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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月摘要1Abstract21 ,绪论31.1 全球卫星导航系统简介3美国的GPS系统3俄罗斯的G1.ONASS系统4欧洲的佃利略卫星导航系统4中国的北斗卫星导航系统5日本和印度的区域卫星导航系统51.2 GPS和G1.oNASS系统建立的背景51.3 GPS系统和G1.0NSS系统的建成与现代化62 .GPS系统和G1.ONASS系统的俎成82.1 GPS系统与G1.ONASS系统的现状概述82.2 GPS系统与GU)NASS系统的组成IO空间部分IO
2、地面限制设施(GBCC)IO用户设备H3 .GPS系统与G1.oNASS系统的功能与导航原埋Il3.1 系统功能Il3.2 GPS系统与G1.ONASS系统的分类133.3 GPS系统与G1.ONASS系统的导航原理134 .GPS系统与G1.ONASS系统的不足之处154.1 系统不足154.2 技术难点175 .GPS系统与G1.oNASS系统招来的发展趋势175.1 GPS系统与GIONASS系统接收机发展状况195.2 地面限制部分的改进205.3 全球上星导航系统发展方向206 .GPS系统与G1.ONASS系统对我国导肮系统的启示226.1 北斗导航系统的发展历程226.2 2北斗
3、卫星导航系统的现状236.3 启示246.4 对北斗导航系统的展望25结束iW27参考文献28致谢29GPS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星导航系统。本文在简要论述现代卫星导航系统技
4、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OverviewandcomparisonofGPSandG1.ONASSsystemsSpeciality:EICCtroniC&InfOrmaliOnScienceandIcchnologyClass:0803Author:Tutor:Abstract1.astmore(hanIOyears,(heUnitctiStatesglobalpositioningsyste
5、m(GPS)forsuccessfulpracticeinanumberofwar,fullydemons(raedo,focusedonGPSandG1.ONASSsystemsestablishedhistoryandstatus,andthesimilaritiesbetweenthetwosystems,andanalysisofden)ons(ra(ionanddevelopmentINndofthetechnologyofsatellitenavigationsystems,providereferenceforplanningtheconstructionofChinassate
6、llitenavigationsystem.Keyword:GPSG1.ONASSsatellitenavigationComparison1 .绪论1.1 全球卫星导航系统简介目前有四大全球卫星导航系统，其中包括：美国的全球卫星定位系统GPS、俄罗斯G1.(WASS卫星导肮系统、中国的北斗卫星导航系统、欧洲“伽利略”卫星导肮系统以及日本和印度的区域N星导航系统.1.1.1美国的GPS系统自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
7、骤包括：(D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：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GPS2AR星、12颗GPS2R卫星和3颗GPS2R-H卫星。其中，在第D4轨道面上各有5颗卫星：在第5轨道面上有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Wulker24/3/2星座构形，而是趋向于一种6个轨道平面的卫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
8、微盖，满意系统可用性指标要求，有利于实现接收机自主完好性监测(RAlM),获得平安牢靠的高精度导航信息。用户测距误差(URE)是评价卫星导航系统性能的关键指标，与卫星导航系统地面限制部分和空间星座部分亲密相关，由卫星星历刚好钟误差在用户至R星视线方向的投影计算得到。图3展示了19902005年URE均方根误差(RVS,即用户测距精度)的长期统计结果。从图中可以看出，自1995年GPS星座具备完全可操作实力以来。用户测距精度提高了62%,到2005年已达到1.hk随着GPS2R/2RM卫星系列的部署,再加入星间链路测距数据，则可进一步减小URE值。2007年2月21日，统计GPS星座30颗R星的
9、平均URE值已达到0.74m.,可见，GPS系统用户测距精度渐渐提高是GPS卫星系统技术不断演化及地面限制站升级和完善的结果，从而可满意军民用户高精度导航应用需求.1.1.2 俄罗斯的G1.oNASS系统G1.ONASS系统与GPS系统具有相像的系统构成、定位原理和服务方式，其差异在于采纳不同的信号通信体制、坐标参考系统、时间基准系统和广播星历格式。G1.ONASS星座现有17颗卫星在轨运行，其中第I、2和3轨道平面分别有8颗、3颗和6颗卫星,4颗卫星为临时关闭状态，1颗卫星尚处于测试阶段,仅有12颗卫星能够正常工作.目前，G1.ONASS星座全球可用性为85%,每天平均间断时间在2.lh以上
10、。俄政府宣布，将在2007年卜.半年进行两次放射(6颗卫星)，G1.ONASS星座卫星数可达到18颗，以满意初步导航应用实力：2009年，狂原全部24颗北星星座，具备完全可操作实力。到目前为止，俄罗斯已放射95颗G1.ONASS卫星,包括88颗G1.ONASS卫星和7颗G1.oNASS-M卫星.G1.ONASS卫星在GI(i59ll6IOMHz)fG2(I24O-1256MHZ)频段上采纳频分多址(FDMA)方式调制军用和民用信号。G1.ONASS-K和Glonass-KM/ng等新型卫星系列正在研制和开发之中。gionss-k卫星设计寿命为IO年，增加rG3(ll5)1212MHz)导航频段
11、、星间链路和搜救教荷等设计,并可能在G1.ONASSK卫星Gl、G3频段上采纳码分多址(CDMA)方式调制导航信号,以同伽利略、GpS民用导航信号兼容.G1.ONAss-K卫星预料2008年以后放射入轨：G1.ONASS-KM/NG卫星硕料2011年以后才能放射。1.1.3 欧洲的伽利略卫星导航系统2002年3月26日，欧洲启动J其民用导航北星安排一一伽利略W星导航系统.该卫星星座由30颗中地轨道(MEo)卫星组成，采纳Walkcr27/3/1星座构形，并有3颗在轨备份卫星。卫星轨道倾角为56,轨道高度为23616kn,轨道交点周期为I4h22min0卫星在轨全量约为650kg,功耗700W,
12、设计寿命为20年。伽利略卫星采纳码分多址(CDMA)扩频通信体制以及二进制补偿载波(BoC,或二进制偏置载波)和二相移键控(BPSK)信号调制方式,在E5(1I64I215MHz),E6(I260I300MHz)和E2-1.1-El(1559-1591MHz濒段上调制IO个导航信号，并在1.6(15441545MHZ)频段内广播搜救信号。伽利略系统供应5种基本的服务方式：开放股务(OS)、商业服务(CS)、生命平安服务(So1.)、公共管理服务(PRS)和搜救服务(SAR)o2005年12月28日，第颗加利略试验卫星G1.OVE-A胜利放射，对导航频段、导航信号、星载原子时钟、空间辐射环境以及
13、卫星激光测隹(S1.R)等进行在轨测试验证。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
14、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
15、、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(IRNSS)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
16、。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
17、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，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.ON
18、ASS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
19、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
20、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)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
21、，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
22、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
23、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
24、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(NavyNavigationSalcllilcSystem-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
25、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
26、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
27、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,满意系统可用性指标要求，有利于实现接收机自主完好性监测(RAlM),获得平安牢靠的高精度导航信息.可见
28、，GPS系统用户测距精度渐渐提高是GPS卫星系统技术不断演化及地面限制站升级和完善的结果，从而可满意军民用户高精度导航应用需求。到目前为止，俄罗斯已放射95颗G1.ONASS卫星，包括88颗G1.ONASS卫星和7颗G1.ONass-M卫星。G1.ONASS卫星在GI(159l16IOMHz)和G2(1240-1256MHz)频段上采纳缴分多址(FDMA)方式调制军用和民用信号.G1.ONASS-K和Glonass-KMZng等新型卫星系列正在研制和开发之中。gionass-k卫星设计寿命为10年，增加了G3(119()1212MHz)导航频段、星间链路和搜救效荷等设计，并可能在G1.ONAs
29、s-KR星GkG3频段上采纳码分多址(CDMA)方式调制导航信号，以同伽利略、GPS民用导肮信号兼容。G1.ONass-K卫星2008年以后放射入轨：glonss-km/NG卫星20n年以后才能放射,G1.ONASS系统共有卫星24颗，正式运用卫星21颗，备份星3颗，分别布置在A、B、C三个轨道面上。每个轨道面上有八颗卫星，以A轨道面为基准，它的升交A轨道面(基准)B凯遭面C轨道面2-1-G1.ONASSIlK团轨谢构成点的赤经为73,而B、C两个轨道面的开交点赤经分别与A面的夹角为120以及240,各队道面卫星间的相位差，A面的纬度为45,A与B轨道面间相位差+30,A与C轨道面间相位差为-
30、30。，卫星沿逆时针方向旋转。G1.ONASS卫星的坑道高度为1910Okm(轨道半径为255IOkm),轨道面的倾斜角为64.8,W星沿轨道旋转周期为Ilhl5.73m.系统工作的两个扬段为1.6GHz频段和1.2GHz频段，与GPS一样，可分为GA码及P码。卫星放射信号采纳频率分割方式(FDMA).也就是全部W星运用同一种BPSK调制码，而每颗星的发送信号的频率完全不同。格洛纳斯系统设计定位精度为在95%的概率条件卜.，水平为100米，垂直向为150米叫2.2 GPS与G1.ONASS系统的组成2.2.2 空间部分GpS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星；3颗备用卫星)，它位于距
31、地表2020Okm的上空，匀称分布在6个凯道面上(每个轨道面4颗).轨道倾角为55。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会渐渐降低。G1.ONASS系统采纳中高轨道的24颗R星星座，有21颗工作星和3颗备份星，匀称分布在3个圆形轨道平面上，每轨道面有8颗，轨道高度H=19000km,运行周期T=Ilhl5min,倾角i=64.8。2.2.3 地面限制设施(GBCC)地面限制系统由监测站(MonitOrStation)、主限制站(MaSterMonitorStation)、地面天线(Gr
32、OUndAntenna)所组成,主限制站位美国科罗拉多州春田市(ColOradOSpring)地面限制站负责收集由卫星传回之讯息，并计兑卫星星历、相对距离，大气校正等数据。G1.ONASS星座的运行通过地面基站限制体系(GCS)完成，该体系包括：一个系统限制中心(GOHtSyno-2.莫斯科地区)和几个分布于俄罗斯大部地区的指挥跟踪台站(CTS)。这些台站主要用来跟踪G1.ONASS卫星，接收卫星信号和遥测数据。然后由SCC处理这些信息以确定卫星时钟和轨道姿态，并刚好更新每个卫星的导航信息，这些更新信息再通过跟踪台站CTS传到各个卫星。CTS的测距数据须要通过主控中心数量光学跟踪台站的一个激光
33、设符进行定期测距校正，为此，每个G1.ONASS卫星上都特地配有一个激光反射器.在G1.ONASS系统中,全部信息的时间同步处理对其正常的运行至关重要，因此还要在主控中心配备一台时间同步仪来解决这个问题.这是一台高精度城原子钟，通过它来构成G1.ONASS系统的时间尺度。全部G1.ONASS接收机上的时间尺度（由个艳原子钟限制）均通过G1.ONASS系统与安装在莫斯科地区MendeleeVO台站上的世界协调时（UTC）同步。2.2. 3用户设备GPS信号接收机.其主要功能是能够捕获到按肯定星截止角所选择的待测T!星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星
34、的伪距离和距离的变更率，解调出卫星轨道参数等数据。依据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采纳机内和机外两种直流电潟设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测运用。其次则为运用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，般运用者所
35、购买的多为单频接收器。到1995年为止,俄罗斯已研制了两代用户设备（UE）.第一代接收机只为用G1.ONASS来工作，与西方的同类GPS接收机相比，它偏大和偏重，有三种基本设计，即1通道、2通道和4通道接收机。其次代接收机是5通道、6通道和12通道设i,采纳了大规模集成电路和数字处理技术，而且民用接受机可用GPS和G1.ONASS两种系统来工作。俄罗斯的用户设备的主要设计单位是圣彼得堡的俄罗斯无线电导航和时间探讨所，Kampas设计局和俄切斯科学和航天仪器探讨所“川、3 .GPS与G1.ONASS系统的功能与导航原理3.1 系统功能GPS系统与G1.ONASS系统的功能基本一样，也许分为以下几
36、大类：一授时。全球导航定位系统可供应精确的时间和频率，从而广泛应用于授时校频。在通信、网络的时间同步，以及部队机动、作战中统时间标准均具有重要的意义.导航。当前，GPS与惯性制导相结合是军用飞机上普遍采纳的一种导航方式，这种导航方式可由GPS供应精确的位置和速度信息，而惯性制导因不易受到干扰，可在无GPS信号时供应导航信号并使系统快速更新。美军目前的军用飞机大量采纳此种导航方式。单兵或部队定位.全球导航定位接收机可以做到小型化、手持式，因而携带便利，它还可与其他手持式通信设备组合在一起，是野战部队和机动作战部队不行缺少的装备。海湾斗争期间，GPS接收机就很受美军部队欢迎.度出现了军用GPS接收
37、机严峻短缺的现象，当时美国陆军每连或180多人就有1台GPS接收机.而伊拉克斗争中，地面部队至少拥有10万台精密轻型GPS接收机，每个班至少一台。救援服务。美军K行员广泛应用的一种Hk-112救生无线电装置,在飞机被击落时，能够利用GPS为营救人员指引方向。地面作战行动。全球定位系统木身所具有的精确性可确保进行精确的位置勘查、配置炮兵、目标搜寻和定位。全球定位系统在作战地域内建立“共同坐标”、“共同时间”，帮助建立“共同指令”并且可帮助实施协同行动.海上行动。海军部队也可从全球定位系统中受益。运用全球导航定位系统,舰艇和潜艇可精确地判定自己的位置,这有助T在港口作业的平安和通过受限水域时所需的
38、导航：结合运用激光测距仪和高精踊的定位信息，可对海岸线进行精确勘查：可精确地设置水雷，使己方部队能规避和对其进行回收：运用空间定位、速度矢量、时间和导航支援，有助于海上集结、海上营救和实施其他行动。空中作战行动。在空中作战行动中，全球定位系统也极为有用。全球导航定位系统供应的位置、速度矢属、时间的有关信息可提高空投、空中加油、搜寻和营救、侦察、低空导航、目标定位、轰炸和武器放射的效能：可为己方飞机通过作战地域设定更为精确的空中走廊；可提高各种空射武器的精确度。武器制导。在伊拉克斗争中，由GPS制导的精确制导武器的运用率有门艮大提高。依据统计，斗争中精确制导武器的运用率达到68.3%,而由GPS
39、制导的精确武罂就占到总数的57%。由于激光制导炸弹易受检场烟雾、云层和沙尘的影响，而GPS制导的特点是不受沙尘和烟雾影响，可以全天候、全天时工作，且制导精度高，因此在伊拉克斗争特定的环境(沙尘、烟雾中发挥了独特作用W1.3.2 GPS与G1.ONASS系统的分类GPS系统运用的伪码一共有两种：(l)CA码：频率1.023MHZ.重更周期Tg秒，码间距1微秒，相当于300m；(2)军用的P(Y)码：P码频率10.23MHz,重复周期266.4天,码间距0.1微秒，相当于30m。而丫码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。G1.ONASS系统与GPS相同也分为高精度锥(Channdofhighac
40、curacy-CHA)和标准链(Channelofstandardaccuracy-CSA)两种依据卫星种类可以分为G1.oNASS、G1.ONass-M,G1.ONASS-K等。按用户不同可以分为军用与民用，民用包括陆地交通、航空航海等时。3.3 GPS与G1.ONASS系统的导航原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位星的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的详细位置.要达到这一目的，卫星的位置可以依据星我时钟所记录的时间在卫星星历中杳出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经验的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰.这一距离并不是用户
41、与卫星之间的其实距离，而是伪距(PR)：当GPS卫星正常工作时，会不断地用I和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)放射导航电文。GPS系统运用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y网.C/A码频率1.023MHZ,重品周期一革秒,码间距I微秒，相当于300m：P码频率10.23MHz,重发周期266.4天，码间距0微秒，相当于30m。而丫码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括旧星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50bs调制在我频上放射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长金。前三帧各10个字码：每三十秒
42、重纪次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出北星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知Tl星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星放射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见GPS导航系统R星部分的作用就是不断地放射导航电文。然而，由于用户接受机运用的时钟与卫星星载时钟不行能总是同步，所以除了用户的三维坐标X、y、Z外，还要引进个t即卫星与接收机之间的时间差作为未知数.然后用4个方程将这4个未知数解出来.所以假如想知道接收机所处的
43、位置，至少要能接收到4个卫星的信号。GpS接收机可接收到可用于授时的精确至纳秒级的时间信息:用于预报将来几个月内卫星所处概略位坦的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变更）：以及GPS系统信息，如卫星状况等。GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距岗，由于含有接收机W星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对OA码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。GPS接收机时收到的W星信号，进行解网或采纳其它技术，将调制在数波上的信息去掉后，就可以更原载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位
44、，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机抿荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻易测，保持对N星信号的跟踪，就可记录下相位的变更值，但起先观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的,即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解尊。相位观测值的精度高至圣米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能运用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采纳相位观测值。按定位方式，GpS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是依据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采纳伪距观测量，可用于车船等
45、的概略导航定位。相对定位（差分定位）是依据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采纳伪距观测俄也可采纳相位观测量，大地测量或工程测量均应采纳相位观测值进行相对定位。在GPS观测信中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或减弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以依据两个频率的观测量抵消大气中电离乂误差的主要部分，在精度要求高，接收机间即离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。G1.ONASS定位的原理是距离交会。G1.ONASS卫星在任时刻的位置可以通过卫星星历
46、计算出来,理论上,只要知道用户到3颗卫星的距离,便可计算出用户的位置,但这要求卫星与用户以及卫星之间的时间同步精度极高，H前还不能完全满意，只好引入个时间参数。由于多了个未知量，因此，实际定位时要至少接收4颗卫星的信号。G1.0NASS卫星同时放射粗码（C/A码）和精码（P码），C/A码用F向民间供应标准定位，而P码用于俄罗斯军方高精度定位或科学探讨。G1.ONASS与GPS除了采纳不同的时间系统和坐标系统以外，二者之间的最大区分是：全部GPS卫星的信号放射频率是相同的，而不同的GPS卫星放射的伪随机噪声码（PRN）是不同的，用户以此来区分卫星，称为码分多址（CDMA）：而全部G1.oNASS卫星放射的伪随机噪声码是相同的，不I可支星的放射缴率是不同的，用以区分不同的-R星，称为频分多址（FDMA）,另夕卜，与GPS不同，G1.ONASS没有任何人为的降低定位精度的措施“力。4 .GPS与G1.ONASS系统的不足之处4.1 系统不足在近几场局部斗争中，GPS暴露出了一些问题。首先是GPS信号的
