讲GPS卫星导航.ppt

GPS定时的方法 一站单机定时法 共视比对定时法 一站单机定时法 在一个已知位置测站上，用一台GPS接收机观测一颗GPS卫星，测定用户时钟的偏差。 某颗卫星在 时刻发射的信号初相，经过电离层和对流层到达用户天线的时刻为 ，则信号传播时间为： 电离层和对流层时延 可由导航电文中获得 一站单机的定时方程式 所求值 相对于GPS时间之差 可由导航电文中获得 用户时钟偏差： （式子右边均为已知） 一站单机的定时方程式（续） 当同时观测4颗GPS卫星时，可在不知测站坐标的情况下，同时测得用户时钟偏差和测站坐标。 一站单机的定时方程式（续） 共视比对定时法 在两个测站上各安设一台GPS接收机，在相同的时间内，观测同一颗GPS卫星，测定用户时钟偏差。 共视比对定时法（续） A、B两个测站所测得的用户时钟偏差分别为： 通过数据传输将A 的用户钟差送到B，两个用户的钟差： 考虑卫星星历误差后的信号实际传播时间： 共视比对定时法（续） 可以由相对定位得到的基线向量得到 实验表明，两个测站共同见到同一颗卫星的时间并不要求同步，前后相差20分钟以内，定时准确度无显著差别，为用户提供了方便 此法可以消除卫星钟差，消除或削弱星历误差的影响。 即使在实施SA技术的情况下，具有更重大的实用价值，可达到?5ns的精度 共视比对定时法（续） GPS干涉仪载体姿态测量 组成： 两副天线和一台GPS接收机 A B GPS信号 GPS干涉仪 通过测量多颗卫星在两个天线上的载波相位差，解得天线组成的基线矢量。 由三个线性无关的干涉仪可测得载体的三个姿态角（三维方向）。 计算出一个天线相对于另一个天线的位置，从而精确地描述船舶的航向及航迹 例子—GPS罗经仪 3011GPS罗经仪 泰雷兹导航定位公司设计 Vector　Sensor 加拿大CSI公司生产 GPS干涉仪载体姿态测量 GPS测姿系统：四副天线A、B、C、D和一台24通道的GPS接收机组成。 A B C D 实时姿态角测量精度：优于1mrad（?0.057o）；数据更新率：5~10Hz。 GPS干涉仪载体姿态测量 惯性直角坐标系： X轴指向正北，Y轴指向正东，Z轴垂直向下，原点位于载体质心 载体直角坐标系： X轴指向载体正前方，Y轴指向右翼，Z轴垂直于地板，原点位于载体质心 旋转变换 GPS干涉仪载体姿态测量 四副天线A、B、C、D在两个坐标系中的位矢分别记作 R = TS 旋转变换 载体姿态测量—三个参数 横滚角?： 绕载体直角坐标系中X 轴旋转的角度 俯仰角? ： 绕载体直角坐标系中Y 轴旋转的角度 偏航角?： 绕载体直角坐标系中Z 轴旋转的角度 GPS卫星导航方法 基本概念 GPS单机导航 差分GPS导航 GPS/惯性综合导航 起始点 航路点 目的点 基本概念 飞行管理系统 智能交通管理系统 …… 制导参数 （指导航行） 飞机制导参数 GPS单机导航 在航行体上仅装配一台GPS接收机。 操作和使用简单，价格便宜 全天候、全球性、较高精度、实时三维定位和测速 GPS单机导航（续） 在一些情况下需配备适当的辅助设备： 船只航行时，必须实时测水深 汽车导航时，某些情况下接收不到足够的卫星数，需配备电子罗盘、速度计等 车辆导航中，配备电子地图、交通信息库、智能选线功能等 差分GPS导航 SA政策降低了使用C/A码的用户的定位精度 差分GPS 地面站 差分GPS导航—方法 位置差分法 地面站发送的修正信息：位置校正量?X，?Y，?Z 伪距差分法 地面站发送的修正信息：伪距误差 位置差分的计算步骤 基准站的精密坐标已知（X0,Y0,Z0）,在基准站上的接收机测得的坐标为（X,Y,Z）（包含各种误差），所以，坐标改正数为： 基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收机在解算时加上改正数： 经过改正后的坐标： 伪距差分的计算步骤 根据基准站已知坐标（X0,Y0,Z0）和各观测到的卫星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离，如下： 伪距改正数为： 其变化率为： 伪距 伪距差分的计算步骤（续） 基准站将??j 和d?j发送给用户，用户在测出的伪距?j上加上改正，求出经改正后的伪距： 然后按下式计算坐标： 用户接收机钟差 接收机噪声 方法是以用户接收机和地面接收机具有相同的误差为前提，而事实并非如此 随着接收机间距离增大，修正效果变差 差分GPS导航—方法（续） “伪卫星”（地面站） - 地面站向用户发送修正信息时，完全按照卫星发送的信号格式，则用户接收机就可把地面站看作一颗卫星 - 相