無人機導(dǎo)航定位技術(shù)第四章

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)4.1概述衛(wèi)星導(dǎo)航是利用衛(wèi)星播發(fā)的無線電信號進行導(dǎo)航定位的技術(shù)。它是以衛(wèi)星為空間基準(zhǔn)點，向用戶終端播發(fā)無線電信號，從而確定用戶的位置、速度和時間。它不受氣象條件、航行距離限制，可以全天候、24h連續(xù)提供高精度的三維位置、速度和精密時間信息。4.1.1空間部分1．星座空間部分包括由多顆衛(wèi)星組成的星座。在空間星座布滿衛(wèi)星以后，可在全天任何時間為全球任何地方提供4～8顆仰角在15o以上的同時可觀測的衛(wèi)星。如果將遮蔽仰角降到10o，有時則最多可觀測到10顆衛(wèi)星。若將遮蔽仰角進一步下降到5o，那么，最多可同時見到12顆衛(wèi)星。這是由衛(wèi)星運行在地球表面以上約20230km的近圓軌道和約12h的運行周期來保證的。GPS衛(wèi)星星座示意圖GPS衛(wèi)星分布圖2．衛(wèi)星GPS衛(wèi)星為無線電收/發(fā)信機、原子鐘、計算機及系統(tǒng)工作的各種輔助裝置提供了一個平臺。24顆衛(wèi)星的電子設(shè)備支持用戶測量該衛(wèi)星的偽距離PR，而每顆衛(wèi)星廣播的信號則可使用戶測定該衛(wèi)星在任何時刻的空間位置，據(jù)此，用戶便能確定他們自己的位置。每顆衛(wèi)星的輔助設(shè)備包括兩塊7㎡太陽能電源帆板和用于軌道調(diào)整與穩(wěn)定性控制的推進系統(tǒng)。所有衛(wèi)星均有各種識別系統(tǒng)：發(fā)射序號、分配的偽碼編號PRN、軌道位置編號、NASA（美國國家航空航天管理局）產(chǎn)品編號和國際命名等。為避免混亂，并保持與衛(wèi)星導(dǎo)航電文的一致性，主要使用偽碼編號PRN這種識別形式?？刂撇糠钟梢粋€主控站，5個全球監(jiān)測站和3個地面控制站組成，主要任務(wù)是：跟蹤所有的衛(wèi)星以進行軌道和時鐘測定，預(yù)測修正模型參數(shù)，衛(wèi)星時間同步和為衛(wèi)星加載數(shù)據(jù)電文等。選擇可用性（SA）的大小也由控制部分控制。通常，SA總是處于接通狀態(tài)，但其影響卻可以降低到零。4.1.2控制部分1．主控站主控站早期位于加州范登堡空軍基地，現(xiàn)在早已遷到空間聯(lián)合工作中心（CSOC）。該中心位于科羅拉多州，福爾肯（Falcon）空軍基地。CSOC從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計算衛(wèi)星的軌道和鐘參數(shù)，然后，將這些結(jié)果送到3個地面控制站中，以便最終向衛(wèi)星加載數(shù)據(jù)。此外，衛(wèi)星控制和系統(tǒng)工作也是主控站的責(zé)任。2．監(jiān)測站5個監(jiān)測站分別設(shè)在：夏威夷、科羅拉多斯普林斯、阿森松島（南大西洋）、迭戈加西亞島（印度洋）和夸賈林環(huán)礁（北太平洋馬紹爾）群島。監(jiān)測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星偽距的接收機。所測偽距每15s更新一次，利用電離層和氣象數(shù)據(jù)，每15min進行一次數(shù)據(jù)平滑，然后發(fā)送給主控站。3．地面控制站地面控制站有時也稱作地面天線（GA），它們分別與設(shè)在阿林松、迭戈加西亞和夸賈林的監(jiān)測站共置。地面控制站與衛(wèi)星之間有通信鏈路，主要由地面天線組成。由主控站傳來的衛(wèi)星星歷和鐘參數(shù)以S波段射頻鏈上行注入到各個衛(wèi)星。以前，上行注入是每天3次，現(xiàn)在，則每天一次或兩次。如果某地面站發(fā)生故障，那么，在各衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時間，但導(dǎo)航精度卻會逐漸降低。4.1.4GPS系統(tǒng)的特點1．全球覆蓋2．全天候3．高精度4.多用途全球覆蓋GPS系統(tǒng)是以人造衛(wèi)星作為導(dǎo)航臺的星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，由運行周期近12h的24顆衛(wèi)星構(gòu)成的星座，均勻分布在離地面約20000km的六條近圓軌道上，形成同時覆蓋全球的衛(wèi)星網(wǎng)。全天候天文（星光）導(dǎo)航必須見到星光，而GPS的導(dǎo)航衛(wèi)星是人造天體，可以將描述衛(wèi)星位置的軌道參數(shù)以及測距信號，居高臨下地以無線電波發(fā)射給用戶，這種無線電導(dǎo)航信號不受氣象條件和晝夜變化的影響，是全天候的。但無線電波穿過電離層、對流層時，會產(chǎn)生相應(yīng)延遲，電波的直視也會因高大的建筑、稠密的森林遮擋對信號跟蹤帶來一定的影響，但它們并不影響GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的全天候特性。

高精度GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度取決于衛(wèi)星和用戶間的幾何結(jié)構(gòu)、衛(wèi)星星歷精度、GPS系統(tǒng)時同步精度、測距精度和機內(nèi)噪聲等諸因素的組合。多用途由于GPS具有全天候、全球覆蓋和高精度的優(yōu)良性能，可廣泛用于陸、海、空、天各類軍民載體的導(dǎo)航定位、精密測量和授時服務(wù)，在軍事和國民經(jīng)濟各部門，乃至個人生活中，都有著極其廣闊的應(yīng)用前景，曾在海灣戰(zhàn)爭期間大顯神通。實際上，隨著微電子和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，GPS應(yīng)用已迅速擴展到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，不再局限于傳統(tǒng)的導(dǎo)航定位。GPS系統(tǒng)發(fā)展簡史整個系統(tǒng)的建設(shè)分三階段實施。第一階段：1973～1979年

系統(tǒng)原理、方案研究（含設(shè)備研制）；第二階段：1979～1983年

系統(tǒng)試驗研究（對系統(tǒng)設(shè)備進行試驗）；第三階段：1983～1988年

系統(tǒng)應(yīng)用研究（設(shè)備定型投產(chǎn)）。4.2GPS系統(tǒng)的定位原理GPS系統(tǒng)的定位過程可描述為：

已知衛(wèi)星（廣播描述衛(wèi)星運動的星歷參數(shù)（EPH）和歷書參數(shù)（ALM）實現(xiàn)）的位置，測量得到衛(wèi)星和用戶之間的相對位置（偽距PR或偽距變化率PRR），用導(dǎo)航算法（最小二乘法或卡爾曼濾波法）解算得到用戶的最可信賴位置。要正確描述衛(wèi)星的位置：必須首先描述衛(wèi)星運動的軌道平面在空間的位置；其次，必須描述衛(wèi)星在軌道平面上作橢圓運動時橢圓的形狀；第三，必須描述衛(wèi)星在橢圓軌道上的瞬時位置。4.2.1如何描述衛(wèi)星位置天球、天球亦道和天球黃道基本軌道參數(shù)4.2.2怎樣得到衛(wèi)星與用戶之間的相對位置1.單程測距原理2.用偽碼測量偽距（碼偽距）3.用載波相位測量偽距（相位偽距）4.用積分多普勒測量偽距GPS偽碼測距原理衛(wèi)星從S1到S2時，用戶（U）測得的多普勒頻移4.2.3用戶的位置是怎樣得到的首先，根據(jù)衛(wèi)星廣播的星歷，計算出第i顆衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置xi，yi，zi；其次，根據(jù)測量的碼偽距或相位偽距，計算出用戶與第i顆衛(wèi)星之間的相對距離PRi；最后，根據(jù)導(dǎo)航方法計算出用戶的三維位置x，y，z。4.3GPS的信號結(jié)構(gòu)和導(dǎo)航電文4.3.1GPS的信號結(jié)構(gòu)1.GPS衛(wèi)星信號的組成2.怎樣區(qū)分星座中的衛(wèi)星？1.GPS衛(wèi)星信號的組成確定衛(wèi)星位置和GPS時間等的參數(shù)都是以衛(wèi)星信號的形式廣播給用戶的，衛(wèi)星上有一臺日穩(wěn)定度為10-13的銫原子鐘，其振蕩器產(chǎn)生f0=1023MHz的基本頻率。衛(wèi)星工作在L波段，為校正電離層折射引入的附加傳播時延，系統(tǒng)采用雙頻體制，即用了L波段的兩個載頻信號，分別為L1和L2，它們是基準(zhǔn)頻率f0

的整數(shù)倍，關(guān)系為fL1=154f0=157542MHzfL2=120f0=12276MHz衛(wèi)星向用戶廣播的導(dǎo)航信號包括：1)衛(wèi)星星歷及星鐘校正參數(shù)；2)測距時間標(biāo)記；3)大氣附加延遲校正參數(shù)；4)與導(dǎo)航有關(guān)的信息。這些信息統(tǒng)稱數(shù)據(jù)信息，它們是以不歸零二進制編碼脈沖的數(shù)碼形式傳送給用戶的。數(shù)據(jù)位速率為50Hz，每個碼位占時20ms。這種碼由狀態(tài)+1或-1的序列構(gòu)成，+1或-1分別與二進制0或1對應(yīng)。不歸零二進制波形載波的雙相調(diào)制波形由圖可見，當(dāng)碼的狀態(tài)發(fā)生改變時，載波相位發(fā)生180o相移，這就是雙相調(diào)制。4.3.2GPS的導(dǎo)航電文每個子幀均以遙測字TLM打頭，后跟一個轉(zhuǎn)換字HOW。4.4精密時間同步4.4.1時間概念的形成目前，人們常依據(jù)天體運動來確定時間，通過天文臺觀測天體運動周期來給出GMT時（世界時即格林尼治平太陽時）的年月日時分秒。這是因為自然天體運動是永恒的，它是時間長短的客觀依據(jù)，是人類長期實踐的結(jié)晶，也容易為人類所公認。4.4.2時間的計量及其計量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞在計量時間的單位中，大的用世紀(jì)（1世紀(jì)=100年），小的用ns（1ns=10-9s）。要統(tǒng)一時間的計量，就要統(tǒng)一為世界公認的計量標(biāo)準(zhǔn)，既要有保存統(tǒng)一計量標(biāo)準(zhǔn)的地方（如美國海軍天文臺的銫原子頻標(biāo)組合用于長期守時提供計量標(biāo)準(zhǔn)），還要有傳遞時間標(biāo)準(zhǔn)的工具。時間信息的傳遞是進行時鐘比對的基礎(chǔ)（尤其是對于分布在兩地的時鐘）。4.4.3時鐘同步的方法及其發(fā)展時鐘同步也叫“對鐘”。要把分布在各地的時鐘對準(zhǔn)（同步起來），最直觀的方法就是搬鐘，可用一個標(biāo)準(zhǔn)鐘作搬鐘，使各地的鐘均與標(biāo)準(zhǔn)鐘對準(zhǔn)。或者使搬鐘首先與系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘對準(zhǔn)，然后使系統(tǒng)中的其他時鐘與搬鐘比對，實現(xiàn)系統(tǒng)其他時鐘與系統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時鐘同步。所謂系統(tǒng)中各時鐘的同步，并不要求各時鐘完全與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時鐘對齊。4.4.4GPS系統(tǒng)時間1.GPS系統(tǒng)各衛(wèi)星鐘的精確同步GPS系統(tǒng)各衛(wèi)星鐘的精確同步，是實現(xiàn)GPS系統(tǒng)定位、測速、授時、校頻等功能的技術(shù)基礎(chǔ)。2.GPS時間同步方法3.衛(wèi)星鐘驅(qū)動源的相對論效應(yīng)4.4.5GPS衛(wèi)星授時的基本原理GPS是一種星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，當(dāng)GPS用戶設(shè)備收星定位后，借助在用戶設(shè)備中已恢復(fù)的衛(wèi)星鐘信息，精確扣除它在傳播路徑上的延遲，校正各種誤差后便可實現(xiàn)用戶鐘的精確同步，從而實現(xiàn)授時。4.5GPS用戶設(shè)備GPS用戶設(shè)備（接收機）的功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號，恢復(fù)載波信號頻率和衛(wèi)星鐘，解調(diào)出衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘校正參數(shù)等數(shù)據(jù)；通過測量本地時鐘與恢復(fù)的衛(wèi)星鐘之間的時延來測量接收天線至衛(wèi)星的距離（偽距）；通過測量恢復(fù)的載波頻率變化（多普勒頻率）來測量偽距變化率；根據(jù)獲得的這些數(shù)據(jù)，計算出用戶所在的地理經(jīng)度、緯度、高度、速度、準(zhǔn)確的時間等導(dǎo)航信息，并將這些結(jié)果顯示在顯示屏幕上或通過輸出端口輸出。4.6GPS接收機4.6.1GPS接收機的基本組成GPS標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)接收機的種類也很多，但其基本結(jié)構(gòu)是相同的，都由天線/低噪聲前置放大器、連接電纜、接收主機組成，如圖3-16所示。4.6.2GPS接收機的工作原理1.接收天線GPS接收機天線的主要功能是接收來自GPS衛(wèi)星的信號。2.低噪聲前置放大器為了保證接收機的靈敏度，通常將GPS接收天線與低噪聲前置放大器做成一體，使天線輸出端至低噪聲放大器輸入端之間連線盡量縮短，以降低饋線損耗。3.接收機高頻信道4.接收機相關(guān)處理通道相關(guān)通道的工作有三種狀態(tài)，搜索信號狀態(tài)、牽引狀態(tài)和對信號鎖定跟蹤狀態(tài)。5.定位計算當(dāng)GPS接收機捕獲跟蹤到衛(wèi)星信號以后，即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在的地理經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。4.6.3GPS接收機的主要技術(shù)指標(biāo)1.接收機的跟蹤通道數(shù)通常是1至12個跟蹤通道。它表示GPS接收機可以同時并行接收GPS衛(wèi)星顆數(shù)的能力。2.接收跟蹤信號的種類如僅僅接收L1和C/A碼；接收跟蹤L1、C/A和P碼、L2、P和Y碼。3.測量定位精度如GPS標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)的GPS接收機的定位精度為：水平位置精度100m（2Drms）；垂直高度精度156m（2Drms）。4.時間同步精度表示GPS接收機通過測量定位以后，輸出的時間同步秒脈沖信號與GPS時或UTC時同步精度。如GPS標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)的GPS接收機的時間同步精度為：340ns（2Drms）。5.位置數(shù)據(jù)更新率一般每秒1～10次，通常高動態(tài)GPS接收機的更新率高。6.首次定位時間指GPS接收機從開始加電源到首次得到滿足定位精度要求的定位結(jié)果過程所占的時間。7.接收機靈敏度當(dāng)輸人GPS接收機的衛(wèi)星信號（L1、C/A碼）功率在-130dBm時，設(shè)備應(yīng)能夠捕獲衛(wèi)星信號（接收機的捕獲靈敏度）；當(dāng)設(shè)備捕獲到衛(wèi)星信號以后，設(shè)備應(yīng)連續(xù)工作，直到衛(wèi)星信號功率降到-133dBm以下時，設(shè)備失鎖（這是接收機的信號鎖定靈敏度）。8.輸入或輸出接口接收機應(yīng)具有一個或兩個串行數(shù)據(jù)輸入/輸出接口。9.工作電源要求包括電壓種類、范圍、功率損耗。10.環(huán)境要求包括工作溫度、濕度；存儲溫度；沖擊、振動條件。11.可靠性指標(biāo)常以設(shè)備平均故障間隔時間（MTBF）最低可接收值表示。12.維修性指標(biāo)常以設(shè)備平均故障修復(fù)時間（MTTR）表示。4.7GPS應(yīng)用4.7.1

GPS的軍事應(yīng)用GPS在軍事上的戰(zhàn)術(shù)作用大致可歸納如下。

用于各種精密打擊武器的制導(dǎo)：1.

用于各種精密打擊武器的制導(dǎo)2.成為C3I的重要組成部分3.用于各種精確的定位：如海上陸上的布雷掃雷，空中掃雷，部隊偵察，海上陸上救援，火炮及雷達陣地布列，快速測繪等。4.用于各種軍事通信系統(tǒng)和C3I系統(tǒng)的時統(tǒng)。5.用于武器試驗場的高速武器：如導(dǎo)彈及反導(dǎo)彈的跟蹤和精確軌道測量，時統(tǒng)建立與維護，雷達威力及精度校驗等，極大地提高了效率，節(jié)約了經(jīng)費。美國國防部對GPS在海灣戰(zhàn)爭中的評價為：應(yīng)用空基導(dǎo)航和定位是一個無與倫比的成功，GPS為作戰(zhàn)的勝利起了重要作用，導(dǎo)航和定位數(shù)據(jù)提供給了所有多國部隊，在沒有特征的沙漠中，GPS已證明是一種保險的導(dǎo)航方法，而這正是部隊面臨的比較困難的任務(wù)之一。GPS用來支持了各種各樣的任務(wù)，包括：1）為遠距離對陸攻擊導(dǎo)彈提供中段制導(dǎo)，它使末段傳感器對目標(biāo)的截獲更為有效；2）使F—16和B—52飛機提高了導(dǎo)航精度；3）使RC—135電子偵察機提高了對輻射源的定位精度；4）改善了對敵人后方的深入滲透能力，以及對被擊落的飛行機組人員或其他人員進行救援的能力；5）使地面部隊的導(dǎo)航更容易和更精確；6）愛國者導(dǎo)彈系統(tǒng)的雷達布列時間縮短；7）為地圖繪制和雷區(qū)標(biāo)繪提供了更準(zhǔn)確的方法，允許按儀表飛行規(guī)則進行空中掃雷；8）為戰(zhàn)斧式對陸攻擊導(dǎo)彈提供了精確的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。GPS還有一項十分有用的軍事作用，即提供公共坐標(biāo)系以協(xié)調(diào)各式各樣軍事行動。GPS在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、土建、旅游、公安、醫(yī)療急救、搜索與救援、電信、地質(zhì)勘探、資源調(diào)查、地理信息、地震預(yù)測、大地測繪、海上石油作業(yè)、氣象預(yù)報等各行各業(yè)及科學(xué)研究中得到的應(yīng)用，滲透到了國民經(jīng)濟各個方面，成為當(dāng)今最重要的信息源之一。4.7.2GPS在民用領(lǐng)域中的應(yīng)用1.GPS在水上交通中的應(yīng)用2.GPS在陸路交通中的應(yīng)用3.GPS在空中交通中的應(yīng)用4.GPS在時間同步方面的應(yīng)用5.GPS在測量中的應(yīng)用4.7.2GPS在民用領(lǐng)域中的應(yīng)用4.8.1GLONASS系統(tǒng)簡介GLONASS是由蘇聯(lián)開始研制后由俄羅斯繼續(xù)完善的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1995年12月14日，俄羅斯成功地發(fā)射了一箭三星，標(biāo)志著GLONASS星座的在軌衛(wèi)星已經(jīng)布滿，經(jīng)過數(shù)據(jù)加載、調(diào)整和檢驗，1996年1月18日，24顆工作衛(wèi)星正常發(fā)射信號，健康有效地工作。至此GLONASS正式建成并投入運行。4.8GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)GLONASS導(dǎo)航電文中各幀的內(nèi)容及格式基本相同，因此這里只以一幀為例。在一幀中，1～5子幀內(nèi)容及格式各異，6、8、10、12、14子幀內(nèi)容及格式相同，7、9、11、13、15于幀亦然。因此只要給出1～7子幀的詳細情況，便知道整個電文的情況了.GLONASS星座由地面控制站組（GCS）運作，此站組包括一個系統(tǒng)控制中心（在莫斯科區(qū)的Golitsyno—2），一個指令跟蹤站（CTS）網(wǎng)絡(luò)分布于整個俄羅斯境內(nèi)。CTS跟蹤著GLONASS可視衛(wèi)星，它遙測所有衛(wèi)星，進行測距數(shù)據(jù)的采集和處理，并向各衛(wèi)星發(fā)送控制指令導(dǎo)航信息。4.8.2GLONASS系統(tǒng)的地面控制系統(tǒng)GLONASS接收機接收至少四顆GLONASS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號，并測量其偽距和偽距變化率，同時從衛(wèi)星信號中提取并處理導(dǎo)航電文，接收機中處理器對上述數(shù)據(jù)進行處理并計算出接收機天線所在的三維位置、三維速度和精密時間信息。4.8.3GLONASS系統(tǒng)的用戶設(shè)備4.8.4GLONASS系統(tǒng)的差分和增強應(yīng)用1．差分應(yīng)用GLONASS計劃用三種辦法提高精度，即廣域差分系統(tǒng)（WADS）、區(qū)域差分系統(tǒng)（RADS）和本地差分系統(tǒng)（LADS）。WADS計劃用俄羅斯空間控制系統(tǒng)的地面設(shè)施3～5個WADS站，可以在各個站的半徑1500～2000km以內(nèi)提供5～10m位置精度。RADS可在離臺500km以內(nèi)提供3～10m位置精度，將用于航空、地面、海上和鐵路運輸系統(tǒng)以及測量應(yīng)用。除了上面介紹的GPS和GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，還有歐洲得Galileo和Geostar等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。Geostar是由美國的公司建立和操控的雙向測距和衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，Locstar是歐洲一些公司建立的相應(yīng)系統(tǒng)，建立這些系統(tǒng)的目標(biāo)分別是要覆蓋北美洲的中緯度部分，以及歐洲、中東、北非的中緯度部分。4.9其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)謝謝！劉振華2018年7月無人機導(dǎo)航定位技術(shù)第5章

組合導(dǎo)航系統(tǒng)5.1概述所謂組合導(dǎo)航系統(tǒng)，是指把兩種或兩種以上不同的導(dǎo)航設(shè)備以適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一起，利用其性能上的互補特性，以獲得比單獨使用任一系統(tǒng)時更高的導(dǎo)航性能。5.2組合導(dǎo)航技術(shù)組合導(dǎo)航技術(shù)是一種嶄新的導(dǎo)航技術(shù)，它綜合兩個或兩個以上導(dǎo)航傳感器的信息，使它們優(yōu)勢互補，以期提高整個系統(tǒng)的導(dǎo)航性能，來滿足各類用戶的多種需求。組合導(dǎo)航系統(tǒng)可分為重調(diào)式和濾波處理式兩大類。5.3組合導(dǎo)航系統(tǒng)5.3.1GPS/慣導(dǎo)組合導(dǎo)航系統(tǒng)1.慣導(dǎo)和GPS間存在著良好的性能互補特性2．組合結(jié)構(gòu)和算法5.3.2GPS/多普勒導(dǎo)航雷達組合系統(tǒng)1.多普勒導(dǎo)航雷達多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)，其英語的縮寫為DNS。DNS是一種自主式無線電導(dǎo)航設(shè)備，它由工作頻率在1325～134GHz的收發(fā)信機、2～4個天線（大多采用4個）和導(dǎo)航計算機組成，但它的工作需要航向姿態(tài)基準(zhǔn)（AHRS）、陀螺磁羅盤或慣性平臺提供航向信息。2.GPS與多普勒導(dǎo)航雷達的組合5.3.3GPS/羅蘭-C組合系統(tǒng)1.用GPS校正羅蘭-C的傳播誤差2.用GPS實現(xiàn)羅-C的鏈間同步3.GPS與羅蘭-C的組合方式5.3.4慣性/天文組合系統(tǒng)1.天文導(dǎo)航的由來與演變2.恒星/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)5.3.5多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)傳感器數(shù)目多于兩個的組合系統(tǒng)叫做多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS/INS/羅蘭-C、GPS/GLONASS/INS、GPS/JTIDS/INS等都是實用的例子。在不少應(yīng)用場合傳感器數(shù)目可能大于等于4個，例如GPS/INS/DNS/羅蘭-C和GPS/INS/JTIDS/TAN/SAR等。這里SAR是合成孔徑雷達，TAN是地形輔助導(dǎo)航，JTIDS是聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)。謝謝！劉振華2018年7月無人機導(dǎo)航定位技術(shù)第6章北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國科研人員研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），是繼美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后，第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，其建設(shè)與發(fā)展則遵循開放性、自主性、兼容性、漸進性四項原則。6.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概況北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem﹞是中國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成?？臻g端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站。用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS）、歐洲“伽利略”（GALILEO）等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端組成。6.2

系統(tǒng)組成北斗雙星導(dǎo)航系統(tǒng)主要由空間部分、地面中心控制系統(tǒng)和用戶終端3部分組成。6.3

北斗信號BDS的信號同樣也是有載波、測距碼及導(dǎo)航電文組成:北斗雙星衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作過程是：首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用戶的申請服務(wù)內(nèi)容進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對定位申請，中心控制系統(tǒng)測出兩個時間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。6.4工作原理6.5建設(shè)原則及特點1.建設(shè)原則（1）開放性。（2）自主性。（3）兼容性。（4）漸進性。2．系統(tǒng)特點北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS相比，增加了通訊功能，在全天候快速定位時，其定位精度與GPS相當(dāng)。（1）同時具備定位與通信功能，無需其他通信系統(tǒng)支持；（2）覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，24小時全天候服務(wù)，無通信盲區(qū)；（3）特別適合集團用戶大范圍監(jiān)控與管理，以及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；（4）獨特的中心節(jié)點式定位處理和指揮型用戶機設(shè)計，可同時解決“我在哪？”和“你在哪？”的問題；（5）自主系統(tǒng)，高強度加密設(shè)計，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。局限性6.6未來發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將是一個由30余顆衛(wèi)星、地面段和各類用戶終端構(gòu)成的大型航天系統(tǒng)，技術(shù)復(fù)雜、規(guī)模龐大，其建設(shè)應(yīng)用將實現(xiàn)我國航天從單星研制向組批生產(chǎn)、從保單星成功向組網(wǎng)成功、從以衛(wèi)星為核心向以系統(tǒng)為核心、從面向行業(yè)用戶向大眾用戶的歷史性轉(zhuǎn)型，開啟我國航天事業(yè)的新征程，并將對維護我國國家安全、推動經(jīng)濟社會科技文化全面發(fā)展提供重要保障。謝謝！劉振華2018年7月無人機導(dǎo)航定位技術(shù)第7章

無人機導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用無人機(UnmannedAerialVehiele—UAV)是一種用計算機和無線鏈路取代飛機駕駛員的飛機，由無人機載體、通信鏈路、導(dǎo)航系統(tǒng)、增穩(wěn)與控制系統(tǒng)、發(fā)動機及用于發(fā)射、回收裝置等部分組成。根據(jù)無人機性能和尺寸可分為高空長航時無人機（HALE）、中空長航時無人機(MALE、中程或戰(zhàn)術(shù)無人機(TUAV)、近程無人機(CloseRangeUAV)，小型無人機(MUAV)、微型無人機(MAV)和超微型無人機(NAV)；根據(jù)用途，無人機又分為軍用和民用兩大類。無人機系統(tǒng)一功能結(jié)構(gòu)7.1無人機導(dǎo)航系統(tǒng)7.1.1無人機發(fā)展及其導(dǎo)航方式對于無人機的導(dǎo)航系統(tǒng)而言，有諸多的導(dǎo)航技術(shù)，如無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航等都己廣泛應(yīng)用，但目前應(yīng)用主要是以慣性導(dǎo)航和GPS為主。隨著技術(shù)的發(fā)展，微型化、低成本的MEMS慣性器件和慣導(dǎo)系統(tǒng)將更適合于各類微型無人機，具有極好的前景，但目前其精度性能還有待進一步提高。7.1.2無人機導(dǎo)航的方法和分類無人機導(dǎo)航方法通常分為自主和非自主兩大類。1）航標(biāo)方法。這是一種借助于信標(biāo)或參照物把無人機從一個地點引導(dǎo)到另一個地點的方法，過去人們習(xí)慣稱之為目視方法。在飛機著陸時，這種方法仍在使用，經(jīng)驗性很強。2）航位推算法。通過推算一系列測量的速度增量來確定位置。3）天文導(dǎo)航。通過對天體精確定時觀測來定位的一種方法，目前仍廣泛用在航海和航天，特別是星際航行中。它的缺點是誤差累積及受時間和氣象條件的限制，定位時間長，操作計算比較復(fù)雜。4）慣性導(dǎo)航。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(InertialNavigationSystem，簡稱INS)通過積分安裝在穩(wěn)定平臺(物理或數(shù)學(xué)的)上的加速度計的加速度輸出來確定載體的位置和速度。它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，可用于空間、航空、陸地、海上和水下，但INS的漂移誤差會隨時間累積。因此，目前INS常常和其它導(dǎo)航系統(tǒng)組合使用。5）無線電導(dǎo)航。通過測量無線電波從發(fā)射臺天線到接收機天線的傳輸時間來定位的一種方法(也有測量無線電信號的相位或相角的)。按照發(fā)射機或轉(zhuǎn)發(fā)器所在的位置，無線電導(dǎo)航可分為陸基導(dǎo)航系統(tǒng)和星基導(dǎo)航系統(tǒng)，如羅蘭一C(Loran-C)、奧米伽(Omega)、塔康(Tacan)、夫爾(Vor)、測距儀(DEM)等為陸基導(dǎo)航系統(tǒng)，而子午儀(Transit)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)等為星基導(dǎo)航系統(tǒng)，目前這些導(dǎo)航系統(tǒng)大約有100多種。7.1.3衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空中部分(衛(wèi)星)、地面部分(全球監(jiān)測站和控制站)和用戶接收設(shè)備構(gòu)成。以GPS為例，導(dǎo)航衛(wèi)星不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文，用戶根據(jù)接收到衛(wèi)星信號傳播到用戶經(jīng)歷的時間和在衛(wèi)星星歷時間記錄的衛(wèi)星的位置計算出偽距(PR)。當(dāng)用戶接收到4個以上的衛(wèi)星信號時，就可以計算出用戶所在三維坐標(biāo)x,y,z和戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘差值△t。7.1.4慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴外部信息，也不向外輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，在給定的運動初始條件下，利用慣性敏感兒件測量飛機相對十慣性空間的線運動和角運動參數(shù)，用計算機推算出飛機的速度、位置、姿態(tài)等參數(shù)，從而引導(dǎo)飛機飛行。捷聯(lián)慣導(dǎo)原理圖7.1.5無線電跟蹤系統(tǒng)無線電跟蹤測量系統(tǒng)一般由飛行器上設(shè)備和地面設(shè)備組成，其基本工作原理是把有關(guān)信號調(diào)制在由發(fā)射機產(chǎn)生的無線電載波上，通過天線輻射到空間，被飛行器上的應(yīng)答機接收、轉(zhuǎn)發(fā)，或被目標(biāo)直接