Gps新版第二部分课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,卫星导航电子课件第二部分,四、,GPS,接收机,按用途分：,导航型（又称导航仪）、测地型和授时型,按接收机工作原理分：,码相关型（,Correlation Channel,）、平方型（,Squaring Channel,）、混合型（,Hybrid Channel,）、码相位型（,Code Phase Channel,）、干涉型（,Interferometry Channel,）,按信号通道分：,多通道（,Multi-Channel,）、序贯通道（,Sequencing Channel,）、多路复用（,Multiplexing Channel,）,按接收卫星信号的频率分：,单频（,L1,载波）和双频（,L1+L2,载波）,（一）,GPS,接收机分类,（二）,CA,码、单频（码相关型）,GPS,接收机工作原理,前置放大器,电源,变频器及中放,信号解扩解调,本机伪码,发生器,卫星电文,多普勒频移测量,显示器和键盘,信号通道,显示模块,导航,计算,伪码测量,微处理器,第三节,GPS,定位误差及美国,GPS,政策,一、,GPS,误差种类,伪测距误差、几何误差、美国,GPS,政策带来的误差、速度误差和海图标绘误差。,通常将,GPS,定位的误差等效为测距离误差，称之为用户等效测距误差。,二,.,伪测距误差：,星历表误差,(2.7,m ),、,卫星钟剩余误差,(3.1m),群延迟误差,电离层折射误差,(0.4m-P,6.4m-CA),对流层折射误差、,(0.4,m),多径效应,(1.2,m-P,3.1m-CA),1.,卫星误差：,2.,信号传播误差：,3.,卫星导航仪误差：,导航仪通道间误差,(0.15,m-P,0.6m-CA),导航仪噪声和量化误差,(0.24,m-P,2.44m-CA),综合以上误差预算数据，若计算方法取上述误差平方和的平方根，则由总的合成误差引起,GPS,接收机等效测距误差为,4.3m(P,码,),和,8.6m(CA,码,),。,点击看图,三,.,几何误差：,GPS,定位的几何误差反映的是：当测距误差为定值时，观测者与卫星间的空间几何图形不同时，定位误差的大小也不同。,精度几何因子（,GDOP,）：,用来描述用户与卫星的几何关系对定位误差影响的大小。,GDOP,值越小，选用的卫星的几何图形配置越理想，位置和时间的偏差值也越小。,4,颗卫星与测者所构成的几何四面体体积与,GDOP,成反比。,当,=1,时，则：,GDOP:,精度几何因子；,PDOP,：,三维位置精度几何因子；,HDOP,：,水平方向精度几何因子；,TDOP,：,时钟偏差几何因子；,VDOP,：,高程精度几何因子,一般地，,PDOP4,，位置精度较高；,PDOP9,，位置精度较差。,例题,：,GPS,接收机等效测距误差,(),为,4.3m(P,码,),和,8.6m(CA,码,),，假设某,GPS,接收机显示其,PDOP=0.8,，则位置误差分别为多少？,GPS,接收机最佳的选星原则,HDOP,值的选择,四,.,速度测量误差：,GPS,速度测量精度受导航仪动态特性影响。,五,.,海图标绘误差：,由于海图和,GPS,接收机坐标系选取不同产生的误差。,六,.,美国,GPS,政策,对不同的,GPS,用户提供不同的服务方式（,PPS,和,SPS,）,SA,：,Selective Availability,技术（卫星轨道参数慢变）和,技术（卫星频率抖动）,AS,：,Anti-spoofing,，将,P,码与,W,码模,2,和，形成更保密的,Y,码。,七,.,美国,GPS,现代化,GPS,现代化步骤,:,第一步，发射,12,颗,GPS BLOCK R,型卫星，增加军用,M,码、在,L2,频道上增加,CA,码、提高信号发射功率；,第二步，发射,6,颗,GPS BLOCK F,型卫星，除了具有,R,型卫星的全部功能外，还增加了,L5,民用频率；,第三步，发射,GPS BLOCK ,型卫星，即所谓的第三代,GPS,卫星，美国计划用,20,年时间完成,GPS ,计划，取代目前的,GPS ,为什么美国要提出,GPS,现代化规划？,第四节,DGPS,卫星导航系统,差分,GPS,（,Differential GPS,）基本原理,DGPS,基准台,用户,卫星,链接片,15,一,.DGPS,的分类：,1.,伪距差分（米级）,2.,位置差分（米级）：,3.,相位平滑差分（亚米级）：,4.,载波相位差分（厘米级）：,5.,局域差分：,6.,广域和广域增强差分：,二、中国沿海无线电指向标,/,差分,GPS,（,RBN-DGPS,）,（一）中国沿海无线电指向标,/,差分,GPS,基准台的设置,北海海区：,大三山、老铁山、成山角、秦皇岛、北塘、王家麦；,东海海区：,大戢山、燕尾港、蒿技港、定海、石塘、天达山、镇海角；,南海海区：,鹿屿、三灶、硇洲岛、防城、抱虎角、三亚、洋浦,大戢山,RBN-DPS,：灯塔始建于,1869,年，,1997,年建成,RBN-DGPS,，位于长江口外东偏南海域中，地处长江口与杭州湾的交汇处，隶属上海海事局航标处。,（二）无线电指向标,/,差分,GPS,系统组成,基准台：,跟踪、测量卫星的伪距、载波相位和差分校正数据，并格式化为标准的信号格式播发给用户 。,播发台：,播发指向信号，依规定的强度和速率播发,DGPS,修正信息和指向标状况及基准台状况信息。,完善性监控台：,监测,GPS,的完善性和播发的差分修正值的正确性，监控基准台，计算并登录系统运行数据的统计结果。,监控中心：,监测、控制各,RBN-DGPS,站的工作。,（三）无线电指向标,/,差分,GPS,技术指标,工作频率：,国际电联划分的海上无线电指向标频率（,283.5,325.0kHz,）范围。,差分全球定位系统识别码,：,航标和灯塔管理机构的国际组织（,IALA,）分配,单站信号作用距离,：,300km,差分信息调制方式和播发类别：,MSK,调制方式 ，调相单信道数据传送（,G1D,）,信号格式和信息类型,：,RTCM SC-104,信号格式标准,1.DGPS,只能消除和削弱基准站和用户,GPS,卫星导航仪的,公共测距误差,，包括：,卫星钟剩余误差、星历表误差、电离层和对流层折射误差、,SA,与,AS,误差,。,2.,对于,非公共误差,：多径效应、导航仪噪声、量化误差、通道间偏差，,DGPS,不能消除和削弱,。,3.DGPS,的,差分效果,随着用户与,DGPS,基准站之间的距离,增大而逐渐变差,。（,见表,5-3,）,三,.,DGPS,的定位精度：,误 差,DGPS,定点观测误差,(,m,),0,n mile,100,n mile,500,n mil,e,1 000,n mile,2 000,n mile,卫星钟剩余误差,0,00,0.00,0,00,0,00,0,00,星历表误差,0,00,0.09,0,46,0,9l,1,82,SA,引起的误差,0,00,0.00,0,00,0,00,0,00,电离层折射误差,0,00,2,19,4,88,6,4,8,23,对流层折射误差,0,00,1,83,1,83,1,83,1,83,多径效应,0,00,0,00,0,00,0,00,0,00,导航仪噪声,0,91,0,91,0,9l,0.91,0,91,用户伪测距误差,(,rms,),0,91,2,99,5,30,6,77,8,69,水平位置误差,(,HDOP,=1.5)(2drms),2,74,9,14,15,85,20,11,26,20,表,53 DGPS,定位误差与距离的关系,第五节,GPS,卫星导航仪在船舶导航上的应用,一、,GPS,卫星导航仪主要功能,1.,显示定位和导航数据,(,位置更新时间约,ls,，导航数据更新时间约,3,5s),2.,能够设置一些参数,3.,显示卫星信息,4.,能存储、设计航线和航路点,5.,报警,6.,接口功能,二、,GPS,卫星导航仪的初始化,日常启动时只需按下电源键，卫星导航仪即能自动定位,第一次启动或某些特殊情况下可以进行初始化输入，加快定位速度,三、,GPS,卫星导航仪的显示方式,1,导航数据显示方式,2,用户显示方式,3,标绘显示方式,4,航路显示方式,5,操舵显示方式,四、利用,GPS,卫星导航仪进行航路点（,WAYPOINTS,）,/,航线,(ROUTE),导航,五、利用,GPS,卫星导航仪进行航迹线,(plot trail),标绘,标绘船舶历史航迹可以帮助驾驶员了解船舶历史动态和在航道上运动的趋势，并可用于设计返航航线 。,六、利用,GPS,卫星导航仪进行定点导航,抛锚、丢锚、人员落水、特殊事件的位置,七、利用,GPS,卫星导航仪报警,锚更警,（,ANC ALARM,）,到达警,(ARV ALARM),七、利用,GPS,卫星导航仪报警,偏航警（,XTE,）,八、用,GPS,卫星导航仪计算距离与方位（,CALCULATE,）,九、利用,GPS,卫星导航仪定位时的注意事项,（一）定位变慢的问题,（二）,HDOP,值设定,（三）卫星状态显示,（四）定位模式选择,（五）坐标系选用,（六）,GPS,显示的航向和速度,（七）时差的输入,（八）,GPS,导航仪实际误差估算,第六节,GPS,在航海测量中的应用,一、,GPS,用于船舶机动性能测定,（一）利用,GPS,卫星导航仪测量船速,（二）利用,GPS,卫星导航仪测量船舶旋回半径,（三）利用,GPS,卫星导航仪测量船舶舵角提前量,（四）利用,GPS,卫星导航仪测量船舶航向稳定性,1.,载体姿态的确定：,航向角,横摇角,纵摇角,载体坐标系相对于地平坐标系之间的空间取向，即为载体姿态。,利用三副,GPS,天线构成两条独立基线，观测,6,颗卫星形成,6,个观测方程可求解载体姿态。,载体姿态测量精度与基线测量精度及基线长度成正向关系。,二、,GPS,用于船舶等载体的姿态测定,2.GPS/DGPS,罗经：,3GPS,天线系统，通过测量,GPS,载波相位的方法解算航向；,GPS/DGPS,罗经稳定时间,4,分钟以内，随动性能高，静态指向精度达,0.6,，耗电少。,三,.,GPS,用于其他方面：,精密授时、车辆指挥和调度、筑路勘测与自动施工、气象预报、农林业、渔业、海洋作业等广泛领域的科研与实际应用。,图,5-24,北斗双星定位系统组成框图,第七节 北斗卫星导航系统,北斗卫星导航系统发展概述,第一代第二代,一,.,北斗星导航系统的组成（第一代双星有源系统）,组成：卫星网、地面控制中心、用户设备,功能：区域、全天候、高精度、近于实时的定位，,1s,内完成定位，精度优于,20m,，,DGPS,状态下精度为,25m,。,二,.,北斗星导航星座（第一代双星有源系统）,2+1,颗备用卫星；,轨道高度,36000KM,左右，轨道倾角,0,；,覆盖范围：,5N55N,，,70E145E,；,发射频率：上行,L,频段,/,下行,S,频段,/C,频段,三,.,北斗星导航工作原理（第一代双星有源系统）,用户,中心站,第一代北斗卫星星导航缺陷：,用户不隐蔽、容量有限、仅能二维定位、不与其他卫星导航系统兼容。,第八节 格罗纳斯和伽利略卫星导航系统,一、格罗纳斯（,GLONASS,）卫星导航系统,（一）,GLONASS,导航卫星网,24,颗卫星组成，平均分布在,3,个轨道,轨道高度：,19 100km,左右，中轨轨道,运行周期：约,11 h 15 min,轨道倾角：约,64.8,发射频率：,同时发射,L1,、,L2,两种频率，分别为：,1 602MHz+N0.5625MHz,和,1 246MHz+N0.4375MHz,卫星电源：,太阳能电源、电池和可替换能源,卫星钟：,铯钟,（二）,GLONASS,的现状及未来发展,二、伽利略（,GALILIEO,）卫星导航系统,（一）伽利略系统发展概述,（二）伽利略系统的组成,伽利略卫星星座：,计划由,30,颗卫星构成，平均分布在,3,个地球轨道上，轨道高度为,23 616km,，轨道倾角为,56,地面监控中心：,控制伽利略卫星、管理导航任务,用户接收机,伽利略系统不同级别的用户服务：,1.,免费公共服务（,PVT,）：,定位精度（,95%,）：单频接收水平方向,15m,、高度方向,35m,，双频接收水平方向,4m,、高度方向,8m,；,2.,精确完备的导航服务（,AI,）：,签约服务；仅提供双频接收，定位精度（,95%,）水平方向,4m,，高度方向,8m,；,3.,距离修正及授时服务（,RT,）：,即差分服务，签约服务；单频或双频用户的定位精度优于,1m,，三频用户定位精度优于,10cm,。,4.,高度完备性服务（,HI,）：,针对对生命安全要求非常高的用户市场提供最高精度、最高系统连续可用性、高度抗干扰能力的服务，该服务仅针对具有特殊授权的高级签约用户开放。,【,卫星导航系统部分,】,【,完,】,太 空,电波折射,电离层,对流层,GPS,信号传播误差之：电离层及对流层折射误差,无反射信号,多径反射信号,GPS,信号传播误差之：多径效应误差,看完返回,