最新卫星导航概述精品课件.ppt
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1、第第1 1章章: : 绪论绪论第第2 2章章: GNSS: GNSS简介简介第第3 3章章: GPS : GPS 坐标和时间系统坐标和时间系统第第4 4章章: GPS : GPS 卫星轨道卫星轨道第第5 5章章: GPS : GPS 信号结构和导航电文信号结构和导航电文第第6 6章章: GPS : GPS 接收机接收机第第7 7章章: GPS : GPS 导航观测量和误差分析导航观测量和误差分析第第8 8章章: GPS : GPS 定位原理定位原理第第9 9章章: : 整周模糊度技术整周模糊度技术卫星导航原理及应用技术卫星导航原理及应用技术导航历史导航历史 当他们在看不到大陆的时候,他们通过在
2、白当他们在看不到大陆的时候,他们通过在白天观察太阳的位置,晚上观察北极星的位置来辨天观察太阳的位置,晚上观察北极星的位置来辨别南北方向。别南北方向。 早期的航海家们总是在靠近海岸早期的航海家们总是在靠近海岸线的附近白天活动,当天气不好或线的附近白天活动,当天气不好或者晚上的时候不出海活动。在中世者晚上的时候不出海活动。在中世纪,欧洲的航海家们在整个冬季都纪,欧洲的航海家们在整个冬季都不出海活动。这样就自然的限制的不出海活动。这样就自然的限制的他们的活动范围。大范围的航海活他们的活动范围。大范围的航海活动必然会带来风险。动必然会带来风险。 导航历史导航历史古代导航工具古代导航工具直角器(直角器(
3、Cross-staff)标尺(标尺(Back-staff)四分仪(四分仪(Quadrant) 航海员星盘航海员星盘(Mariners Astrolabe)星盘(星盘(Astrolabe夜间记时仪器夜间记时仪器(Nocturnal )古代导航工具古代导航工具指南针指南针- -中国古代导航工具中国古代导航工具汉朝汉朝(BC.BC.206AD.AD.220) 南宋南宋(AD.1127-1279AD.1127-1279)北宋北宋(AD.960-1127AD.960-1127)北宋北宋(AD.960-1127AD.960-1127)导航的两个关键因素导航的两个关键因素 确定地球上的位置确定地球上的位置
4、现在时间是几点现在时间是几点? ?航海过程航海过程 在在 James CookJames Cook(1728172817791779)以前,船的安全)以前,船的安全行驶依靠原始的导航技术,这些技术能够粗略的给行驶依靠原始的导航技术,这些技术能够粗略的给出船的位置。出船的位置。 在航海的过程中,船员们需要知道两条信息:在航海的过程中,船员们需要知道两条信息:他们在地球上的经度和纬度的位置坐标,以及精确他们在地球上的经度和纬度的位置坐标,以及精确的将坐标值映射到地图上。的将坐标值映射到地图上。纬度和经度纬度和经度纬度SN经度EW航海过程航海过程 纬度可以通过观察太阳、月亮和星星的运动来纬度可以通过
5、观察太阳、月亮和星星的运动来判断。判断。 经度的判断比较困难,必须计算出地球上不同经度的判断比较困难,必须计算出地球上不同地点的时差。地点的时差。 纬度和经度纬度和经度 0 位于赤道 90N 在北极点 北京市的纬度是多少? 南极的纬度是多少?纬度纬度经度经度 经线位于南北几点经线位于南北几点之间的连线。之间的连线。 0 经过英国的格林经过英国的格林威治。威治。 负的经度为西经,负的经度为西经,正的为东经正的为东经 北京市北京市的经度是多的经度是多少?少?地图地图 18世纪的世纪的“精度精度”地图能够给我们提供很多信息,告诉我们地图能够给我们提供很多信息,告诉我们当时的导航精度有多高。人民曾经很
6、长一段时间用来测量大地经当时的导航精度有多高。人民曾经很长一段时间用来测量大地经度和纬度的值,并且取得了很大成功。度和纬度的值,并且取得了很大成功。专业工具专业工具 航海家们早期使用的工具只能粗略的定位航海家们早期使用的工具只能粗略的定位 六分仪六分仪 六分仪能够测量位于水平面以上物体的仰角(北极星、六分仪能够测量位于水平面以上物体的仰角(北极星、太阳等),经常用于寻找纬度太阳等),经常用于寻找纬度 指南针指南针 用于指引方向用于指引方向航位推测法航位推测法 航位推测法在长距离的航行中会带来很大误差航位推测法在长距离的航行中会带来很大误差 如果从纽约到伦敦,当旅行结束时,在如果从纽约到伦敦,当
7、旅行结束时,在9595的定的定位精度下,将会累积位精度下,将会累积175175英里的误差英里的误差早期导航工具的弱点早期导航工具的弱点 早期的导航工具有着众多的不确定性因素,以至早期的导航工具有着众多的不确定性因素,以至于绘制的世界地图不够精确于绘制的世界地图不够精确 指南针依赖于北地磁极点与北地球自传轴点重合指南针依赖于北地磁极点与北地球自传轴点重合(事实不是这样!)(事实不是这样!) 陆地导航依靠地面地标的辅助,然后将这些地名陆地导航依靠地面地标的辅助,然后将这些地名映射到地图上来对行车进行校准映射到地图上来对行车进行校准 这些技术不适于海上应用这些技术不适于海上应用海上导航海上导航 文艺
8、复兴时期,海上航线遇到的最大困难就是怎文艺复兴时期,海上航线遇到的最大困难就是怎么确定经度问题。么确定经度问题。 六分仪能够为海上航线提供纬度位置六分仪能够为海上航线提供纬度位置 指南针能够为航海提供方向信息指南针能够为航海提供方向信息 但是你却不知道向东或者向西行驶了多少但是你却不知道向东或者向西行驶了多少经度经度 17071707年,年,1010月月2222号,由于航位推测法的错误,导号,由于航位推测法的错误,导致致20002000多人死亡的海难。多人死亡的海难。 17171717年,年,anne anne 女皇宣称,如果谁能够将航海的经女皇宣称,如果谁能够将航海的经度准确度保持到度准确度
9、保持到1/21/2度(相当于在平行于赤道行驶度(相当于在平行于赤道行驶3030英里),将对他悬赏英里),将对他悬赏2000020000英镑。英镑。主要导航系统主要导航系统 INS : 惯性导航系统惯性导航系统 CNS : 天文导航系统天文导航系统 TAN : 地形辅助导航地形辅助导航 RNS : 无线电导航系统无线电导航系统 GNSS :全球导航系统全球导航系统 新导航定位技术新导航定位技术 惯性导航原理惯性导航原理 惯性导航系统由加速度计、惯导平台、导航计算机惯性导航系统由加速度计、惯导平台、导航计算机和控制显示器几个部分组成。和控制显示器几个部分组成。 其中加速度计用来输出与载体运动加速度
10、成一定函数其中加速度计用来输出与载体运动加速度成一定函数关系的信号;关系的信号; 惯导平台用来模拟一个导航坐标系,把加速度的测惯导平台用来模拟一个导航坐标系,把加速度的测量轴稳定在导航坐标系,并用模拟的方法给出载体的量轴稳定在导航坐标系,并用模拟的方法给出载体的姿态和方位信息;姿态和方位信息; 导航计算机用来完成导航计算和平台跟踪回路中指令导航计算机用来完成导航计算和平台跟踪回路中指令角速度信号的计算;角速度信号的计算; 控制显示器用来给定初始参数及系统需要的其它参控制显示器用来给定初始参数及系统需要的其它参数,显示各种导航信息。数,显示各种导航信息。 惯性导航原理惯性导航原理惯性导航原理惯性
11、导航原理 按照惯性测量装置在载体上的安装方式,按照惯性测量装置在载体上的安装方式,可分为可分为: :平台式惯性导航系统平台式惯性导航系统捷联式惯性导航系统捷联式惯性导航系统平台方式平台方式: : 保持传感器的姿态保持传感器的姿态 这种方法将这种方法将IMU相对于周边环境的姿态保持不变。相对于周边环境的姿态保持不变。捷联方式捷联方式: : 固定惯性测量单元(固定惯性测量单元(IMUIMU) 这种方法适用于安装小的和高精度的惯性测量单元。这比这种方法适用于安装小的和高精度的惯性测量单元。这比平台方法先进的多,适用于重量轻、体积小、功率低和高精度平台方法先进的多,适用于重量轻、体积小、功率低和高精度
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