GPS姿态测量的应用

1、GPS姿态测量的应用GPS 接收机可以高精度地测量运动体的七维状态参数和三维姿态参数。三位姿态参数即运动体的偏航角、 横滚角和俯仰角。利用GPS测姿，即在一个运动体的不同位置安装GPS接收天线，而用载波相位测量求 解出运动体的三位姿态参数。因GPS测姿设备重量轻、体积小、成本低，可广泛应用于飞行器飞行控制、航天器的对接，卫星轨道姿 态控制等。还有大型船体的形变测量、航空遥感等领域。测姿分为单天线、多天线两种。通常多用双天线和三天线、四天线法。精度与基线长度相关。目前的低成本测姿系统，是利用诸如UBLOX等芯片的载波相位输出，利用MCU进行卡尔曼滤波推算 出姿态参数，适用于基线长度20米以上的场

2、合。此种载波相位测量装置全套成本小于5000元人民币， 售价在 5 万左右，利润很高。什么是GPS/BD寻北仪？寻北仪又称陀螺罗盘，是利用陀螺原理测定地球自转角速率在当地水下面投影方 向（即真北方位）的一种惯性测量系统。它的寻北过程无需外部参考。除受高纬 度限制之外，它的寻北测量不受天气、昼夜时间、地磁场和场地通视条件的影响。 陀螺寻北仪是一种精密惯性测量仪器，通常用于为火炮、地地导弹和地面雷达等 机动武器系统提供方位参考。根据所用陀螺类型，陀螺寻北仪可分为以二自由度 陀螺作为地球自转敏感器的寻北仪（如悬挂摆式陀螺寻北仪）、以单轴速率陀螺 作为敏感器的寻北议（如捷联式陀螺寻北仪）和平台寻北系统

3、。陀螺寻北仪对环 境的振动干扰（特别是对低频振动干扰）极为敏感。根据使用环境，陀螺寻北仪 可分为地面架设的高精度寻北仪、车载陀螺寻北仪扣船用动基座陀螺寻北仪 3 种。将陀螺与 GPS/BD 等卫星导航系统接收机进行组合，可以提高定向精度，大幅缩 短定向时间，而且可以大幅降低达到同等精度所需的陀螺精度，具有明显的价格 优势。GPS/GLONASS/BD 三模接收机的优缺点相对于其他类型的接收机数据冗余特性好：尽管GLONASS/BD两个系统目前星数比较少，但三系统接收机可以大大拓展可见星 数量，从而改善有遮蔽或者干扰情况下的收星效果；系统备份特性好：在战争等特殊环境下，多系统成为改善重要基础设施

4、和武器装备生存效能的力量倍增 器；抗干扰特性好：尤其GLONASS系统，由于采用频分多址方案，对于目前的抗干扰措施来说是最好的， 另外鉴于GPSIII以及GLONASS改良计划，现有的反射功率也将提高500倍，并且调制方式改为BOC 等更先进的调制方式，大大提高了抗干扰性能，BD 一号虽然星在同步轨道，抗干扰性能差（星位置固定， 由于轨道高导致信号到地面的等效EIRP值较低）；但随着BD二代的实施，情况也会有很大改善；完好性验证：可以通过系统对比来检验授时和定位精度，在目前通过GEO等方式播发完好性信息还没有 完全实现以前，这也是最有效的方式；成本优势：三合一接收机由于采用紧耦合方式设计，其硬

5、件成本相对于单个的GPS、GLONASS、BD接 收机实现组合而言，成本会大幅度降低；缺点：由于具体使用主要针对重点基础设施以及国防应用，没有像民用消费电子里的GPS 一样的扩张空 间，所以不利于产品价格的大幅度下降。同时由于全部采用通用器件实现，没有专用ASIC设计，导致 功耗等成为壁垒。GPS的现代化与BOC调制方式GPS 现代化的基本目标是：实现导航信号对植被和陆地表面的穿透 能力；定位精度达到1 米；通过广域差分和播发完好性信息实现着 陆系统的全盲降能力；定时精度提高到Ins；导航信号增强500倍。Gps 的现代化又必须保持向后兼容性。组合的民用信号与军用信号 必须放在现有频带中，而且

6、具有足够的隔离，以防互相干涉。美国 决定将c/a码信号放在11频带和新的12频带的中部，供民用使用， 而保留y码信号。m 码将采用一种裂谱调制法，它把其大部分功率放在靠近分配给它的频带的边缘处。抗干扰能力主要来自不干涉c/a码或y码接收机 的强大的发射功率。m码的调制将采用二进制偏置载波（boc）信号，其子载波频率为10.23兆赫，扩码率为每秒5.115百万扩散位，故称为boc（10.23，5.115）调制，简称boc（10，5）。因为boc（10，5）调制与y和c/a码信号相分离，故可以较大的功率发射，而不降低y或c/a码接 收机的性能。boc（10, 5）对于针对c/a码信号的干扰不敏感，

7、而 且与用来扩展调制的二进制序列的结构难以分辨。BOC 调制方式采用双极性非归零方波副载波调制伪随机序列。偏执 载波调制也可以采用正弦波作为副载波。采用正弦波副载波及低通 滤波器，可以提供很好的频谱容量。l5将位于9601215兆赫频段，而地面测距仪/塔康（dme/tacan）导 航台和军用数据链（link 16）已大量使用这个频段，但这只会对欧 洲中部和美国高空飞行的飞机产生干扰。美国计划对在 159兆赫以 内的dme频率进行重新分配，以便l5信号在美国的所有高度都能良 好地接收。什么是GDOP几何精度因子？精度因子（D0P ）对于全球卫星导航系统GNSS而言，主要是指几何精度因子GDOP（Geometric Dilution Precision）。除GDOP外，还有以下几个参数。精度因子：一种描述纯粹因卫星几何因素对定点精度的影响，指出了在测量时被跟踪卫星几何结构上的强度。包括：GDOP (Geometrical):包括经度，纬度，高程和时间等因子，称为几 何精度因子。PDOP (Positional)：包括经度,纬度和高程等因子，称为三维(空间) 位置精度因子HDOP (Horizontal)：包括经