卫星多普勒定位系统
姓 名：张 永 奇 学 号：0826010
指导教师：刘 万 林 副教授
目录
第一章 绪论 ........................................................ 1 第二章 卫星多普勒定位系统 .......................................... 3
2.1 发展简史.......................................................................................................... 3
2.2 空间部分.......................................................................................................... 4 2.3 地面跟踪网...................................................................................................... 6 2.4 用户接收设备.................................................................................................. 7 第三章 卫星多普勒测量原理 ......................................... 10
3.1 多普勒效应.................................................................................................... 10
3.2 多普勒积分法................................................................................................ 11 3.3卫星多普勒定位原理..................................................................................... 11 3.4 卫星多普勒导航计算模型............................................................................ 12 3.5 卫星多普勒定位方法.................................................................................... 12 3.6 卫星多普勒网的建立.................................................................................... 12 第四章 卫星多普勒定位的数据采集与处理 ............................. 14
4.1 卫星的基本信息............................................................................................ 14
4.2导航卫星预报................................................................................................. 15 4.3 卫星多普勒数据的预处理............................................................................ 15 第五章 卫星多普勒观测的误差分析 ................................... 17
5.1 概述................................................................................................................ 17
5.2 轨道误差........................................................................................................ 18 5.3 折射误差........................................................................................................ 20 5.4.接收误差......................................................................................................... 21 第六章 卫星多普勒定位的应用 ....................................... 22 第七章 卫星多普勒定位技术的进一步发展 ............................. 23 参考文献 .......................................................... 25
卫星多普勒定位系统
第一章 绪论
卫星多普勒定位技术是现代大地测量采用得较为广泛较有成效的新技术之一。近几年来，在我国的生产、科研和教育部门，均引用了此项新技术，且有更为普及的趋势。
自从1958年人造地球卫星(以下简称卫星)发射成功以后，经典大地测量学与天文学、地球物理学相互渗透，产生了大地测量学的新分支—卫星大地测量。自六十年代以来，卫星大地测量获得了突飞猛进的发展，并在空间技术和地球科学方面发挥着日益重要的作用。卫星大地测量的实质，就是利用人造卫星的观测资料来实现大地测量的目的。因此，卫星大地测量的任务可概括为如下几点：
1. 精确测定地球的大小和形状、地球外部引力场、地极运动、大陆板块间的相对位移和研究大地水准面的形状。这不仅是大地测量学的主要任务，而且对其它科学技术也有重要意义；
2. 精确测定地面点相对于地球质心的坐标(地心坐标)。这样，就能够把世界上不同地区的地面大地网精确地联系起来，建立统—的世界大地测量坐标系，为研究地心坐标系运动提供可靠资料；
3. 加强国家天文大地网，并提高其精度。现有的大地测量成果具有几何和物理的两重性，即平面位置是在某个参考椭球面上，用几何方法(三角或导线测量)推算测定，而高程则由某地的平均海水面，用物理方法(水准测量)传递测定。利用卫星大地测量的方法可以对大面积的天文大地网进行加强或控制，以及不断提高其精度；
4. 困难地区布设测图拉制。根据目前美国海军导航卫星系统所达到的精度，很多国家已直接用卫星多普定位法，在困难地区布测控制网。它可以提高工作效率，避免外业造标工作，降低作业成本；
5. 海岛联测，包括海上定位等。卫星大地测量可以对远离大陆的岛屿，以及沿海的石油钻台进行大地联测。这不但速度快，精度好，而且是常规大地测量无法进行联测的唯一有效手段。
除此，卫星大地测量，特别是卫星多普勒测量在海上导航、石油助探、监测
1
冰川运动、地壳运功和军事等方面有着广泛的应用。
卫星大地测量，就其观测手段通常可分为光学摄影法、激光测距法相无线电技术法三种。光学摄影法，包括目视光学观测，电影经纬仪观测。目视光学观测能很快地获得卫星的近似位置，所以在人造地球卫星观测的最初阶段使用得较广泛。由于观测精度较低(方向精度为5\～20\记时精度为0.01\)，所以被后来发展的光学电影法所替代。这种摄影法，是以恒星天空为背景，用大口径光学望远镜对恒星进行摄影。通过底片上恒星与卫星轨迹的量测，可以确定卫星在空间相对于恒星的位置。
2
第二章 卫星多普勒定位系统
卫星多普勒大地测量主要是利用美国海军研制的导航卫星系统。该系统最初称为子午卫星,以后改用海军导航卫星系统，最后又称为导航卫星(NAVSAT)。
2.1 发展简史
美国为了对装有北极星导弹的潜艇的惯性导航系统进行有效的检核，由美国海军武器实验室(NWL)(现改名为海面武器实验宝NSWL)，委托美国霍布金斯大学的应用物理实验室(JHU-APL)研制卫星导航系统。APL于1958年12月开始研制，1964年投入军用，除为北极星潜艇导航外，还为其它军舰和海洋考察船导航之用。1967年7月经美国政府批准解密，可供商用。因此，开始用于各种远洋船舶导航及海上定位。1964年以后，也开始研究利用该系统来解决大地测量的任务，随着该系统的精度不断提高，越来越广泛地用来解决大地测量和地球动力学方面的一系列问题。由于该系统具有全天候、全自动、全球覆盖和具有较高精度等特点，因而在世界上获得日益广泛的应用。
导航卫星系统的设计思想，最初是由霍布金斯大学应用物理实验室的几名研究人员提出来的。在使用无线电跟踪苏联第一颗人造地球卫星时，维芬巴赫(George C．Weiffe-nbach)和吉尔(William H.Guier)发现可以利用多普勒频移来测定卫星的轨道。不久，当时任应用物理实验室研究中心主席麦克卢尔(Frank T．McCMlure)提出，利用预测的轨道使用多普勒测量的方法来测定地面接收站位置的设想。经过一系列的论证和技术准备以后，在以下四个方面正式开展了研制工作：
(1)研制TRANSIT卫星系列；
(2)建立地面跟踪网，以提供预测的轨道参数； (3)研制地面接收设备；
(4)开展卫星轨道理论，地球引力场和地球形状的研究。
建立导航卫星系统以后，根据美国本土四个跟踪站36小时的观测数据，再外推16小时的卫星轨道参数。由注入站将此预测的卫星轨道参数定期注入卫星，卫星将此轨道参数，经相位调制后播发出去，通常称它为广播星历。此外，还有
3