供短距离、短报文通信功能，应用于应急救援等领域3北斗系统服务类型定位服务1提供用户的位置信息，包括经度、纬度、高度等，满足基本的定位需求导航服务2提供用户行进方向、速度和时间等信息，用于车辆导航、船舶导航等应用授时服务3提供高精度的时间信息，应用于通信同步、电力调度、金融交易等领域北斗系统精度指标定位精度1北斗系统定位精度可以达到米级，甚至厘米级，满足不同用户的定位需求测速精度2北斗系统测速精度可以达到米秒，满足车辆导航、船舶导航等应用的需求

0.1/授时精度3北斗系统授时精度可以达到纳秒级，满足通信同步、电力调度等对时间要求高的应用需求多系统兼容与互操作频率兼容性信号互操作坐标转换不同卫星导航系统频率存在差异，需要不同卫星导航系统的信号格式和编码方不同卫星导航系统采用不同的坐标系，进行频率兼容性测试，保证接收机能够式存在差异，需要进行信号互操作测试需要进行坐标转换，保证不同系统之间接收不同系统的信号，保证接收机能够解析不同系统的信号的定位结果一致卫星导航应用领域交通运输测绘地理应急救援车辆导航、车队管理、交通流量监测控制测量、工程测量、变形监测、地灾害监测、搜索救援、人员定位、应、航空导航、船舶导航等图制作、地理信息系统等急指挥调度等智能交通应用车辆导航车队管理智能调度提供车辆行驶路线、路实时监控车辆位置、行根据交通流量、路况信况信息，并进行语音引驶状态，进行车队调度息，进行智能交通信号导，实现智能导航和管理，提高运营效率灯控制，优化交通流，缓解交通拥堵精密农业应用农机自动驾驶通过卫星导航技术实现农机自动驾驶，提高作业效率，减少人力成本变量施肥根据土壤肥力、作物生长状况，进行精准施肥，提高肥料利用率，降低成本产量监测对农作物生长状况进行实时监测，及时掌握产量信息，为农业生产提供决策依据测绘测量应用工程测量2用于工程建设中的测量，包括地形测量、线路测量、建筑物测量等控制测量1建立高精度控制点，为其他测量工作提供基础数据变形监测对建筑物、桥梁、隧道等工程设施进行3变形监测，及时发现安全隐患授时应用通信同步保证通信网络中各个设备的时间同步，提高通信质量和效率电力调度进行电力系统的时间同步，保证电力系统稳定运行，防止发生故障金融交易保证金融交易的时间同步，防止发生交易欺诈，确保交易安全可靠应急救援应用灾害监测1对地震、洪水、火灾等灾害进行实时监测，及时预警，减少人员伤亡和财产损失搜索救援2利用卫星导航技术进行搜救，快速定位失踪人员，提高搜救效率应急定位3为救援人员提供位置信息，方便指挥调度，提高救援效率军事应用武器制导军事测绘12利用卫星导航技术对导弹、炸用于战场地形测量、目标定位弹等武器进行精准制导，提高，为军事行动提供精准的地理武器命中精度信息支持战场管理3用于军队人员和装备的定位、跟踪和管理，提高作战效率和指挥能力大地测量应用地壳运动监测海平面变化重力场测量监测地壳的运动变化，研究地震发生监测全球海平面的变化趋势，研究气测量地球的重力场，研究地球内部结机制，为地震预测预报提供科学依据候变化对海洋的影响，为应对气候变构，为地球科学研究提供重要数据化提供数据支撑精密定位技术RTK技术PPP技术网络RTK实时动态载波相位测量技术，可以实现厘精密单点定位技术，利用多个卫星信号进利用地面参考站网络进行差分校正，可以米级精度定位，适用于对精度要求极高的行计算，可以实现亚米级精度定位，适用实现厘米级精度定位，适用于对精度要求应用场景于精度要求较高的应用场景极高的应用场景组合导航技术惯性导航结合将卫星导航与惯性导航技术结合，提高导航系统在遮蔽环境下的可靠性和精度视觉导航结合将卫星导航与视觉导航技术结合，利用图像识别技术进行定位，提高导航系统在复杂环境下的精度和可靠性多源融合融合多种导航技术，例如卫星导航、惯性导航、视觉导航等，提高导航系统的整体性能室内定位技术WiFi定位2利用无线网络信号进行定位，精度有限，适合于小型室内空间伪卫星系统在地室内建立类似卫星导航的系统，利1用无线信号进行定位，适用于大型室内空间蓝牙定位利用蓝牙信号进行定位，精度较高，适3合于特定区域的定位应用抗干扰技术防欺骗技术抗干扰方法防止恶意信号欺骗接收机，保证导航系统干扰类型采用多种抗干扰技术，例如频率跳变、信安全可靠卫星导航信号可能会受到各种干扰，包括号编码、自适应滤波等，提高抗干扰能力人为干扰、自然干扰等，影响定位精度系统安全性分析信号安全1保证卫星信号的完整性和可靠性，防止恶意信号干扰或攻击，确保导航系统安全数据安全2保证导航数据安全，防止泄密、篡改或丢失，确保用户隐私和信息安全服务安全3保证导航服务安全可靠，防止服务中断或攻击，确保用户能够正常使用导航服务质量监测与评估性能指标监测方法12包括定位精度、测速精度、授采用多种监测方法，例如实地时精度、可用性、可靠性等指测试、数据分析、模拟仿真等标，反映导航系统的性能水平，对导航系统的性能进行评估评估标准3参考相关标准，对导航系统的性能进行评估，保证导航系统的质量符合标准要求北斗地基增强系统系统架构北斗地基增强系统由参考站网络、数据处理中心和用户终端组成，为用户提供更精准的定位服务服务范围北斗地基增强系统覆盖中国大部分地区，为用户提供厘米级精度定位服务，提升北斗系统在特定区域的应用价值精度提升北斗地基增强系统能够将北斗系统的定位精度提升到厘米级，适用于对精度要求较高的应用场景北斗星基增强系统系统组成覆盖区域北斗星基增强系统由增强卫星、北斗星基增强系统覆盖全球大部地面控制系统和用户终端组成，分地区，为用户提供更高精度、为用户提供更精准的定位服务更高可靠性的定位服务服务性能北斗星基增强系统能够显著提升北斗系统的定位精度和可靠性，为用户提供更高质量的导航服务导航电子地图数据采集地图制作更新维护通过实地测量、卫星遥利用专业软件对数据进定期对地图数据进行更感、航拍等方式获取地行处理和编辑，制作不新，保证地图信息的准图数据，并进行数据处同比例尺、不同类型的确性和时效性，满足用理和整合电子地图户需求位置服务平台服务接口提供多种服务接口，例如接口、API Web平台架构应用案例服务等，方便用户调用平台服务位置服务平台通常采用分布式架构，包括位置服务平台在交通运输、物流管理、城数据采集、数据处理、数据存储、服务发市规划、应急救援等领域具有广泛的应用布等模块价值213导航芯片技术芯片架构导航芯片的架构主要包括接收机、信号处理、数据处理、接口等模块，负责接收卫星信号、进行数据处理和计算处理能力导航芯片的处理能力决定了其定位精度、测速精度、授时精度以及抗干扰能力功耗控制导航芯片的功耗控制对于延长设备使用时间、降低功耗至关重要天线技术发展天线类型1卫星导航天线类型多种多样，包括微带天线、贴片天线、螺旋天线等，适应不同应用场景性能指标2天线的性能指标包括增益、方向性、带宽、极化等，影响接收机接收信号的效率和精度新型天线3随着技术的发展，新型天线不断涌现，例如多频天线、智能天线，提升导航系统的性能和功能软件算法创新定位算法滤波算法完好性监测123不断优化定位算法，提高定位精度采用先进的滤波算法，例如自适应开发先进的完好性监测算法，及时，例如卡尔曼滤波、粒子滤波等算滤波，消除噪声干扰，提高信号质发现和排除导航系统故障，保证系法量统安全可靠系统监测与运行监测网络建立完善的导航系统监测网络，实时监测系统运行状态，发现和解决问题运行维护对导航系统进行定期维护，更新软件，更换硬件，保证系统正常运行故障处理制定完善的故障处理流程，及时排查和解决系统故障，保证导航系统稳定可靠标准与认证技术标准测试认证制定相关技术标准，规范导航系对导航产品进行严格的测试认证统的技术要求，保证导航系统质，保证产品质量符合标准要求，量和兼容性符合市场需求质量控制建立完善的质量控制体系，从生产、研发、测试、销售等各个环节保证导航产品的质量卫星导航产业链上游制造包括卫星制造、导航芯片、天线、接收机等设备制造商，为导航产业链提供基础支撑1中游运营2包括卫星导航系统运营商、导航数据服务提供商、导航软件开发商，为用户提供导航服务下游应用3包括交通运输、测绘地理、应急救援、农业、金融等领域，利用导航技术进行应用开发市场发展趋势市场规模1随着卫星导航技术的不断发展和应用的不断拓展，卫星导航市场规模不断扩大发展方向2卫星导航技术将朝着高精度、智能化、融合化的方向发展，满足更广泛的应用需求投资机会3卫星导航产业具有巨大的发展潜力，吸引了众多资本的投资，为产业发展提供资金支持新兴应用领域自动驾驶智慧城市物联网卫星导航技术是自动驾驶的重要基础，卫星导航技术在智慧城市建设中发挥重卫星导航技术为物联网提供位置信息服提供精准的定位和导航信息，为自动驾要作用，用于城市规划、交通管理、公务，实现对设备的追踪、管理和控制，驶提供可靠的保障共安全等领域推动物联网发展技术发展趋势智能化发展2将人工智能、机器学习等技术应用于卫星导航，实现智能化导航，提升导航系高精度定位统的智能水平不断提高定位精度，实现厘米级甚至毫1米级精度定位，满足更精确的定位需求融合应用将卫星导航与其他技术进行融合，例如3传感器、图像识别等，扩展导航系统的功能和应用范围未来系统演进系统升级不断升级卫星导航系统，提高性能，扩大覆盖范围，提供更优质的导航服务服务扩展拓展卫星导航服务，提供更多功能和服务，满足用户多样化的需求性能提升不断提升卫星导航系统的性能指标，包括精度、可靠性、可用性等，为用户提供更可靠的服务国际合作与发展合作机制技术交流建立国际合作机制，促进不同国开展技术交流活动，分享经验，家之间在卫星导航技术方面的交学习先进技术，共同推动卫星导流与合作航技术发展共同发展共同制定标准，共享资源，协同发展，推动全球卫星导航技术发展，为全球用户提供更好的服务导航服务模式基础服务增值服务商业模式提供基本的定位、导航和授时服务，满足提供基于基础服务之上的增值服务，例如探索不同的商业模式，例如收费服务、广用户的基本需求路况信息、天气预报、兴趣点查询等告服务、数据服务等，实现导航服务的商业化运营系统性能评价精度评价评估导航系统定位、测速、授时的精度，反2映系统性能水平可用性评价评估导航系统在特定时间和地点正常运1行的概率，反映系统稳定性和可靠性可靠性评价3评估导航系统在各种恶劣环境下正常运行的能力，反映系统抗干扰性和容错能力应用案例分析

（一）交通运输案例利用卫星导航技术实现车辆导航、车队管理，提高交通运输效率，降低运输成本实施效果通过卫星导航技术，车辆行驶路线更合理，行驶速度更快，到达时间更准确，提高运输效率和服务质量经验总结卫星导航技术在交通运输领域的应用取得显著成效，为交通运输现代化提供了有力支撑应用案例分析

（二）精密农业案例1利用卫星导航技术实现农机自动驾驶、变量施肥，提高农业生产效率，降低生产成本应用效果2通过卫星导航技术，提高农机作业精度，减少肥料浪费，提高农作物产量，实现精准农业推广价值3卫星导航技术在农业领域的应用具有广阔的推广价值，有利于提高农业生产效率，保障粮食安全应用案例分析

（三）应急救援案例实践经验12利用卫星导航技术进行灾害监卫星导航技术在应急救援中发测、人员定位、搜索救援，提挥重要作用，有效提高了救援高应急救援效率，减少人员伤效率，挽救了生命亡改进建议3不断改进卫星导航技术，提高精度、可靠性，扩展功能，满足更广泛的应急救援需求法律法规体系政策法规国家出台相关政策法规，规范卫星导航产业发展，推动产业健康有序发展行业规范制定相关行业规范，规范导航产品的生产、研发、测试、销售等环节，保证产品质量管理制度建立完善的管理制度，加强对导航系统的管理，确保导航系统安全可靠人才培养与教育教育体系培训计划建立完善的卫星导航人才培养体制定针对不同岗位的培训计划，系，培养高素质的卫星导航专业提升从业人员的专业技能，提高人才产业发展水平能力建设加强卫星导航人才队伍建设，提高人才的创新能力和实践能力，推动产业发展产业发展建议技术创新应用推广产业升级加强卫星导航技术研发积极推广卫星导航技术推动卫星导航产业链升，提升系统性能，拓展应用，扩大应用范围，级，提高产业链整体水应用领域，引领产业发提升产业规模和效益平，增强国际竞争力展总结与展望发展趋势2卫星导航技术将朝着高精度、智能化、融合化的方向发展，并应用于更多领域关键技术总结卫星导航技术经历了多年的发展，已经1成为不可或缺的技术，为社会发展做出未来展望了重要贡献随着技术的不断发展和应用的不断拓展3，卫星导航技术将为人类社会带来更便捷、更智能的生活课程回顾与思考主要内容回顾回顾课程的主要内容，包括卫星导航的基本原理、系统类型、应用领域、技术发展趋势等重点难点分析分析课程中的重点和难点内容，加深理解，巩固学习成果学习心得交流分享学习心得，交流学习体会，共同提高学习效果，促进相互学习。