机载GPS技术在民用系统的应用实用篇

全球定位系统GLOBALPOSITIONINGSYSTEMA-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