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衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)定位原理
衛(wèi)星導航是采用導航衛(wèi)星對地面、海洋、空中和空間用戶進行導航定位的技術。利用太陽、月球和其他自然天體導航已有數千年歷史，由人造天體導航的設想雖然早在19世紀后半期就有人提出，但直到20世紀60年代才開始實現。
1964年美國建成“子午儀”衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并交付海軍使用，1967年開始民用。1973年又開始研制“導航星”全球定位系統(tǒng)。蘇聯也建立了類似的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。法國、日本、中國也開展了衛(wèi)星導航的研究和試驗工作。
衛(wèi)星導航綜合了傳統(tǒng)導航系統(tǒng)的優(yōu)點，真正實現了各種天氣條件下全球高精度被動式導航定位。特別是時間測距衛(wèi)星導航系統(tǒng)，不但能提供全球和近地空間連續(xù)立體覆蓋、高精度三維定位和測速，而且抗干擾能力強。
衛(wèi)星導航系統(tǒng)由導航衛(wèi)星、地面臺站和用戶定位設備三個部分組成，如圖1.14所示。
（1）導航衛(wèi)星：衛(wèi)星導航系統(tǒng)的空間部分，由多顆導航衛(wèi)星構成空間導航網。
（2）地面臺站：跟蹤、測量和預報衛(wèi)星軌道并對衛(wèi)星上設備工作進行控制管理，通常包括跟蹤站、遙測站、計算中心、注入站及時間統(tǒng)一系統(tǒng)等部分。跟蹤站用于跟蹤和測量衛(wèi)星的位置坐標。遙測站接收衛(wèi)星發(fā)來的遙測數據，以供地面監(jiān)視和分析衛(wèi)星上設備的工作情況。計算中心根據這些信息計算衛(wèi)星的軌道，預報下一段時間內的軌道參數，確定需要傳輸給衛(wèi)星的導航信息，并由注入站向衛(wèi)星發(fā)送。
（3）用戶定位設備：通常由接收機、定時器、數據預處理器、計算機和顯示器等組成。它接收衛(wèi)星發(fā)來的微弱信號，從中解調并譯出衛(wèi)星軌道參數和定時信息等，同時測出導航參數（距離、距離差和距離變化率等），再由計算機算出用戶的位置坐標（二維坐標或三維坐標）和速度矢量分量。用戶定位設備分為船載、機載、車載和單人背負等多種型式。
衛(wèi)星導航按測量導航參數的幾何定位原理分為測角、時間測距、多普勒測速和組合法等系統(tǒng)，其中測角法和組合法因精度較低等原因沒有實際應用。
“子午儀”衛(wèi)星導航系統(tǒng)采用多普勒測速定位體制，如圖1.15所示。用戶定位設備根據從導航衛(wèi)星上接收到的信號頻率與衛(wèi)星上發(fā)送的信號頻率之間的多普勒頻移測得多普勒頻移曲線，根據這個曲線和衛(wèi)星軌道參數即可算出用戶的位置。
