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第一节 空中领航（第4页）

第一，由于惯导是不需要任何外部信息的支持，也不向外部发射电磁波的自主式系统，故隐蔽性好、不易受外界电磁干扰的影响。

第二，惯导可全天候、全球、全时间地工作于空中、地面甚至水下，通用性好。

第三，惯导能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低。

第四，惯导数据更新率高、短期精度和稳定性好。

惯性导航系统的主要缺点有：

第一，由于导航信息是经过积分计算得出的，定位误差随时间而增大，长期精度差。

第二，每次使用之前需要花费较长的时间进行初始对准。

第三，设备的价格较昂贵。

第四，不能给出时间信息。

图3-8GPS示意图

2。GPS全球定位系统

GPS是全球定位系统（GlobalPositioningSystem）的简称，中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大军事领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通信等军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成部分。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星已布设完成（见图3-8）。

GPS由空间部分、地面部分和用户设备部分构成。

GPS的空间部分由24颗工作卫星组成，它位于距地球表20200千米的同步轨道上，均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。此外，还有3颗有源备份卫星在轨运行。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的地面部分是指地面控制系统，由监测站（MonitorStation）、主控制站（MasterMonitorStation）、地面天线（GroundAntenna）所组成。主控制站位于美国科罗拉多州春田市（Col），地面控制站负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离、大气校正等数据。

GPS用户设备部分即GPS信号接收机（见图3-9），其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，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的距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，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。

图3-9GPS信号接收机

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置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具体位置。

GPS有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等主要特点，使之在陆地、海洋和航空航天领域都有广泛应用。陆地应用方面主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；海洋应用主要包括远洋船最佳航程航线测定、舰船实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；航空航天应用主要包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等（见图3-10）。

3。格洛纳斯全球卫星导航系统

格洛纳斯全球卫星导航系统（GLONASS）是由苏联（现俄罗斯）国防部独立研制和控制的第二代军用卫星导航系统，与美国的GPS相似，该系统也开设民用窗口。GLONASS技术可为全球海陆空以及近地空间的各种军民用户全天候、连续地提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息（见图3-11）。

图3-10汽车用GPS信号接收机

图3-11GLONASS系统

格洛纳斯全球卫星导航系统标准配置为24颗卫星，包括21颗工作星和3颗备份星，分布于3个圆形轨道面上，轨道高度19100千米，倾角64。8°（见图3-12）。

4。北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统［BeiDou（PASS）NavigatioeSystem］是我国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（SS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯全球卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，其建设与发展遵循开放性、自主性、兼容性、渐进性四项原则（见图3-13）。

图3-12发射GLONASS卫星的质子火箭

图3-13北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统也是由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，为用户提供开放服务和授权服务两种方式的服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0。2米／秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS等其他卫星导航系统兼容的终端组成（见图3-14）。

图3-14北斗系统的应用

我国在2000年10月31日成功发射北斗系统的第一颗“北斗一号”卫星，2010年12月18日，已成功发射7颗北斗导航卫星，计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域，经济效益和社会效益显著。