卫星导航技术

卫星导航系统由导航卫星、地面台站和用户定位设备三个部分组成。导航卫星是卫星导航系统的空间部分，由多颗导航卫星构成空间导航网。地面台站通常包括跟踪站、遥测站、计算中心、注入站及时间统一系统等部分，用于跟踪、测量、计算及预报卫星轨道并对星上设备的工作进行控制管理。用户定位设备通常由接收机、定时器、数据预处理机、计算机和显示器等组成。它接收卫星发来的微弱信号，从中解调并译出卫星轨道参数和定时信息等，同时测出导航参数，再由计算机算出用户的位置坐标和速度矢量分量。用户定位设备分为单人(如手持GPS接收机)、车载、舰载、机载、弹载和星载等多种类型。

卫星导航分为多普勒测速、时间测距等方法。多普勒测速定位是用户测量实际接收到的信号频率与卫星发射的频率之间的多普勒频移，并根据卫星的轨道参数，算出用户的位置。时间测距导航定位是用户测量系统中4颗(或3颗)卫星发来信号的传播时间，然后完成一组包括4个(或3个)方程式的数学模型运算，可得出用户位置。"导航星"全球定位系统(GPS)采用这种方法实现定位。

卫星导航系统从美国的子午仪、全球定位系统及其现代化，最后到第三代全球定位系统，不断地在演变，还在探索新一代的系统。除了卫星及其载荷性能改进外，地面运控系统也在做现代化改造，以提高定位精度和实时监控能力。俄罗斯的格洛纳斯系统在恢复之中，并在实施现代化计划。伽利略系统虽然在建设中，但欧洲已经在策划第二代伽利略系统。中国的北斗卫星导航系统，从有源双星定位的北斗一号试验系统，步入无源定位的北斗二号先区域、后全球的新的发展阶段。由于用户与市场的客观需求和国际竞争的需要，卫星导航系统的功能和性能在不断改进提高。以精度而言，全球定位系统从100余米提高到10米量级，导航卫星系统实现兼容与互用后可提高到1米左右。最值得指出的是，卫星导航系统的指标体系有了重大变化，以全球定位系统为例，原先指标参量主要为精度、可用性、连续性和完好性，第三代全球定位系统阶段除了高精度要求外，还有可确保的可用性、可控的完好性、抗干扰功率增强、导航担保、增强安全性、后向兼容、系统自生存性，以及民用信号从1个变成4个。伽利略系统的服务理念与全球定位系统相比有了进一步深化，其信号编码体制有明显创新，得到公认，并衍生多个应用品种。

卫星导航应用技术的进步是以接收机为核心的，20多年来，接收机技术、接收机芯片技术以摩尔定律在发展，在进步，性能成十上百倍地提高，重量成百上千倍地减轻，价格成千上万倍地降低，民用接收机技术大大地带动了军用技术的快速进步。同时，车辆导航仪、个人导航仪、手持机、定位手机、导航手机、行驶记录仪、监控终端等等应用终端以更加丰富多彩、功能强大而驰名，受到广大用户的青睐。此外，各种各样的应用与服务系统，如移动位置服务系统、车辆信息系统、实时智能交通信息系统、不停车收费系统、车队管理系统、物流运输系统，以及多种多样的专业应用系统，日新月异地进入市场和产业，形成明显的生产力，对于提高生产效率，提升服务 水平，改善生活质量，推动经济发展，发挥着积极作用。技术发展的重大倾向是卫星导航系统应用业已拓展到PNT或PNOT（Position、Navigation、Orientation、Timing，定位、导航、定向、定时）全领域，并且以它为中心逐步实现与通信、互联网、惯性导航传感器、时钟等等的融合与集成，将多种多样的信息来源与信息通道实现一体化整合，真正达到全球任何时间、任何地方（海陆空天与地下和水下）的PNT应用与服务，已经成为人们未来十年追求的目标。

卫星导航系统及其技术发展的动力来源正在发生着微妙的变化。全球定位系统建设初期主要动力来自军用需求，来自技术牵引，任务与目标相对集中，随着系统变成军民两用进程的发展，市场与产业的广泛需求越来越丰富，越来越多样化，应用与服务需求逐步上升为主要矛盾，成为矛盾的重要方面。这使得发展驱动力从主要来自使命牵引转变为主要来自需求推动，也就是更多地来自于产业、市场和用户的需求。所以，无论第三代全球定位系统和伽利略系统的设计建设，多将需求调研作为一个重要方面加以研究，从而实现系统指标体系的重大调整，使之更加切合实际，更加有用。这种转变是带有根本性意义的，是科技发展的方向性问题，会对产业发展产生深远影响。这种转变给我们新兴国家以机会，有更多的发展余地，有更多的市场开拓空间。这种转变也给我们提出了更高的要求，要紧跟用户需求，研发生产出更多更好切合实际应用的高效产品，实现双赢和多赢，让用户得到看得见摸得着的实实在在的好处，实现增值服务。

1、系统级感知。GNSS子系统应访问系统级状态以便根据这些状态采取行动。若PND确定用户并没主动看屏幕，当它关闭显示器背光时也还会“通知”GNSS子系统同时减少位置处理负载。当用户接着使用设备时，位置会被刷新。

2、保持GNSS时钟。当关断GNSS接收器系统或将其设置为待机(休眠)模式时，只关断射频部分但保持GNSS时钟。因时钟也耗电，所以该技术实际需要更大功耗，但当系统唤醒时，因其不必重新获取时间，它支持更快的信号获取。该技术可直接与业已在设备中实现的任何降耗功能直接对接。

3、 储存关于最后一次已知位置的足够信息。任何时间，该设备都有关于其大概位置的数据、时间或参考，因系统了解大致答案，所以信号获取被提速。

4、存储卫星轨道数据。导航时，GNSS接收器需了解其全部跟踪卫星的轨道参数(年鉴和星历)。在存储该轨道数据时，会有接收器短时关闭、而以前使用的相同卫星仍可用的场合。在这种情况，该接收器可热启动、把从潜态到首次定位所需时间从30多秒减少至3秒内。

5、编程射频以输出更少数据。当试图在最恶劣工作条件下保持精度时，将完整GNSS信号送至主处理器会有好处，这样当突然有可用资源时就可利用这些信号，而若没有可用资源时将丢弃这些采样。但该方法以全速驱动射频/处理器接口。通过降低来自射频的信号速率、当有更多资源可用时，处理器虽失去了处理更多采样的能力但却保存了功率。

6、采用智能航位推算。当位置更容易估算时(如行驶在高速公路且半英里内没有出口的场合)，可采用牺牲精度以减小处理负载的航位推算及其它技术。通过采用航位推算技术有效进行交叉定位计算或降低信号速率，信号处理负载可被降低且保持足够精度。基于软件方法的灵活性使实现诸如此类的降耗特性简单可行。