8、其他空間大地測量技術

1、1,第八章 衛(wèi)星導航定位及脈沖星導航定位,2,目錄：,一、多普勒測量與子午衛(wèi)星系統二、DORIS系統及其應用三、以GPS為代表的第二代衛(wèi)星導航定位系統四、脈沖星導航定位,3,8.1 多普勒測量與子午衛(wèi)星系統,第一代衛(wèi)星導航定位系統：以子午衛(wèi)星系統（Transit）為代表。由于技術上的限制，第一代衛(wèi)星導航定位系統一般采用多普勒定位的模式，用一顆衛(wèi)星來完成整個導航工作。蘇聯的CICADA法國的DORIS(主要用于衛(wèi)星定軌),4

2、,當信號源S與信號接收處R間存在相對運動從而導致徑向運動速度V≠0時，接收到的信號頻率fR就會發(fā)生變化而與發(fā)射頻率fS不等。例如： 火車駛入站臺和駛離站臺,8.1 多普勒測量與子午衛(wèi)星系統,8.1.1 多普勒效應,5,1.信號源S與接收處R保持相對靜止此時fR=fS相同S與R間的距離為D=Δt*cS發(fā)出的第一個波前到達S的時間為ΔtΔt時間內S與R的距離保持D不變Δt時間內，S發(fā)出的波數為n=Δt* fS，均勻分布在D

3、中R處接收到信號的波長λR。,8.1.1 多普勒效應,6,2.S與R作相向運動此時fR>fSS發(fā)出的第一個波前到達S的時間為ΔtΔt 內，S與R間的距離由開始的D= Δt*c變?yōu)镈-V*ΔtΔt時間內，S發(fā)出的波數為n= Δt* fS，均勻分布在D中R處接收到信號的波長λR。,8.1.1 多普勒效應,7,3.S與R作反向運動此時fR<fSS發(fā)出的第一個波前到達S的時間為ΔtΔt 內，S與R間的距離由開始的D

4、=Δt*c變?yōu)镈+V*ΔtΔt時間內，S發(fā)出的波數為n=Δt* fS，均勻分布在D中R處接收到信號的波長λR。,8.1.1 多普勒效應,8,4.S與R作任意運動將S相對R的速度V分解為徑向分量和法相分量。Vr=V*cos(α)Vt=V*sin(α)當α90°時fR<fS,8.1.1 多普勒效應,9,多普勒頻移：信號發(fā)射頻率fS與信號接收頻率fR之差Δf稱為多普勒頻移。徑向速度為Vcosα若信源在衛(wèi)星上，R

5、低速運動，則星站間徑向速度<8km/sfR按泰勒級數展開略去高次項,8.1.2 多普勒測量原理,,10,接收機產生頻率為fS的信號與接收到的頻率為fR的信號混頻。求得差頻信號。在[t1,t2]時間段內積分，積分值為N。D1和D2分別為t1時刻和t2時刻信源和接收機之間的距離。故多普勒測量也被稱為距離差測量。缺陷：無法判斷（D2-D1）符號解決方法：提高接收機產生信號f0的頻率，使其在任何情況下都大于fR 。多普勒計

6、數的幾何意義：,8.1.2 多普勒測量原理,11,1.幾何意義設某衛(wèi)星以 的頻率連續(xù)發(fā)射信號，在 時刻衛(wèi)星位于 處，在 時刻衛(wèi)星位于 處。利用地面衛(wèi)星跟蹤站對衛(wèi)星進行跟蹤觀測，即可確定并預報衛(wèi)星軌道，編制成廣播星歷向用戶播發(fā)。用戶用多普勒接收機來接收衛(wèi)星信號，進行多普勒測量，求得 時間段內的多普勒計數,8.1.3 多普勒定位,,,,,,,,,12,2.觀測方程Δf為接收機產生的本征信號頻率與衛(wèi)星所發(fā)射的信號頻率之差，理論

7、上為一常數，而實際上存在偏差dΔf,則有：dΔf被稱作頻率漂移其值取決于接收機鐘和衛(wèi)星鐘的誤差。子午衛(wèi)星系統中，衛(wèi)星一次通過dΔf被視為一個常數（待定）。接收機三維坐標R（X、Y、Z），其近似坐標為（Xo、Yo、Zo）：衛(wèi)星位置t1時刻和t2時刻分別為S1和S2。D1,D2,,在Do處由泰勒級數展開,同理,8.1.3 多普勒定位,13,2.觀測方程觀測方程誤差方程,將前面得到的D1、D2代入下式,令,,,8.1.3 多普勒

8、定位,14,3.單點定位時的誤差方程右式中有4個待定參數： (dX,dY,dZ,dΔf)至少要測得4個多普勒計數，列出4個觀測方程才能求解。某次衛(wèi)星通過共獲得mi個多普勒計數，此次衛(wèi)星通過的誤差方程式為：對于n次衛(wèi)星通過，第i次衛(wèi)星通過所獲得的觀測值個數為mi，則總的誤差方程個數為：總誤差方程：,8.1.3 多普勒定位,15,1.概述1957年10月4日，前蘇聯成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星 – Sputnik 1美國

9、霍普金斯大學應用物理實驗室的吉爾博士和魏芬巴哈博士利用地面Sputnik 1信號多普勒測量資料對其進行了精確定軌。,吉爾（右）和魏芬巴哈（左）,Sputnik 1,8.1.4 子午衛(wèi)星系統,16,1.概述1958年，受美國海軍委托，在克什納博士領導下，開始開展子午衛(wèi)星系統的研究。1964年1月，子午衛(wèi)星系統建成并投入軍用。1967年7月，子午衛(wèi)星系統解密并提供民用。,麥克盧爾,克什納,8.1.4 子午衛(wèi)星系統,17,2.系統的組成

10、,空間部分衛(wèi)星星座 6顆衛(wèi)星6個極軌道面軌道高度1075km信號頻率1：149.988MHz（4.9996MHz ? 30）頻率2：399.968MHz（4.9996MHz ? 80）星歷（廣播星歷）,8.1.4 子午衛(wèi)星系統,18,2.系統的組成,地面控制部分跟蹤站4個，當子午衛(wèi)星通過時，對其經行Doppler測量，并將數據傳給計算中心計算中心計算衛(wèi)星軌道，然后送入注入站注入站接受并存儲計算中心送來的導航電

11、文，每12小時向衛(wèi)星注入一次導航電文,8.1.4 子午衛(wèi)星系統,19,2.系統的組成,地面控制部分(續(xù))控制中心協調和管理整個地面控制系統海軍天文臺負責進行時間比對，求出衛(wèi)星鐘的改正數和頻率改正數。用戶部分多普勒接收機,8.1.4 子午衛(wèi)星系統,20,3.衛(wèi)星星歷,廣播星歷根據布設在美國的4個跟蹤站的多普勒觀測資料求出各衛(wèi)星的軌道并外推16小時產生的星歷。精度較低（切向誤差17m，徑向誤差26m，法向誤差8m）適合于導

12、航和實時處理用戶精密星歷根據布設在全球的20個跟蹤站的多普勒觀測資料求出各衛(wèi)星的軌道，屬于事后軌道。精度較高（2m）難以獲得,8.1.4 子午衛(wèi)星系統,21,4.定位方法,單點定位利用廣播星歷觀測100次衛(wèi)星通過可獲得精度3～5m的地心坐標。利用精密星歷觀測40次衛(wèi)星通過可獲得精度為0.5～1m的地心坐標。聯測定位兩測站上同時對子午衛(wèi)星進行多普勒測量，進而求出這兩站的相對位置的定位方法。在聯測定位中由于公共誤差可得以消

13、除，故可獲得較好的定位精度。精度估算公式：,8.1.4 子午衛(wèi)星系統,22,4.定位方法,短弧法定位平差中將衛(wèi)星位置視為未知參數，通過平差計算同時求得精確的衛(wèi)星軌道及測站坐標和其它參數。對星歷精度依賴不大，即使采用廣播星歷進行定位也能獲得精度較好的定位結果。當測站間距為200～1000km時，定位精度可達0.5～1m。只要求各測站的觀測值位于同一短弧軌道上（即觀測同一次衛(wèi)星通過），而不像聯測定位中必須要求觀測值重合，故觀測值的

14、利用率較高。短弧法在建立多普勒網時被廣泛使用。,8.1.4 子午衛(wèi)星系統,23,8.1.5 現狀與應用,（1）在20世紀70年代和80年代初，子午衛(wèi)星多普勒測量曾被作為一種重要的衛(wèi)星定位技術而廣泛地被采用；（2）多普勒觀測值在建立早期地球模型時也發(fā)揮過重要作用；（3）與子午衛(wèi)星系統相比，全球定位系統GPS無論在精度還是定位速度方面更有優(yōu)勢。故GPS投入運行后便逐步取代了子午衛(wèi)星系統；,24,一次定位時間過長原因存在一個對同一衛(wèi)

15、星的信號多普勒計數進行時間積分的過程為獲得良好的幾何圖形，通常需要觀測一次完整的衛(wèi)星通過（約8~18min）引發(fā)問題無法為高動態(tài)用戶服務為縮短定位所需時間，需采用低軌衛(wèi)星，從而又造成衛(wèi)星定軌上的難度對于低動態(tài)用戶，仍需進行位置歸算，從而影響導航定位精度,8.1.6 子午衛(wèi)星系統的局限性,25,無法進行連續(xù)定位原因衛(wèi)星數少不同衛(wèi)星采用相同頻率的信號引發(fā)問題兩次衛(wèi)星通過的平均間隔長（中低緯地區(qū)約為1.5h）相鄰軌道衛(wèi)星

16、信號可能相互干擾，導致有時必須關閉其中一顆衛(wèi)星的信號,8.1.6 子午衛(wèi)星系統的局限性,26,對測量應用存在許多不利因素觀測時間偏長，作業(yè)效率偏低（需50~100次合格衛(wèi)星通過，耗時約1周）定位精度偏低原因衛(wèi)星和接收機鐘不夠穩(wěn)定，增加處理難度，影響定位精度信號頻率較低，對電離層延遲改正不利衛(wèi)星軌道精度低，影響定位精度,8.1.6 子午衛(wèi)星系統的局限性,27,衛(wèi)星多普勒定軌定位系統（DORIS) 是一種用多普勒測量方式進行衛(wèi)星

17、定軌和空間無線電定位的綜合系統。 研發(fā)單位： 法國國家空間研究中心目的：精確確定TOPEX/POSEIDON的軌道，以提高其測高精度。要求T/P衛(wèi)星具有下列功能：用雷達測高儀準確測定從衛(wèi)星至瞬時海平面間的垂直距離；精確確定衛(wèi)星軌道，以便能求得從地心至衛(wèi)星的精確距離,8.2 DORIS系統及其應用,8.2.1 前言,8.2 DORIS系統及其應用,8.2.1 前言,28,DORIS采用技術：多普勒技術。定軌原理： 和子午衛(wèi)

18、星系統類似，但是DORIS系統中無線電信號發(fā)射器只是安放在地面跟蹤站上的，多普勒接收機則放在衛(wèi)星上。工作方式：既可在衛(wèi)星上實時完成以提供精度稍差的實時軌道信息也可將觀測值集中起來統一下傳給地面計算中心（當衛(wèi)星飛躍該站上空時），由地面站來進行數據處理以生成精度較好的事后軌道,8.2 DORIS系統及其應用,8.2.1 前言,8.2 DORIS系統及其應用,8.2.1 前言,29,8.2 DORIS系統及其應用,8.2.1 前言,表8

19、-1 攜帶DORIS接收機的衛(wèi)星,2GM接收機的重量只有1.5kg，體積僅為1.5dm3；除了精密定軌以外，DORIS還被廣泛用于空間大地測量。,8.2 DORIS系統及其應用,8.2.1 前言,30,8.2 DORIS系統及其應用,8.2.1 前言,DORIS系統的定軌定位精度之所以能遠遠高于子午衛(wèi)星系統，其主要原因是：（1）地球重力場模型的改進；（2）石英時標性能的提高；（3）有一個數量多分布好的全球跟蹤網；（4）觀測精度

20、的提高及定軌模型的完善；,31,原點表示工作超時間過10年的跟蹤站：40個正方形表示工作時間為5~10年的地面站：15個菱形表示工作時間不足5年的地面跟蹤站：16個站點的選擇原則：VLBI,SLR,GPS并址提供高精度的起始坐標有益于建立和維持ITRF,8.2.2 DORIS的地面跟蹤網,表8-2 DORIS并址站上的聯測精度,32,1.事后精密定軌由法國國家空間研究中心精密定軌隊與美國NASA的哥達德空間飛行中心GSFC用

21、不同的軟件分別進行計算。利用SLR，GPS等觀測資料進行聯合定軌時，軌道的徑向誤差約為1～2cm。僅利用DORIS觀測資料單獨定軌時，其徑向誤差約為3cm左右。,8.2.3 利用DORIS系統進行衛(wèi)星定軌,33,2.實時定軌利用集成在DORIS接收機中的實時定軌軟件DIODE進行實時定軌。DIODE能使接收機鐘與國際原子時TAI保持同步，使其成為一臺高精度的衛(wèi)星鐘。實時提供衛(wèi)星的位置和速度。搭載裝有DIODE的DORIS接收

22、機SPOT4衛(wèi)星的實時定軌精度為幾米。搭載裝有DIODE的DORIS接收機的SPOT6和Envisat實時定軌精度：徑向誤差<±30cm,三維點位誤差<1m。,8.2.3 利用DORIS系統進行衛(wèi)星定軌,34,1.建立和維持地球參考框架原理： 精密定軌中將地面跟蹤站的位置當作是一組待定參數，在自由網平差中與衛(wèi)星軌道參數一起進行估計，就能精確求得這些站的坐標，進而求得它們的變化速度?，F狀 目前DORIS

23、系統已在全球均勻地設立了70多個地面跟蹤站，既可以獨立地組成一個獨立的地球參考框架，也可以通過與VLBI，SLR，GPS的并址站來共同建立和維持一個國際地球參考框架。現在ITRF以一組地面站的三維坐標及其年變化率的形式給出。,8.2.4 DORIS在空間大地測量方面的應用,35,8.2.4 DORIS在空間大地測量方面的應用,1.建立和維持地球參考框架,表8-3 1993年1月～2004年10月間DORIS 7天解（周解）的精度與衛(wèi)星

24、數之間的關系,36,2.測定地球定向參數DORIS可用于確定地球定向參數，特別是極移。測定極移精度與衛(wèi)星的數量有關：在衛(wèi)星數量較多的情況下，極移測定精度可達亞毫角秒水平,8.2.4 DORIS在空間大地測量方面的應用,表8-4 DORIS測定的極移值的精度與衛(wèi)星數之間的關系,37,3.地殼變形監(jiān)測阿拉斯基的Denali斷層7.9級地震后，震區(qū)的Fairbanks站坐標變化： 用GPS定位技術所求得的站坐標變化量及用DORI

25、S所求得的站坐標變化量（mm）,8.2.4 DORIS在空間大地測量方面的應用,表8-5 GPS和DORIS求得的震后測站坐標的變化量（mm）,38,DORIS雙頻信號：401.25MHz2036.25MHz這兩個不同頻率的信號經過電離層后先后到達衛(wèi)星被DORIS接收機所接受。利用雙頻效應可設法消除電離層延遲，求得信號傳播路徑上的電子含量TEC。此外利用DORIS的雙頻觀測資料也可用來探測如地震等地球物理運動對電離層的影響。

26、5個DORIS衛(wèi)星所求得的天頂方向的對流層延遲的精度可達6～8mm。,8.2.5 大氣探測及研究,39,背景：第二代衛(wèi)星導航定位系統的典型代表是美國研制，組建，管理的全球定位系統GPS。此外，還包括：俄羅斯：GLONASS中國：COMPASS歐盟：Galileo,8.3 以GPS為代表的第二代衛(wèi)星導航定位系統,40,1.用距離交會代替距離差交會第一代導航系統：觀測量：不同時刻測站到衛(wèi)星的距離差，無法實現實時定位，定位精度低

27、。第二代導航系統：觀測量：同一時刻測站到不同衛(wèi)星的距離，可以實現實時定位，定位精度高。,8.3 以GPS為代表的第二代衛(wèi)星導航定位系統,8.3.1 二代系統與一代系統間的主要差別,41,2.能對多個衛(wèi)星進行同步觀測第二代衛(wèi)星導航定位系統：接收機具有多個接收通道。每個接收通道可分別觀測一個衛(wèi)星信號。在每一歷元可同時確定接收機的三維坐標和接收機鐘差。第一代衛(wèi)星定位系統：子午衛(wèi)星系統：觀測一次衛(wèi)星通過（一般為10 分鐘）只能確

28、定一個參考時刻的接收機位置和頻漂。,8.3.1 二代系統與一代系統間的主要差別,42,3.二代系統均為連續(xù)的獨立的導航定位系統第二代衛(wèi)星導航定位系統：衛(wèi)星信號中較第一代系統增加了測距碼衛(wèi)星軌道較為穩(wěn)定無遮擋的情況下，用戶最少可以觀測4顆衛(wèi)星采用性能更好的原子頻標取代了石英晶體頻標大大提高了載波頻率，有助于更好地消除電離層延遲組織了國際GNSS服務等組織免費為用戶提供高精度的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差及基準站坐標等。,8.3.1

29、二代系統與一代系統間的主要差別,43,1.GPS1）GPS現代化,1995年GPS具備完全工作能力后，美國就已經意識到GPS現代化的重要性GPS系統扮演著越來越重要的角色美國政府希望GPS能成為世界導航定位系統的標準提供更好，更可靠的民用服務GPS系統持續(xù)發(fā)展的需要新的信號，功率大，精度更高系統完好性, 生存能力, 戰(zhàn)時可以阻止敵方使用,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,1.GPS1）GPS現代化,8.3.2 第

30、二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,44,保護（Protection）采用一系列措施保護GPS系統不受敵方和黑客的干擾，增加GPS軍用信號的抗干擾能力，其中包括增加GPS的軍用無線電信號的強度阻止(Prevention)阻止敵方利用GPS的軍用信號。設計新的GPS衛(wèi)星型號（ⅡF），設計新的GPS信號結構，增加頻道，將民用碼(C/A)和軍用碼（M）分開保持/改善(Preservation)改善GPS定位和導航的精度，在GPSⅡF衛(wèi)星中增

31、加兩個新的民用頻道，即在L2中增加CA碼（2005年），另增L5民用頻道（原計劃2007年）,1.GPS1）GPS現代化,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,45,GPS現代化具體措施從2000年開始具體實施2000年5月，關閉SA兩種新的民用信號和軍用信號增加第三個民用信號L5更新GPS衛(wèi)星(衛(wèi)星壽命，性能，星間測距，星間通信)已經開始第三代衛(wèi)星的部署計劃….,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,1.GPS

32、1）GPS現代化,46,為了進一步提高廣播星歷的精度，美國從1997年開始實施精度改進計劃L-AII（Legacy—Accuracy Improvement Initiative）首期將NGA的6個GPS衛(wèi)星跟蹤站所獲得的觀測資料添加到廣播星歷的定軌和預報計算中去。使得整個GPS衛(wèi)星星座的三維位置誤差的RMS值小于5m。2002年開始的第二期計劃中又加入5個站的觀測站的資料。對衛(wèi)星定軌及推估過程中所使用的動力學模型進行了改進，從

33、而大大提高了廣播星歷的精度。,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,1.GPS2）L-AII計劃,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,1.GPS2）L-AII計劃,47,廣播星歷的精度A.廣播星歷精度的日變化情況一天內由廣播星歷所給出的衛(wèi)星軌道的誤差變化情況軌道誤差三個分量dR，dA，dC在同一天中存在周期約為12小的變化，與衛(wèi)星的運行周期相同精度從幾分米至幾米不等徑向誤差dR要比切向誤差dA和法向誤差dC小。,

34、8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,1.GPS2）L-AII計劃,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,1.GPS2）L-AII計劃,48,廣播星歷的精度B.廣播星歷精度的長期變化情況2002-2006年間3個軌道誤差分量上的日平均值和均方根差變化情況徑向、法向<0.2m，切向<2m法向誤差的日均值變化周期為一年軌道誤差日均值趨于零，徑向誤差的日均值中含有約0.1m的系統誤差均方根差逐年減小,8.3

35、.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,1.GPS2）L-AII計劃,49,廣播星歷的精度B.廣播星歷精度的長期變化情況（續(xù)）廣播星歷的三維軌道誤-2002-2006年間廣播星歷的三維軌道的年均方根差：隨著時間的推移，廣播星歷的精度不斷提高到2006年，幾乎所有的衛(wèi)星的三維軌道誤差都降低至2m左右。,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,1.GPS2）L-AII計劃,50,恢復全球連續(xù)導航能力Glonass-K 計劃 (2

36、011)進一步提高GLONASS系統的定位精度地面控制部分的現代化擴展地面控制網絡 提高系統時間的穩(wěn)定度，軌道精度擴展地面監(jiān)測網信號現代化GLONASS-K增加L3信號 (CDMA)與GPS、Galileo能進行互操作 信號頻段坐標系統時間系統發(fā)射新的衛(wèi)星，繼續(xù)GLONASS現代化進程,,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,2.其他衛(wèi)星導航定位系統1）GLONASS,51,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系

37、統的現狀,2.其他衛(wèi)星導航定位系統2）Galileo,伽利略系統具有以下特點：（1）系統在研制、組建和管理過程中，軍方均未直接參與，它是一個商業(yè)性質的民用衛(wèi)星導航定位系統；（2）伽利略系統從系統結構設計方面進行了改進，以最大限度地保證系統的可靠性，及時向指定用戶提供系統完備性信息；（3）采用了一些措施來提高精度，如在衛(wèi)星上采用了性能更好的原子鐘；地面測站的數量達30個左右，數量更多，分布更好；在接收機中采用了噪聲抑制技術等，因而

38、用戶有可能獲得更好的導航定位精度；（4）與GPS系統既保持相互獨立，又相互兼容，具有互操作性。,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,2.其他衛(wèi)星導航定位系統2）Galileo,52,8.3.2 第二代衛(wèi)星導航定位系統的現狀,2.其他衛(wèi)星導航定位系統3）北斗衛(wèi)星導航系統,第一代北斗導航系統是一種區(qū)域性的有源導航系統，由于只有2顆工作衛(wèi)星，因而該導航系統也被稱為雙星導航系統； 雙星導航系統的優(yōu)點是：投資小，建設速度快；而且系統

39、還具有一定的通信功能和授時功能；接收機開機后可快速定位等； 其缺點是：由于采用的是主動式測距的方式，軍事用戶的隱蔽性差；整個系統的工作過于依賴中心站從而將影響戰(zhàn)時的生存能力；整個系統的用戶數受到限制；系統的技術水平較低，需依賴其他信息源才能確定用戶的位置，無測速功能； 目前正在研制組建的第二代北斗導航系統仍然是一個區(qū)域性的衛(wèi)星導航定位系統，第三代北斗導航系統將成為一個全球衛(wèi)星導航定位系統。,53,由于服務領域的延伸，IGS名稱的演變

40、過程：International GPS Service for GeodynamicsInternational GPS ServiceInternational GNSS ServiceIGS的主要任務：提供精密星歷和精密的衛(wèi)星鐘差高精度的距離觀測值高精度的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差高精度的數學模型和計算軟件建立、維持地球參考框架，確定地球定向參數與VLBI、SLR、DORIS相比，GPS的基準站數量更多，地理分布也更好

41、，因而可以在統一的ITRF框架下起到補充和加密作用。,8.3.3 國際GNSS服務IGS,54,隨著科學技術的發(fā)展以及地球上環(huán)境和資源問題的日益嚴重，人類在太陽系中開展各種科學探測的興趣也越來越高。在20世紀下半葉，僅美國發(fā)射的探測器總數就已達20多個。目前，新一輪的空間探測高潮又即將到來。因此，在太陽系中，為這些空間飛行器進行精確地導航定位就顯得尤為重要。此前，這項任務一直都是由深空大地測量網（簡稱深空網）來完成的。深空網則是由一系

42、列布設在地球表面和人造衛(wèi)星上的配備有測角儀器、測距儀器、測速儀器的深空鉆及相應的數據傳輸、數據處理站組成的。傳統方法的主要缺點是：需要布設一個龐大的地面和空間系統來予以支持，投資大，建設速度慢；容易遭受攻擊，系統的生存能力較差；當飛行器飛到太陽背后時，系統便無法工作；,8.4 脈沖星導航定位,8.4.1 前言,8.4 脈沖星導航定位,8.4.1 前言,55,8.4 脈沖星導航定位,8.4.1 前言,脈沖星是一種高速自轉的中子星，其

43、自轉周期為數毫秒至數十秒不等。其中，自轉周期小于10ms的脈沖星稱為毫秒脈沖星，其自轉周期特別穩(wěn)定（穩(wěn)定度可達10-19s/s），因而可以被用來作為最精確地時鐘；目前適用的高精度脈沖信號接收器有兩種：一是接受微波信號的射電望遠鏡，二是接收X射線的X射線接收器。,8.4 脈沖星導航定位,8.4.1 前言,56,1.搜尋合適的脈沖星，并確定它們的位置合適的脈沖星是指周期十分穩(wěn)定、信號強度好容易接收、空間的地理位置分布好的那些脈沖星。利

44、用長期積累下來的觀測值，通過射電干涉測量等方法來精確確定它們的方位。將成果統一歸算至太陽系質心坐標系上去，求出從太陽系質心至脈沖星的方位。,8.4.2 必要的準備工作,57,2）建立各脈沖星的模型現在脈沖到達時間測定精度已達到0.1us。在建立脈沖星模型前，需要把地面測站測得的TOA統一歸算到太陽系質心。,8.4.2 必要的準備工作,,,58,2.建立各脈沖星的模型歸算公式如右式：式中，t為歸算至太陽系質心的TOAT為地面測站

45、所測定的TOAΔt1為TOA測量時地面測站上的原子鐘相對于國際原子時TAI的改正數Δt2為把TAI轉換為TT,再把TT轉換成TDB時的改正數Δt3是由于脈沖星至地面測站的距離與至太陽系質心的距離不等而引起的改正表示其余的一系列微小的改正項，如相對論改正，信號散射改正等等,8.4.2 必要的準備工作,59,2.建立各脈沖星的模型完成前述歸算后，根據右式建立脈沖星模型：等號右邊第一項為參考歷元t0時刻脈沖星相位，f為脈沖星自轉頻

46、率f（m）為f對時間的m階導數，m常取1，2，3。鐘模型確定以后，可以精確預報任意時刻脈沖信號到達太陽系質心的相位3.建立各脈沖星的輪廓圖,8.4.2 必要的準備工作,60,8.4.3 脈沖星導航的基本原理,若安裝在空間飛行器上的射電望遠鏡或X射線接收器能不斷對脈沖星進行TOA觀測，就能用下式求出任一時刻 時的脈沖信號相位：,,61,8.4.3 脈沖星導航的基本原理,,,62,8.4.4 主要的誤差改正項及觀測方程,1.對幾何上

47、所作的近似進行的修正,將地面測站上所測定的脈沖信號到達時間歸算至太陽系質心時所用的公式及導航定位中作用的公式中，在幾何關系上都作了近似，這種近似將導致一定的誤差，必須予以修正。,8.4.4 主要的誤差改正項及觀測方程,1.對幾何上所作的近似進行的修正,63,8.4.4 主要的誤差改正項及觀測方程,2.傳播介質延遲改正,從脈沖星發(fā)出的頻率為f的信號在星際介質中的傳播群速度VG為：,,所以該信號從脈沖星傳播到觀測者所經歷的實際時間為：,,,