Gps新版第二部分.ppt

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 CorrelationChannel 平方型 SquaringChannel 混合型 HybridChannel 码相位型 CodePhaseChannel 干涉型 InterferometryChannel 按信号通道分 多通道 Multi Channel 序贯通道 SequencingChannel 多路复用 MultiplexingChannel 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 7m 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 4m 多径效应 1 2m P 3 1m CA 导航仪通道间误差 0 15m P 0 6m CA 导航仪噪声和量化误差 0 24m 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 PDOP 4 位置精度较高 PDOP 9 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 SelectiveAvailability 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GPSBLOCK 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GPSBLOCK 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GPSBLOCK 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 DifferentialGPS 基本原理 链接片15 一 DGPS的分类 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 RTCMSC 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 表5 3DGPS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 plottrail 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 ANCALARM 到达警 ARVALARM 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2 5m 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 5 N 55N 70 E 145 E 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 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 19100km左右 中轨轨道运行周期 约11h15min轨道倾角 约64 8 发射频率 同时发射L1 L2两种频率 分别为 1602MHz N 0 5625MHz和1246MHz N 0 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23616km 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