机载GPS技术在民用系统的应用-实用篇.ppt

全球定位系统GLOBALPOSITIONINGSYSTEM A GPS通讯辅助GPS系统 背景知识全球定位系统 GPS 是美国以空间为基地的无线电导航系统 任何人只要有一个接收机 这个系统就可以为他提供准确的位置和时间信息 GPS由三部分组成 围绕地球的卫星 地面上的监控站 以及用户拥有的接收机 GPS卫星从空间发射可由接收机收到和识别的信号 每个接收机可以给出三维位置 经度 纬度和海拔 外加时间 该系统的空间部分使用24颗高度约2 02万千米 10900海里 的卫星组成卫星星座 21颗工作卫星及3颗备用卫星均为近圆形轨道 分布在六个轨道面上 每轨道面四颗 轨道倾角为55度 卫星的分布使得在全球的任何地方 任何时间都可观测到四颗以上的卫星 并能保持良好定位解算精度的几何图形 这就提供了在时间上连续的全球导航能力 GPS卫星由RockwellInternational制造 在轨道上重量约1 900磅 太阳能接收板长度约17呎 于1994年完成第24颗卫星的发射 GPS是美国全球战略的重要组成 经过20余年的研究实验 耗资300亿美元 背景知识GPS工作频率1575 42 1227 6兆赫 其中1575 42兆赫为商用频率 在航空领域 由于GPS的精确性 连续性和全球的性能 GPS可以提供完美的卫星导航服务 满足航空用户的许多要求 以空间为基地的定位和导航可以在飞行的所有阶段确定三维的位置 从起飞 飞行和降落 到机场的地面导航 GPS还是一些其他航空系统的关键组成部分 例如增强型近地警告系统 EGPWS 就已经被证明可以成功地减少飞行撞击地面的危险性 而这是造成很多飞机失事的主要原因 系统组成及部件位置757 200飞机GPS 用户接收机 包括 2个天线2部MMR 多模式接收机 天线阻抗50欧姆 内置GPS接收机组件L波段接收机存储器内有卫星历书 简称星历 是卫星轨道参数与瞬间坐标的数据集合 任何时间卫星在轨道上的位置 第3页显示左右GPS位置另1 GPS警告信息显示在CDU便签行和EICAS LGPS RGPS GPS 另2 传感器页报告GPSOK FAIL GPS显示 GPS原理由于卫星的位置精确可知 在GPS观测中 我们可得到卫星到接收机的距离 利用三维坐标中的距离公式 利用3颗卫星 就可以组成3个方程式 解出观测点的位置 X Y Z 考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差 实际上有4个未知数 X Y Z和钟差 因而需要引入第4颗卫星 形成4个方程式进行求解 从而得到观测点的经纬度和高程 事实上 接收机往往可以锁住4颗以上的卫星 这时 接收机可按卫星的星座分布分成若干组 每组4颗 然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位 从而提高精度 由于卫星运行轨道 卫星时钟存在误差 大气对流层 电离层对信号的影响 以及人为的SA保护政策 使得民用GPS的定位精度只有100米 为提高定位精度 普遍采用差分GPS DGPS 技术 建立基准站 差分台 进行GPS观测 利用已知的基准站精确坐标 与观测值进行比较 从而得出一修正数 并对外发布 接收机收到该修正数后 与自身的观测值进行比较 消去大部分误差 得到一个比较准确的位置 实验表明 利用差分GPS 定位精度可提高到5米 GPS工作方式1 自检 上电时 2 初始化 自检通过后 3 截获方式 若有IRS位置数据可快速确认在当前位置可观测到的卫星 若无则需10分钟左右 截获并锁定4颗以上卫星后进入导航方式输出实时位置 速率 加速度 时间等导航数据 4 高度辅助方式 跟踪卫星仅3颗时 使用IRS惯性高度与地球半径之和作为第4星距 5 辅助方式 跟踪卫星少于3颗时 在30秒内 使用IRS高度 航迹 地速继续导航数据的计算 此为辅助方式 30秒后 停止输出导航数据 回到截获方式寻找卫星 6 故障 自检失败或工作中探测到故障 系统图L 系统图R A GPS背景知识A GPS 通讯辅助GPS系统 是在通讯系统的基础上 加上A GPS服务器等组成 A GPS服务器有一个参考的GPS接收器 它面对空旷的天空 接收和用户接收机同样的GPS卫星信号 并计算出相关辅助信息 通过CDMA GSM 无线互联网等无线通讯网络 发送给终端用户 AGPS工作原理 a AGPS终端 如 手机等 将自身的基站地址通过网络传输到位置服务器 b 位置服务器根据该终端的大概位置传输与该位置相关的GPS辅助信息 包含GPS的星历和方位俯仰角等 到终端 c 终端AGPS模块根据辅助信息 以提升GPS信号的第一锁定时间TTFF能力 接收GPS原始信号 d 终端在接收到GPS原始信号后解调信号 计算终端到卫星的伪距 伪距为受各种GPS误差影响的距离 并将有关信息通过网络传输到位置服务器 e 位置服务器根据传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备 如差分GPS基准站等 的辅助信息完成对GPS信息的处理 并估算该终端的位置 f 位置服务器将该终端的位置通过网络传输到定位网关或应用平台 A GPS背景知识A GPS系统主要优势 大大缩短首次定位时间A GPS服务器内部的GPS接收机能计算出卫星信号的多普勒频偏 并将该多普勒频偏信息发送给终端用户手持GPS接收机 这样手持GPS接收机的搜索范围大大减少 只对很少的几个频率区 Frequencybins 进行搜索 首次定位时间 TTFF 也就可以减小到只有几秒 而传统的GPS接收机要在整个频率范围内进行搜索 提高接收机的灵敏度 手机GPS快速定位操作方法 执行GPS导航软件前 开启手机上网功能 在能收到卫星信号的区域 开启GPS功能 执行GPS导航软件 1 60秒内 导航软件报告GPS信号接收正常 进入导航模式 这时 可以关闭手机上网功能 收费服务 以上 不管车速多快 不管移动联通2G3G 均可实现