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北斗卫星的覆盖范围和定位原理
发布日期:2015-09-15   |   访问量:1004次   |   来源:

一、覆盖范围

       北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统,覆盖范围东经约70°~140°,北纬5°~55°。北斗卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。

二、 定位原理

       35颗卫星在离地面2万多千米的高空上,以固定的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

       由于卫星的位置精确可知,在接收机对卫星观测中,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。

       事实上,接收机往往可以锁住4颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成若干组,每组4颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,从而提高精度。

       卫星定位实施的是“到达时间差”(时延)的概念:利用每一颗卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。

       卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号,供接收机接收。由于传输的距离因素,接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟,通常称之为时延,因此,也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码,一旦两个码实现时间同步,接收机便能测定时延;将时延乘上光速,便能得到距离。

       每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间,而全球监测站网保持连续跟踪。

卫星导航原理

       踪卫星的轨道位置和系统时间。位于地面的主控站与其运控段一起,至少每天一次对每颗卫星注入校正数据。注入数据包括:星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的,可在几个星期内保持有效。

       卫星导航系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时(UTC)的几纳秒以内,UTC是由美国海军观象台的“主钟”保持的,每台主钟的稳定性为若干个10^-13秒。卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标,后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常,在任一指定时间内,每颗卫星上只有一台频标在工作。

       卫星导航原理:卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差,称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差,伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。[13]

       由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,使得民用的定位精度只有数十米量级。为提高定位精度,普遍采用差分定位技术(如DGPS、DGNSS),建立地面基准站 (差分台)进行卫星观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。实验表明,利用差分定位技术,定位精度可提高到米级。


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