第八章GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

1、第一章第一章 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) （Satellite navigation）第一節(jié)第一節(jié) 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述一、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介一、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星、地面站地面站、用戶設(shè)備用戶設(shè)備組成。組成。 GPS定位精度：定位精度： P 碼碼1 m；CA 碼碼20 30 m CA碼定位精度受碼定位精度受SA和和AS政策影響。政策影響。 GPS特點(diǎn)：特點(diǎn)： 全球全球、全天候全天候、高精度高精度、連續(xù)連續(xù)、近于、近于實時實時的的三維三維 定位與導(dǎo)航功能。定位與導(dǎo)航功能。1、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（美國）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（美國） Navigation S

2、atellite Timing and Ranging/ Global Positioning SystemNAVSTAR/GPS。 1973年開始研制，年開始研制，1995年進(jìn)入全部運(yùn)作。年進(jìn)入全部運(yùn)作。 GPS衛(wèi)星衛(wèi)星： 24（21工作衛(wèi)星工作衛(wèi)星+3備用衛(wèi)星）備用衛(wèi)星）顆顆高軌高軌衛(wèi)星，分布在衛(wèi)星，分布在 6個軌道面內(nèi)，個軌道面內(nèi)， 軌道傾角約軌道傾角約55，雙頻雙頻發(fā)射，全球發(fā)射，全球 范圍內(nèi)可視性良好。范圍內(nèi)可視性良好。2、GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（前蘇聯(lián)）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（前蘇聯(lián)） 1978年開始研制，年開始研制，1982年開始部署，年開始部署，1995年底全年底全 部星座部署完畢。

3、部星座部署完畢。 Global Navigation Satellite SystemGLONASS GLONASS定位精度：定位精度： P 碼碼1 m；CA 碼碼20 30 m 無任何政策影響，不限制民用。無任何政策影響，不限制民用。 GLONASS特點(diǎn)：特點(diǎn)： 全球全球、全天候全天候、高精度高精度、連續(xù)連續(xù)、近于、近于實時實時的的三維三維 定位與導(dǎo)航功能。定位與導(dǎo)航功能。 GLONASS衛(wèi)星衛(wèi)星： 25（24+1）顆顆中軌中軌衛(wèi)星，分布衛(wèi)星，分布3個軌道面，軌道個軌道面，軌道 傾角約傾角約64，雙頻發(fā)射，全球范圍內(nèi)可視性良好。，雙頻發(fā)射，全球范圍內(nèi)可視性良好。3、“北斗北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（

4、中國）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（中國） 2000年發(fā)射年發(fā)射 2 顆顆“北斗北斗”地球靜止衛(wèi)星地球靜止衛(wèi)星（GEO） ， 2003年年5月月25日又發(fā)射了第三顆備份星，日又發(fā)射了第三顆備份星，2003年年6 月正式運(yùn)營。月正式運(yùn)營。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 區(qū)域性、全天候、高精度、連續(xù)、快速、近于實區(qū)域性、全天候、高精度、連續(xù)、快速、近于實 時的定位導(dǎo)航系統(tǒng)時的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。 “北斗北斗”衛(wèi)星衛(wèi)星： 2+1 顆地球同步軌道（顆地球同步軌道（36 000 km）衛(wèi)星。）衛(wèi)星。 定位精度：定位精度： 在在1s內(nèi)完成定位，精度內(nèi)完成定位，精度優(yōu)于優(yōu)于 20 m。4、INMARSAT衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（國際海事衛(wèi)星組

5、織（國際海事衛(wèi)星組織IMO） 利用帶有利用帶有導(dǎo)航艙導(dǎo)航艙的的INMARSAT的中軌道衛(wèi)星，的中軌道衛(wèi)星， 發(fā)射發(fā)射GPS信號、信號、DGPS校正值等信息，為全球校正值等信息，為全球 提供通信、定位、導(dǎo)航及完善性監(jiān)測提供通信、定位、導(dǎo)航及完善性監(jiān)測。 5、伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（歐洲、伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（歐洲 + 中國）中國） 1999由歐盟提出計劃，由歐盟提出計劃，2004下半年開始發(fā)射實下半年開始發(fā)射實 驗衛(wèi)星，驗衛(wèi)星，2008年全面投入使用。年全面投入使用。 衛(wèi)星：衛(wèi)星： 27+3 顆衛(wèi)星顆顆衛(wèi)星顆中中軌衛(wèi)星，分布軌衛(wèi)星，分布3個軌道面，軌個軌道面，軌 道傾角約道傾角約 55 ，運(yùn)行周期，運(yùn)

6、行周期52 810.10 s。 3 顆覆蓋的顆覆蓋的GEO衛(wèi)星，輔以衛(wèi)星，輔以GPS和本地差分增和本地差分增 強(qiáng)系統(tǒng)，定位精度達(dá)強(qiáng)系統(tǒng)，定位精度達(dá)幾米。幾米。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 全球、全天候、高精度、連續(xù)、近于實時的三全球、全天候、高精度、連續(xù)、近于實時的三 維定位和導(dǎo)航維定位和導(dǎo)航； 是針對商業(yè)和軍用的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是針對商業(yè)和軍用的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。6、GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（國際民航組織（國際民航組織ICAO） 組組合合系系統(tǒng)統(tǒng)（INMARSAT）（GPS）（GLONASS）（GAIT）地面增強(qiáng)和完善性系統(tǒng)地面增強(qiáng)和完善性系統(tǒng)（RAIM）機(jī)載獨(dú)立完善性監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)載獨(dú)立完善性

7、監(jiān)控系統(tǒng)GNSS 是是 為全球提供定位、導(dǎo)航、通信、授時為全球提供定位、導(dǎo)航、通信、授時 的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的總稱。的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的總稱。地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星二、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)與分類二、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)與分類1、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)：（：（P112）2、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的分類、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的分類：（：（P112）l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：l(1)衛(wèi)星不受地理、氣象或其他條件限制，可按需要在各種軌道上配置。衛(wèi)星不受地理、氣象或其他條件限制，可按需要在各種軌道上配置。 l(2)覆蓋效率高：只要有少數(shù)幾顆衛(wèi)星就可覆蓋全球。覆蓋效率高：只要有少數(shù)幾顆衛(wèi)星就可覆蓋全球。l(3)范圍廣：衛(wèi)

8、星導(dǎo)航范圍可從地面、水面、近地空間延伸到外層空間。范圍廣：衛(wèi)星導(dǎo)航范圍可從地面、水面、近地空間延伸到外層空間。l(4)全天候?qū)Ш剑盒l(wèi)星導(dǎo)航不受氣象及時間限制。全天候?qū)Ш剑盒l(wèi)星導(dǎo)航不受氣象及時間限制。l(5)選擇方便：用戶選擇最好的一組衛(wèi)星進(jìn)行高精度三維定位與導(dǎo)航。選擇方便：用戶選擇最好的一組衛(wèi)星進(jìn)行高精度三維定位與導(dǎo)航。l(6)使用簡便：直接顯示經(jīng)、緯度船位和其他導(dǎo)航數(shù)據(jù)，不需特種圖表。使用簡便：直接顯示經(jīng)、緯度船位和其他導(dǎo)航數(shù)據(jù)，不需特種圖表。l(7)接收效果好：衛(wèi)星發(fā)射的平均功率小。接收效果好：衛(wèi)星發(fā)射的平均功率小。l(8)系統(tǒng)功能多：系統(tǒng)功能多： (定位、導(dǎo)航、通信、識別、授時定位、導(dǎo)航

9、、通信、識別、授時)抗干擾，保密性強(qiáng)?？垢蓴_，保密性強(qiáng)。l(9)衛(wèi)星導(dǎo)航儀體積小、重量輕、操作簡便，減輕工作強(qiáng)度。衛(wèi)星導(dǎo)航儀體積小、重量輕、操作簡便，減輕工作強(qiáng)度。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：l(10)衛(wèi)星軌道有飄移，需改進(jìn)衛(wèi)星上的設(shè)備，增加擾動補(bǔ)償系統(tǒng)，需地面衛(wèi)星軌道有飄移，需改進(jìn)衛(wèi)星上的設(shè)備，增加擾動補(bǔ)償系統(tǒng)，需地面 站精確測定衛(wèi)星的軌道參數(shù)和精確地預(yù)報。站精確測定衛(wèi)星的軌道參數(shù)和精確地預(yù)報。l(11)地面工程龐大，設(shè)備昂貴，維修費(fèi)用高，衛(wèi)星壽命短，有些衛(wèi)星導(dǎo)航地面工程龐大，設(shè)備昂貴，維修費(fèi)用高，衛(wèi)星壽命短，有些衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)不能連續(xù)、實時導(dǎo)航定位或只能區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ弧Ｏ到y(tǒng)不能連續(xù)、實時導(dǎo)航定位或只能區(qū)域

10、導(dǎo)航定位。l(12)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還不能為水下運(yùn)載體提供導(dǎo)航不能為水下運(yùn)載體提供導(dǎo)航。l(13)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)易受少數(shù)國家的壟斷和控制，服務(wù)于所設(shè)國家的最高利衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)易受少數(shù)國家的壟斷和控制，服務(wù)于所設(shè)國家的最高利 益；在戰(zhàn)爭中不能為全球提供可靠的導(dǎo)航。益；在戰(zhàn)爭中不能為全球提供可靠的導(dǎo)航。1、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)：（：（P112）2、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的分類、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的分類：（：（P112） 按測量的導(dǎo)航定位參量分：按測量的導(dǎo)航定位參量分：測角、測距、測速、測多種參測角、測距、測速、測多種參量量 系統(tǒng)系統(tǒng) 按工作原理分：按工作原理分：多普勒型、距離型、多普勒和距

11、離混合型多普勒型、距離型、多普勒和距離混合型 按衛(wèi)星運(yùn)行軌道的高度分：按衛(wèi)星運(yùn)行軌道的高度分：低軌（低軌（9002 700 km）中軌（中軌（13 00020 000 km）高軌（高軌（20 00048 000 km） 按獲得定位數(shù)據(jù)的及時性分：按獲得定位數(shù)據(jù)的及時性分：間斷和連續(xù)、實時和非實時間斷和連續(xù)、實時和非實時 按工作區(qū)域分：按工作區(qū)域分：全球覆蓋系統(tǒng)、區(qū)域覆蓋系統(tǒng)、連續(xù)性全全球覆蓋系統(tǒng)、區(qū)域覆蓋系統(tǒng)、連續(xù)性全球覆蓋系統(tǒng)、連續(xù)性地帶覆蓋系統(tǒng)和連續(xù)性區(qū)域覆蓋系統(tǒng)。球覆蓋系統(tǒng)、連續(xù)性地帶覆蓋系統(tǒng)和連續(xù)性區(qū)域覆蓋系統(tǒng)。 按工作方式分：按工作方式分：無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)同步軌道

12、：公轉(zhuǎn)速度與自轉(zhuǎn)速度同步的軌道；靜止衛(wèi)星：同同步軌道：公轉(zhuǎn)速度與自轉(zhuǎn)速度同步的軌道；靜止衛(wèi)星：同步軌道面和地球赤道面重合時，衛(wèi)星相對不動。步軌道面和地球赤道面重合時，衛(wèi)星相對不動。三、衛(wèi)星軌道參數(shù)三、衛(wèi)星軌道參數(shù)1、開普勒定律：、開普勒定律： 說明衛(wèi)星在地球中心引力場作用下的運(yùn)動說明衛(wèi)星在地球中心引力場作用下的運(yùn)動衛(wèi)星軌道：導(dǎo)航衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的路徑衛(wèi)星軌道：導(dǎo)航衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的路徑衛(wèi)星軌道參數(shù)：衛(wèi)星軌道參數(shù)：描述衛(wèi)星軌道的描述衛(wèi)星軌道的形狀形狀、大小大小、軌道面軌道面 在空間的位置在空間的位置 和和衛(wèi)星衛(wèi)星在軌道上的位置在軌道上的位置。1）衛(wèi)星衛(wèi)星（行星）（行星）在不同的橢圓軌道上圍繞在不同的

13、橢圓軌道上圍繞地球地球（太陽）（太陽） 運(yùn)動，運(yùn)動，地球（地球（太陽太陽）是這些橢圓的一個是這些橢圓的一個焦點(diǎn)焦點(diǎn)2）衛(wèi)星衛(wèi)星（行星）（行星）的向徑（的向徑（地球地球/太陽太陽和和衛(wèi)星衛(wèi)星/行星行星的連線）的連線） 在相等的時間內(nèi)掃過相等的在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積面積3）衛(wèi)星衛(wèi)星（行星）（行星）繞繞地球（地球（太陽太陽）運(yùn)行周期的平方和其運(yùn)行周期的平方和其 橢圓軌道長半軸的三次方成正比（橢圓軌道長半軸的三次方成正比（T 2 a3）衛(wèi)星衛(wèi)星赤道赤道衛(wèi)星軌道參數(shù)衛(wèi)星軌道參數(shù)VS2、衛(wèi)星無攝動運(yùn)行的軌道參數(shù)、衛(wèi)星無攝動運(yùn)行的軌道參數(shù)1）升交點(diǎn)赤經(jīng)）升交點(diǎn)赤經(jīng)：2）軌道傾角）軌道傾角i ：3）近地

14、點(diǎn)幅角）近地點(diǎn)幅角 :4）軌道長半徑）軌道長半徑a:5）軌道偏心率）軌道偏心率e:6）平近點(diǎn)角）平近點(diǎn)角M :i 春分點(diǎn)投影春分點(diǎn)投影近地點(diǎn)近地點(diǎn)P遠(yuǎn)地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)AM軌道軌道投影投影NN升交點(diǎn)升交點(diǎn)及其投影及其投影Ox衛(wèi)星衛(wèi)星軌道軌道軌道平面的軌道平面的空間取向空間取向長半軸在軌道長半軸在軌道平面內(nèi)的方向平面內(nèi)的方向橢圓的大小橢圓的大小和形狀和形狀計算衛(wèi)星在軌道計算衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置上的瞬時位置l右手坐標(biāo)系：右手坐標(biāo)系： 過定點(diǎn)過定點(diǎn)O，作三條互相垂直的數(shù)軸，它們都以，作三條互相垂直的數(shù)軸，它們都以O(shè)為原點(diǎn)為原點(diǎn)且一般具有相同的長度單位且一般具有相同的長度單位.這三條軸分別叫做這三條軸分別叫

15、做x軸軸(橫橫軸）、軸）、y軸軸(縱軸縱軸)、z軸軸(豎軸豎軸)；統(tǒng)稱坐標(biāo)軸；統(tǒng)稱坐標(biāo)軸.通常把通常把x軸軸和和y軸配置在水平面上，而軸配置在水平面上，而z軸則是鉛垂線；它們的正軸則是鉛垂線；它們的正方向要符合右手規(guī)則，即以右手握住方向要符合右手規(guī)則，即以右手握住z軸，當(dāng)右手的四軸，當(dāng)右手的四指從正向指從正向x軸以軸以/2角度轉(zhuǎn)向正向角度轉(zhuǎn)向正向y軸時，大拇指的指向軸時，大拇指的指向就是就是z軸的正向，這樣的三條坐標(biāo)軸就組成了一個空間軸的正向，這樣的三條坐標(biāo)軸就組成了一個空間直角坐標(biāo)系，點(diǎn)直角坐標(biāo)系，點(diǎn)O叫做坐標(biāo)原點(diǎn)。叫做坐標(biāo)原點(diǎn)。l判斷方法：判斷方法：在空間直角坐標(biāo)系中，讓右手拇指指向在空間

16、直角坐標(biāo)系中，讓右手拇指指向x軸軸的正方向，食指指向的正方向，食指指向y軸的正方向，如果中指能指向軸的正方向，如果中指能指向z軸的正方向，則稱這個坐標(biāo)系為軸的正方向，則稱這個坐標(biāo)系為右手直角坐標(biāo)系右手直角坐標(biāo)系同同理左手直角坐標(biāo)系理左手直角坐標(biāo)系 。復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：3、衛(wèi)星的地心直角坐標(biāo)系、衛(wèi)星的地心直角坐標(biāo)系GPS 采用采用 WGS84 坐標(biāo)系坐標(biāo)系格林經(jīng)線零度格林經(jīng)線零度S（x, y, z）Oxzy東東 90 度度GPS 定位計算時必須進(jìn)行定位計算時必須進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。（WGS84 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)系）理坐標(biāo)系）地軸地軸H4、衛(wèi)星覆蓋區(qū)、衛(wèi)星覆蓋區(qū)OROH衛(wèi)星

17、衛(wèi)星R觀測者觀測者衛(wèi)星衛(wèi)星若衛(wèi)星的高度越高、最小仰若衛(wèi)星的高度越高、最小仰角越小，則衛(wèi)星的覆蓋區(qū)越大。角越小，則衛(wèi)星的覆蓋區(qū)越大。但升到一定高度時，覆蓋面積但升到一定高度時，覆蓋面積幾乎不再增加。幾乎不再增加。衛(wèi)星可觀測時間，與測者位衛(wèi)星可觀測時間，與測者位置及速度，衛(wèi)星臨空路徑及運(yùn)置及速度，衛(wèi)星臨空路徑及運(yùn)轉(zhuǎn)速度有關(guān)。轉(zhuǎn)速度有關(guān)。衛(wèi)星路徑長，運(yùn)轉(zhuǎn)速度慢，測衛(wèi)星路徑長，運(yùn)轉(zhuǎn)速度慢，測者緯度高，移動距離小，衛(wèi)星者緯度高，移動距離小，衛(wèi)星可觀測時間較長。可觀測時間較長。第二節(jié)第二節(jié) GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置一、一、GPS地面站地面站1. 跟蹤站跟蹤站：接收包括環(huán)境數(shù)據(jù)在內(nèi)的衛(wèi)星的各種信息，：

18、接收包括環(huán)境數(shù)據(jù)在內(nèi)的衛(wèi)星的各種信息， 并將測定的信息傳送到主控站；并將測定的信息傳送到主控站； 所測偽距所測偽距1.5 s更新一次，電離層氣象數(shù)據(jù)更新一次，電離層氣象數(shù)據(jù) 15 min平滑一次。平滑一次。2. 主控站主控站：收集、評價數(shù)據(jù)，計算各衛(wèi)星原子鐘的校正：收集、評價數(shù)據(jù)，計算各衛(wèi)星原子鐘的校正 參量、衛(wèi)星歷書、衛(wèi)星星歷、系統(tǒng)狀態(tài)并形參量、衛(wèi)星歷書、衛(wèi)星星歷、系統(tǒng)狀態(tài)并形 成導(dǎo)航信息碼，送注入站；成導(dǎo)航信息碼，送注入站； 控制和調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，啟用備用衛(wèi)星。控制和調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，啟用備用衛(wèi)星。3. 注入站注入站：地面站或地面天線，將導(dǎo)航信息送給衛(wèi)星。：地面站或地面天線，將導(dǎo)航信

19、息送給衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星、地面站地面站及及用戶設(shè)備用戶設(shè)備組成。組成。二、二、GPS導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)1、GPS導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星 24（21+3）顆高軌）顆高軌20200km） 衛(wèi)星，分布在衛(wèi)星，分布在6 個軌道面上，個軌道面上， 軌道傾角約軌道傾角約 55 度，地平線度，地平線 7.5 度以上至少可以看到度以上至少可以看到4顆，顆， 地平線上至少看到地平線上至少看到5顆，最多顆，最多 11顆；運(yùn)行周期約顆；運(yùn)行周期約11 h 58 m （717.88 min），約），約12 h。 雙頻發(fā)射：雙頻發(fā)射： L 1 波段（波段（1 575.42 MHz

20、），）， P碼、碼、CA碼和碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼調(diào)制；調(diào)制； L 2 波段（波段（1 227.60 MHz），）， P碼和碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼調(diào)制；調(diào)制； 以后增加以后增加L 5 （1 176 MHz） 電源：太陽能、鎘鎳電池電源：太陽能、鎘鎳電池 衛(wèi)星鐘：原子鐘衛(wèi)星鐘：原子鐘1980.1.6.UTC0000 微處理器、存儲器、收發(fā)機(jī)、微處理器、存儲器、收發(fā)機(jī)、 監(jiān)測傳感器、應(yīng)急通信轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測傳感器、應(yīng)急通信轉(zhuǎn)發(fā) 器、器、 30度波束圓極化天線度波束圓極化天線l衛(wèi)星導(dǎo)航電文由L1和L2兩種載波頻率播發(fā)。lL1由導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼、偽隨機(jī)噪聲碼P、CA碼調(diào)制。lL2僅由導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼、P碼調(diào)制。2、G

21、PS衛(wèi)星導(dǎo)航電文（衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信息）衛(wèi)星導(dǎo)航電文（衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信息）1）P碼和碼和CA碼碼CA 碼碼：低速、短周期的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列碼，：低速、短周期的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列碼， （1.023 MHz、1ms），測距精度低，協(xié)助捕獲），測距精度低，協(xié)助捕獲P碼碼P 碼碼：快速、長周期的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列碼，：快速、長周期的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列碼， （10.23 MHz、7 day），測距精度高，難于捕獲），測距精度高，難于捕獲優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):a. 抗干擾抗干擾 CA（P）碼有良好的自相關(guān)函數(shù)，使其易于在噪聲背）碼有良好的自相關(guān)函數(shù)，使其易于在噪聲背 景中被識別；不同的景中被識別；不同的CA（P）碼間有良好的

22、互相關(guān)函）碼間有良好的互相關(guān)函 數(shù)，則不同的衛(wèi)星信號間的相互干擾很小。數(shù)，則不同的衛(wèi)星信號間的相互干擾很小。b. 用碼分多址識別衛(wèi)星：用碼分多址識別衛(wèi)星： CA碼：碼：1025 種種 ；P碼：碼：1444 種種c. 偽碼（偽碼（CA碼與碼與P碼）加密碼）加密 GPS數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)經(jīng)過CA （P）碼擴(kuò)頻發(fā)射，又需經(jīng)解擴(kuò)提?。┐a擴(kuò)頻發(fā)射，又需經(jīng)解擴(kuò)提取d. 精確測時和測距精確測時和測距2）GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文（導(dǎo)航信息）衛(wèi)星導(dǎo)航電文（導(dǎo)航信息）a、衛(wèi)星導(dǎo)航電文的內(nèi)容、衛(wèi)星導(dǎo)航電文的內(nèi)容各有關(guān)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、系統(tǒng)時間、衛(wèi)星鐘偏差校正參各有關(guān)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、系統(tǒng)時間、衛(wèi)星鐘偏差校正參量、衛(wèi)星歷書、衛(wèi)星星歷

23、、衛(wèi)星識別標(biāo)志等，主要用于量、衛(wèi)星歷書、衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星識別標(biāo)志等，主要用于計算衛(wèi)星的位置及衛(wèi)星鐘差校正。計算衛(wèi)星的位置及衛(wèi)星鐘差校正。b、衛(wèi)星導(dǎo)航電文的傳輸過程、衛(wèi)星導(dǎo)航電文的傳輸過程導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼 （電文）（電文）50HZCA碼、碼、P碼調(diào)制碼調(diào)制L1（或（或L2）載波調(diào)制載波調(diào)制發(fā)射發(fā)射計算衛(wèi)星位置計算衛(wèi)星位置識別衛(wèi)星、測量識別衛(wèi)星、測量信號傳播時間信號傳播時間運(yùn)載并發(fā)射運(yùn)載并發(fā)射信號信號c、衛(wèi)星導(dǎo)航電文的接收過程、衛(wèi)星導(dǎo)航電文的接收過程L1（或（或L2）高頻信號高頻信號本機(jī)本機(jī)CA碼碼或或P碼碼（相關(guān)輸出）（相關(guān)輸出）解調(diào)（濾波）解調(diào)（濾波）導(dǎo)航數(shù)據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)（電文）（電文）50Hz

24、可同時測偽距可同時測偽距可計算出可計算出衛(wèi)星的位置衛(wèi)星的位置GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀將接收到的GPS衛(wèi)星信號變?yōu)橹蓄l信號后，經(jīng)過鎖相環(huán)路相關(guān)檢測，解調(diào)出偽隨機(jī)碼、載波及導(dǎo)航數(shù)據(jù)。 TLM HOW 數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊I（衛(wèi)星鐘校正）（衛(wèi)星鐘校正） TLM HOW 數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊II（星歷）（星歷） TLM HOW 數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊II（星歷）（星歷） TLM HOW 數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊III（歷書）（歷書） TLM HOW 數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊III（歷書）（歷書） 本星本星 更更新新 /h 所有星所有星更新更新 / 注入后注入后6 s，10 字，字，30 碼碼 / 字字子幀子幀30 s50 字字1 500 碼碼d、衛(wèi)星導(dǎo)航電文

25、的結(jié)構(gòu)、衛(wèi)星導(dǎo)航電文的結(jié)構(gòu)54123214365871096 s0.6 s0.02 s30 s 1 幀幀5個子幀個子幀1個子幀個子幀10個字個字1個字個字30 bit4、5子幀分子幀分25頁頁1、2、3子幀全相同子幀全相同歷書歷書完整歷書完整歷書幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)三三 、GPS的定位原理的定位原理用戶用戶地面站地面站衛(wèi)星衛(wèi)星1、定位原理、定位原理GPS 屬球面導(dǎo)航系統(tǒng)屬球面導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星的位置根據(jù)衛(wèi)星歷書衛(wèi)星的位置根據(jù)衛(wèi)星歷書計算可得計算可得(x,y,z)用戶連續(xù)測到用戶連續(xù)測到 3 顆衛(wèi)星的顆衛(wèi)星的距離，即可得到三個球面，距離，即可得到三個球面，其交點(diǎn)即為用戶的位置其交點(diǎn)即為用戶的位置2323233

26、22222222121211)()()()()()()()()(sssssssssZZYYXXrZZYYXXrZZYYXXr2、偽測距、偽測距由于由于衛(wèi)星鐘誤差衛(wèi)星鐘誤差、用戶鐘誤差用戶鐘誤差、信號傳播誤差（電離層信號傳播誤差（電離層折射誤差和對流層折射誤差）折射誤差和對流層折射誤差）等的影響，等的影響， GPS接收機(jī)測接收機(jī)測得的用戶到衛(wèi)星的距離不是真實距離，稱為得的用戶到衛(wèi)星的距離不是真實距離，稱為偽距離偽距離。)(*siAiuiittCtCrr顆衛(wèi)星的鐘差。第顆衛(wèi)星信號傳播延時；第用戶鐘差；電磁波傳播速度；顆衛(wèi)星的真實距離；用戶到第偽距離；itittCirrsiAiuii*用戶到第用戶到

27、第 i 顆衛(wèi)星的真實距離顆衛(wèi)星的真實距離:：222)()()(sisisiiZZYYXXrX、Y、Z 及及 Xsi、Ysi、Zsi 分別是用戶和衛(wèi)星分別是用戶和衛(wèi)星在空間三維坐標(biāo)。在空間三維坐標(biāo)。4 , 3 , 2 , 1)()()()(222*ittCtCZZYYXXrsiAiusisisiit tAiAit ut tAiAit u3、定位計算、定位計算1）導(dǎo)航儀根據(jù)其內(nèi)存儲的）導(dǎo)航儀根據(jù)其內(nèi)存儲的GPS歷書，計算衛(wèi)星的概略位置歷書，計算衛(wèi)星的概略位置2）導(dǎo)航儀根據(jù)鍵入的推算船位、時間、精度幾何因子數(shù)值）導(dǎo)航儀根據(jù)鍵入的推算船位、時間、精度幾何因子數(shù)值 選擇仰角選擇仰角5、幾何配置最好的、幾

28、何配置最好的 4 顆或顆或 3 顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星3）導(dǎo)航儀對）導(dǎo)航儀對GPS衛(wèi)星進(jìn)行頻率和偽碼的二維搜索，碼同步衛(wèi)星進(jìn)行頻率和偽碼的二維搜索，碼同步 后轉(zhuǎn)入載波相位跟蹤、檢測和存儲導(dǎo)航電文；后轉(zhuǎn)入載波相位跟蹤、檢測和存儲導(dǎo)航電文；4）導(dǎo)航儀根據(jù)所測的偽距、從衛(wèi)星星歷算出的衛(wèi)星位置、）導(dǎo)航儀根據(jù)所測的偽距、從衛(wèi)星星歷算出的衛(wèi)星位置、 及傳播延時的計算和修正，計算出用戶的位置及傳播延時的計算和修正，計算出用戶的位置GPS導(dǎo)航儀可以同時接收導(dǎo)航儀可以同時接收4顆衛(wèi)星的信號進(jìn)行定位；顆衛(wèi)星的信號進(jìn)行定位； 也可以用一個接收通道依次選擇不同的衛(wèi)星進(jìn)也可以用一個接收通道依次選擇不同的衛(wèi)星進(jìn) 行時序接收衛(wèi)星信號

29、定位。行時序接收衛(wèi)星信號定位。定位計算過程如下：定位計算過程如下：三維定位需選四顆衛(wèi)星三維定位需選四顆衛(wèi)星 偽測距偽測距偽測距偽測距即為即為測量偽距測量偽距，GPS 通常采用通常采用偽碼法偽碼法進(jìn)行測距。進(jìn)行測距。偽碼法：偽碼法：又稱碼相關(guān)法，即用戶設(shè)備產(chǎn)生一組與衛(wèi)星又稱碼相關(guān)法，即用戶設(shè)備產(chǎn)生一組與衛(wèi)星 相同的相同的偽碼偽碼，二者進(jìn)行比相，求得用戶到衛(wèi)，二者進(jìn)行比相，求得用戶到衛(wèi) 星的偽距離的方法。星的偽距離的方法。偽距測量示意圖：偽距測量示意圖：t全全“1”狀態(tài)狀態(tài)發(fā)射發(fā)射偽碼偽碼全全“1”狀態(tài)狀態(tài)t收到的帶收到的帶噪聲偽碼噪聲偽碼t本地跟蹤本地跟蹤偽碼偽碼t第三節(jié)第三節(jié) GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀

30、衛(wèi)星導(dǎo)航儀一、定義：一、定義：用用GPSGPS衛(wèi)星信號進(jìn)行定位和導(dǎo)航的接衛(wèi)星信號進(jìn)行定位和導(dǎo)航的接收設(shè)備。收設(shè)備。二、組成：二、組成：硬件、機(jī)內(nèi)軟件、硬件、機(jī)內(nèi)軟件、GPSGPS數(shù)據(jù)的后處理數(shù)據(jù)的后處理軟件包。軟件包。三、電源：三、電源：采用機(jī)內(nèi)、機(jī)外兩種直流電源采用機(jī)內(nèi)、機(jī)外兩種直流電源機(jī)外電源自動向機(jī)內(nèi)電源充電機(jī)外電源自動向機(jī)內(nèi)電源充電更換外電源時，用機(jī)內(nèi)電源定位更換外電源時，用機(jī)內(nèi)電源定位關(guān)機(jī)后，內(nèi)存儲器由機(jī)內(nèi)電源供電關(guān)機(jī)后，內(nèi)存儲器由機(jī)內(nèi)電源供電四、四、GPS接收機(jī)對信號的接收處理接收機(jī)對信號的接收處理CA碼、單頻碼、單頻GPS接收機(jī)接收機(jī)變頻與中放變頻與中放相關(guān)檢測相關(guān)檢測偽碼、載波

31、跟偽碼、載波跟蹤鎖相環(huán)路蹤鎖相環(huán)路數(shù)據(jù)檢測數(shù)據(jù)檢測偽碼與多普勒偽碼與多普勒頻率測量頻率測量微處理器微處理器五、五、CA碼單頻碼單頻GPS接收機(jī)的主要技術(shù)性能和功能接收機(jī)的主要技術(shù)性能和功能1. 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)（P118）2. 主要功能主要功能1）顯示定位和導(dǎo)航數(shù)據(jù)）顯示定位和導(dǎo)航數(shù)據(jù)2）設(shè)置參數(shù)：）設(shè)置參數(shù)：HDOP等等3）位置更新約）位置更新約 1 s，導(dǎo)航數(shù)據(jù)更新，導(dǎo)航數(shù)據(jù)更新 3 5 s4）顯示衛(wèi)星信息：編號、仰角等）顯示衛(wèi)星信息：編號、仰角等5）存儲、設(shè)計航線和航路點(diǎn)）存儲、設(shè)計航線和航路點(diǎn)6）報警功能：偏航、錨位監(jiān)視、故障等）報警功能：偏航、錨位監(jiān)視、故障等7）接口：輸入輸

32、出）接口：輸入輸出l(1)接收頻率為1 57542 MHz1 MHz（L），接收碼為CA碼。l(2)接收通道：接收通道必須能跟蹤4顆以上的衛(wèi)星。l(3)接收靈敏度小于130 dBm(仰角5以上的衛(wèi)星)， 跟蹤速度為100 kn左右。l(4) 精度（視美國的政策確定）：定位20 m，(HDOP3，CA碼)，速度01 kn。六、六、GPS接收機(jī)的安裝接收機(jī)的安裝（P118） 0.5 m 1 m 4 m 1.5 m 3 m 5 m 避開雷達(dá)波束（避開雷達(dá)波束（30 或或 40 ） 1 m 距離視鋼柱直徑距離視鋼柱直徑大小而定大小而定 （若（若 10 cm,則則 1.5 m；若；若 30 cm，則，則

33、 3 m）七、七、GPS接收機(jī)的操作方法接收機(jī)的操作方法1、啟動的方法、啟動的方法1）日常啟動：）日常啟動：日常的關(guān)機(jī)后的啟動稱為日常啟動。日常的關(guān)機(jī)后的啟動稱為日常啟動。 2）熱啟動：）熱啟動：船位變化不大于船位變化不大于100英里或英里或3個月以內(nèi)進(jìn)行過通電個月以內(nèi)進(jìn)行過通電接收，衛(wèi)星導(dǎo)航儀已收集歷書，進(jìn)行啟動，稱為熱啟動。接收，衛(wèi)星導(dǎo)航儀已收集歷書，進(jìn)行啟動，稱為熱啟動。 3）冷啟動：）冷啟動： 冷啟動的初始化輸入：冷啟動的初始化輸入： 輸入時間輸入時間 輸入概略船位輸入概略船位 設(shè)置設(shè)置HDOP值，一般置值，一般置10 輸入天線高度輸入天線高度 設(shè)置測地系設(shè)置測地系 設(shè)置區(qū)時設(shè)置區(qū)時

34、設(shè)置各種報警數(shù)值設(shè)置各種報警數(shù)值2、GPS定位：定位：3、GPS衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)顯示：衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)顯示：可見衛(wèi)星編號、仰角、方位、可見衛(wèi)星編號、仰角、方位、所接收的衛(wèi)星編號與信號強(qiáng)度、導(dǎo)航儀工作狀態(tài)及所接收的衛(wèi)星編號與信號強(qiáng)度、導(dǎo)航儀工作狀態(tài)及DOP值。值。定位分類：定位分類：5、使用使用 GPS 的注意事項的注意事項： （P120）定位顯示：定位顯示：4、GPS導(dǎo)航儀顯示方式：導(dǎo)航儀顯示方式：1）標(biāo)繪顯示：航跡標(biāo)繪、船位、航向、航速等）標(biāo)繪顯示：航跡標(biāo)繪、船位、航向、航速等2）航路顯示：三維意向圖、導(dǎo)航數(shù)據(jù)等）航路顯示：三維意向圖、導(dǎo)航數(shù)據(jù)等3）操舵顯示：方位標(biāo)尺、航路點(diǎn)方位和距離等）操舵顯示：

35、方位標(biāo)尺、航路點(diǎn)方位和距離等4）導(dǎo)航數(shù)據(jù)顯示：船位、航向、航速、時間等）導(dǎo)航數(shù)據(jù)顯示：船位、航向、航速、時間等5）用戶顯示：用戶選擇的區(qū)域）用戶顯示：用戶選擇的區(qū)域最佳選星原則最佳選星原則 5 85 4 顆或顆或 3 顆顆1）靜態(tài)定位和動態(tài)定位）靜態(tài)定位和動態(tài)定位2）單點(diǎn)定位和相對（差分）定位）單點(diǎn)定位和相對（差分）定位經(jīng)度、緯度、高度、航跡向、航速等參數(shù)經(jīng)度、緯度、高度、航跡向、航速等參數(shù)l(1)GPS(1)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀，根據(jù)衛(wèi)星電文定時更新歷書。若提供的歷書衛(wèi)星導(dǎo)航儀，根據(jù)衛(wèi)星電文定時更新歷書。若提供的歷書的時間已隔很久，或定位誤差明顯偏大，則應(yīng)按操作步驟清除歷書的時間已隔很久，或定位

36、誤差明顯偏大，則應(yīng)按操作步驟清除歷書及內(nèi)存，并且進(jìn)行初始化操作。及內(nèi)存，并且進(jìn)行初始化操作。l(2)(2)不同的不同的HDOPHDOP值，有不同的定位精度。若值，有不同的定位精度。若HDOPHDOP的實際值超限，則的實際值超限，則GPSGPS導(dǎo)航中斷。當(dāng)導(dǎo)航中斷。當(dāng)HDOPHDOP太大時，誤差有發(fā)散趨勢。太大時，誤差有發(fā)散趨勢。l(3)(3)當(dāng)有多顆衛(wèi)星定位或當(dāng)有多顆衛(wèi)星定位或HDOPHDOP、PDOPPDOP超限時，可自動或人工選擇超限時，可自動或人工選擇GPSGPS星座。最佳選星原則是選擇仰角在星座。最佳選星原則是選擇仰角在5 5和和8585之間的之間的4 4顆顆(3D)(3D)或或3 3

37、顆顆(2D)GPS(2D)GPS衛(wèi)星，并且使衛(wèi)星，并且使GPSGPS衛(wèi)星和測者所構(gòu)成的空間幾何圖形衛(wèi)星和測者所構(gòu)成的空間幾何圖形, ,使使精度幾何因子精度幾何因子GDOPGDOP值為最小的一組值為最小的一組GPSGPS衛(wèi)星。衛(wèi)星。l(4)(4)盡量采用所使用海圖的測地系。盡量采用所使用海圖的測地系。GPSGPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀自動選擇衛(wèi)星導(dǎo)航儀自動選擇WGS- WGS- 8484坐標(biāo)系。坐標(biāo)系。l(5)(5)選擇合適的運(yùn)動狀態(tài)。定點(diǎn)定位時，工作狀態(tài)置于選擇合適的運(yùn)動狀態(tài)。定點(diǎn)定位時，工作狀態(tài)置于“靜止靜止”；慢速航行時，置于慢速航行時，置于“低狀態(tài)低狀態(tài)”；高速航行或搖擺劇烈時，置于；高速航行或搖擺

38、劇烈時，置于“高高動態(tài)動態(tài)”。工作狀態(tài)不同，濾波作用各異。工作狀態(tài)不同，濾波作用各異。l(6)(6)利用衛(wèi)星狀態(tài)顯示利用衛(wèi)星狀態(tài)顯示( (例如：信號強(qiáng)度例如：信號強(qiáng)度) )可自動或人工啟用或停用可自動或人工啟用或停用某顆衛(wèi)星。某顆衛(wèi)星。l（7 7）衛(wèi)星每天約提前）衛(wèi)星每天約提前4 min4 min經(jīng)過某一地區(qū)上空。經(jīng)過某一地區(qū)上空。 第四節(jié)第四節(jié) GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀定位誤差衛(wèi)星導(dǎo)航儀定位誤差一、偽測距誤差：一、偽測距誤差：1、衛(wèi)、衛(wèi) 星星 誤誤 差：差：2、信、信 號號 傳傳 播播 誤差：誤差：3、衛(wèi)星導(dǎo)航儀誤差：、衛(wèi)星導(dǎo)航儀誤差：導(dǎo)航儀通道間誤差導(dǎo)航儀通道間誤差導(dǎo)航儀噪聲導(dǎo)航儀噪聲量化誤差量化

39、誤差電離層折射誤差電離層折射誤差對流層折射誤差對流層折射誤差多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)星歷表誤差星歷表誤差 衛(wèi)星鐘剩余誤差衛(wèi)星鐘剩余誤差群延遲誤差群延遲誤差 mPmCAmmPmCA2 .11 .3 4 .04 .04 .6：應(yīng)應(yīng)效效徑徑多多對流層誤差：對流層誤差：電離層誤差：電離層誤差：信號傳播誤差信號傳播誤差 偽測距誤差偽測距誤差 時：時：延延群群衛(wèi)星鐘剩余誤差：衛(wèi)星鐘剩余誤差：差：差：誤誤表表歷歷星星差差誤誤星星衛(wèi)衛(wèi)7 .2mm1 .3 ：差差誤誤化化量量：聲聲噪噪機(jī)機(jī)本本通道間偏差：通道間偏差：差差誤誤儀儀導(dǎo)導(dǎo)衛(wèi)衛(wèi) 15.06 .0mPmCAmPmCA24.044.2 mPmCA3 .46 .8

40、多多 徑徑 效效 應(yīng)應(yīng)二、幾何誤差二、幾何誤差若測距誤差為定值，用戶與衛(wèi)星的空間幾何圖形不同時，若測距誤差為定值，用戶與衛(wèi)星的空間幾何圖形不同時，定位的誤差也不相同。定位的誤差也不相同。精度幾何因子精度幾何因子（GDOP）用來描述用戶與衛(wèi)星的幾何關(guān)系對定位誤差影響的大小。用來描述用戶與衛(wèi)星的幾何關(guān)系對定位誤差影響的大小。443322112222ggggGDOPtzyxGDOP值越小，選用的衛(wèi)星的幾何圖形配置越理想，位置和值越小，選用的衛(wèi)星的幾何圖形配置越理想，位置和時間的偏差值也越小。時間的偏差值也越小。當(dāng)當(dāng) = 1 時，則：時，則：2222tzyxGDOP22)()(TDOPPDOPGDOP

41、22)()(VDOPHDOPPDOPGDOP 精度幾何因子；精度幾何因子；PDOP三維位置精度幾何因子；三維位置精度幾何因子；HDOP水平方向精度幾何因子；水平方向精度幾何因子； TDOP時鐘偏差幾何因子；時鐘偏差幾何因子；VDOP高程精度幾何因子高程精度幾何因子船上船上 HDOP = 10 時，定位值可用時，定位值可用三、測速誤差三、測速誤差四、海圖標(biāo)繪誤差四、海圖標(biāo)繪誤差：大地坐標(biāo)系不同引入的誤差：大地坐標(biāo)系不同引入的誤差水平水平 0.03 0.13 m/s垂直垂直 0.05 0.21 m/sGDOP 同樣適用同樣適用若若 P 4.3 m HDOP = 1.5 6.5 m 誤差誤差 CA

42、8.6 m HDOP = 1.5 12.9 m 誤差誤差誤差表達(dá)式：誤差表達(dá)式： 偽測距誤差偽測距誤差() PDOP=位置誤差位置誤差 偽測距誤差偽測距誤差()TDOP時鐘誤差時鐘誤差 偽測距誤差偽測距誤差()VDOP高程誤差高程誤差 偽測距誤差偽測距誤差()HDOP水平位置誤差水平位置誤差 結(jié)束第五節(jié)第五節(jié) DGPS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)差分差分GPS（Differential GPS）DGPS 組成：組成： GPS衛(wèi)星網(wǎng)、基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈、用戶。衛(wèi)星網(wǎng)、基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈、用戶。lDGPS基準(zhǔn)站是位置已知的基準(zhǔn)站是位置已知的GPS固定監(jiān)測站。固定監(jiān)測站。lDGPS基準(zhǔn)站跟蹤、測量衛(wèi)星的偽距、

43、載波相基準(zhǔn)站跟蹤、測量衛(wèi)星的偽距、載波相位和差分校正數(shù)據(jù)，并格式化為標(biāo)準(zhǔn)的信號格位和差分校正數(shù)據(jù)，并格式化為標(biāo)準(zhǔn)的信號格式播發(fā)給用戶。式播發(fā)給用戶。lDGPS基準(zhǔn)站用基準(zhǔn)站用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀定位后，與其衛(wèi)星導(dǎo)航儀定位后，與其已知位置比較，計算出修正量（偽距或位置修已知位置比較，計算出修正量（偽距或位置修正量），經(jīng)數(shù)據(jù)鏈雙向或單向通信，對用戶測正量），經(jīng)數(shù)據(jù)鏈雙向或單向通信，對用戶測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，使用戶獲得高精度定位。量的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，使用戶獲得高精度定位。一、一、DGPS基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站l基準(zhǔn)站將每顆衛(wèi)星的偽距修正值、偽距修基準(zhǔn)站將每顆衛(wèi)星的偽距修正值、偽距修正值變化率和星歷數(shù)據(jù)齡期正值變化率

44、和星歷數(shù)據(jù)齡期AODE用上行數(shù)用上行數(shù)據(jù)播發(fā)給作用區(qū)內(nèi)的用戶，對用戶觀測偽據(jù)播發(fā)給作用區(qū)內(nèi)的用戶，對用戶觀測偽距進(jìn)行修正，求出用戶的位置；距進(jìn)行修正，求出用戶的位置；(隱蔽隱蔽,用戶用戶無限無限) l用戶傳送選用的衛(wèi)星和位置數(shù)據(jù)，由基準(zhǔn)用戶傳送選用的衛(wèi)星和位置數(shù)據(jù)，由基準(zhǔn)站修正，將修正后的定位數(shù)據(jù)傳輸給用戶，站修正，將修正后的定位數(shù)據(jù)傳輸給用戶，求出用戶的位置（求出用戶的位置（GPS基準(zhǔn)站與用戶必須同基準(zhǔn)站與用戶必須同步觀測相同的衛(wèi)星）步觀測相同的衛(wèi)星） 。二、二、DGPS分類分類1. 偽距差分偽距差分（米級）（米級）2. 位置差分位置差分（米級）（米級）3. 相位平滑差分相位平滑差分（亞米級

45、）（亞米級）4. 載波相位差分載波相位差分（厘米級）（厘米級）5. 局域差分局域差分6. 廣域和廣域增強(qiáng)差分廣域和廣域增強(qiáng)差分偽距修正值及其變化率（雙向）偽距修正值及其變化率（雙向）位置修正值及其變化率（雙向）位置修正值及其變化率（雙向）多普勒計數(shù)或載波相位輔助偽距測量多普勒計數(shù)或載波相位輔助偽距測量基準(zhǔn)站載波相位和坐標(biāo)送用戶處理基準(zhǔn)站載波相位和坐標(biāo)送用戶處理若干基準(zhǔn)站組成局域網(wǎng)若干基準(zhǔn)站組成局域網(wǎng)基準(zhǔn)站網(wǎng)和主控臺（組合處理）基準(zhǔn)站網(wǎng)和主控臺（組合處理）局域局域DGPSl局域局域DGPS(Local Area, DGPS)是在局域區(qū)是在局域區(qū)(150 km)內(nèi)設(shè)置內(nèi)設(shè)置DGPS基準(zhǔn)站，將基準(zhǔn)站

46、，將DGPS修正修正電文，發(fā)送給用戶，使用戶獲得高精度定位。電文，發(fā)送給用戶，使用戶獲得高精度定位。l若由若干基準(zhǔn)站組成局域差分網(wǎng)，用戶用最若由若干基準(zhǔn)站組成局域差分網(wǎng)，用戶用最近的基準(zhǔn)站或者用多個基準(zhǔn)站加權(quán)差分定位。近的基準(zhǔn)站或者用多個基準(zhǔn)站加權(quán)差分定位。三、三、DGPS數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)鏈 載波頻率：無線電信標(biāo)頻率載波頻率：無線電信標(biāo)頻率（RTCM 104 推薦）推薦）范圍：范圍：285 kHz 325 kHz；常用；常用291.5 kHz 318.5 kHz 導(dǎo)航電文：差分校正相關(guān)信息導(dǎo)航電文：差分校正相關(guān)信息 （P126）格式：格式：與與GPS格式基本相同，區(qū)別子幀長度不固定格式基本相同，區(qū)別

47、子幀長度不固定我國沿海我國沿海DGPS基準(zhǔn)站：基準(zhǔn)站： 信息格式：信息格式：RTCM SC-104 電文類型：電文類型：1、3、5、7、9、16 信息速率：信息速率：200 bit/s 發(fā)射總功率發(fā)射總功率 ：200 W ，其中，其中DGPS為為140 W，RBN為為60 WBeacon Information： Station name Frequency MSK rate Location Transmitting ID Reference station ID Field Strength Operating notes www.csi-黃、渤海黃、渤海海區(qū)無線海區(qū)無線電指向標(biāo)及電指向標(biāo)

48、及差分差分全全球定位系統(tǒng)分布圖球定位系統(tǒng)分布圖如如 ： DASAN SHAN 38 51 .8N 121 49 .5E RANGE：160 n mile ID：DS BEACON：301 kHz，A1 DGPS：301.5 kHz REF1：602 REF2：603 BRD：601 INF：3,7,9-3,16,59 差分信息調(diào)制方式：差分信息調(diào)制方式： 采用最小頻移鍵控（采用最小頻移鍵控（MSK） 播發(fā)類別：播發(fā)類別： 調(diào)相單信道數(shù)據(jù)傳輸（調(diào)相單信道數(shù)據(jù)傳輸（G1D） 信號格式：信號格式： RTCM SC-104信號格式標(biāo)準(zhǔn)信號格式標(biāo)準(zhǔn) 差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率：差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率： 200波特波特 工作

49、時間：工作時間：晝夜工作晝夜工作四、四、DGPS初始化輸入初始化輸入1、選擇無線電信標(biāo)信號搜索方式：、選擇無線電信標(biāo)信號搜索方式：INT、EXT、OFF2、選擇無線電信標(biāo)（、選擇無線電信標(biāo)（BEACON）：）：AUTO、MANUAL3、選擇無線電信標(biāo)信號的發(fā)射速率和頻率：、選擇無線電信標(biāo)信號的發(fā)射速率和頻率： RATE： 50、100、200 bit/s FREQ：信標(biāo)臺發(fā)射頻率，如：信標(biāo)臺發(fā)射頻率，如 301.5 kHz五、五、 DGPS的定位精度的定位精度 DGPS只能消除只能消除和和削弱削弱基準(zhǔn)站和用戶基準(zhǔn)站和用戶GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀衛(wèi)星導(dǎo)航儀 的的公共測距誤差公共測距誤差，包括：衛(wèi)星鐘剩余

50、誤差、星歷表誤差、，包括：衛(wèi)星鐘剩余誤差、星歷表誤差、 電離層和對流層折射誤差、電離層和對流層折射誤差、SA與與AS誤差誤差 對于對于非公共誤差非公共誤差：多徑效應(yīng)、導(dǎo)航儀噪聲、量化誤：多徑效應(yīng)、導(dǎo)航儀噪聲、量化誤 差、差、 通道間偏差，通道間偏差，DGPS不能消除不能消除和削弱和削弱 DGPS的差分效果隨著用戶與的差分效果隨著用戶與DGPS基準(zhǔn)站之間的距離基準(zhǔn)站之間的距離增大而逐漸變差增大而逐漸變差第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航1. 航路點(diǎn)（航路點(diǎn)（WAYPOINT）導(dǎo)航）導(dǎo)航2. 定點(diǎn)導(dǎo)航定點(diǎn)導(dǎo)航 3. 航線（航線（ROUT

51、E）導(dǎo)航：）導(dǎo)航：4. 編輯航線：編輯航線：添加、刪除等添加、刪除等5. 航跡線標(biāo)繪：航跡線標(biāo)繪：自動、定時自動、定時第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航1. 航路點(diǎn)（航路點(diǎn)（WAYPOINT）導(dǎo)航）導(dǎo)航船舶欲到達(dá)的地理位置稱為航路點(diǎn)船舶欲到達(dá)的地理位置稱為航路點(diǎn)航路點(diǎn)的作用是：航路點(diǎn)的作用是： A. 編制航線編制航線 B. 作為船舶導(dǎo)航的目標(biāo)作為船舶導(dǎo)航的目標(biāo) 先將航路點(diǎn)鍵入先將航路點(diǎn)鍵入GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀，編制好航路點(diǎn)表后衛(wèi)星導(dǎo)航儀，編制好航路點(diǎn)表后; 再選中一個航路點(diǎn)再選中一個航路點(diǎn),導(dǎo)航時，導(dǎo)航時，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀將引導(dǎo)船衛(wèi)星導(dǎo)

52、航儀將引導(dǎo)船 舶駛向此航路點(diǎn)。舶駛向此航路點(diǎn)。第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航2. 定點(diǎn)導(dǎo)航定點(diǎn)導(dǎo)航 （拋錨、丟錨、人落水、特殊事件（拋錨、丟錨、人落水、特殊事件 的位置）的位置） 將船舶將船舶定點(diǎn)位置定點(diǎn)位置鍵入鍵入GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀衛(wèi)星導(dǎo)航儀; 設(shè)定設(shè)定偏航界線；偏航界線； 船舶超界時發(fā)出船舶超界時發(fā)出導(dǎo)航報警導(dǎo)航報警，第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航3. 航線（航線（ROUTE）導(dǎo)航：）導(dǎo)航：航線設(shè)計航線設(shè)計：1）用航路點(diǎn)表中的航路點(diǎn)）用航路點(diǎn)表中的航路點(diǎn) 2）用

53、航線菜單上的航路點(diǎn)）用航線菜單上的航路點(diǎn) 3）用游標(biāo)（簡單）用游標(biāo)（簡單） 4）航跡線作為返航航線）航跡線作為返航航線（MARK/MOB人工）人工）實質(zhì)相同實質(zhì)相同GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀存儲一組包括起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)值。船舶在航行過程中，逐個駛過各個航路點(diǎn)，顯示導(dǎo)航參數(shù)，到達(dá)目的地，這種導(dǎo)航為：_A.GPS定點(diǎn)導(dǎo)航B.GPS航路點(diǎn)導(dǎo)航C.GPS航線導(dǎo)航第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航3. 航線（航線（ROUTE）導(dǎo)航：）導(dǎo)航： GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀存儲一組包括起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航儀存儲一組包括起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)值。的坐標(biāo)值。 船

54、舶在航行過程中，逐個駛過各個航路點(diǎn)，顯示船舶在航行過程中，逐個駛過各個航路點(diǎn)，顯示導(dǎo)航參數(shù)，到達(dá)目的地，這種導(dǎo)航為導(dǎo)航參數(shù)，到達(dá)目的地，這種導(dǎo)航為GPS航線導(dǎo)航航線導(dǎo)航.第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航3. 航線（航線（ROUTE）導(dǎo)航：）導(dǎo)航：航線設(shè)計航線設(shè)計：1）用航路點(diǎn)表中的航路點(diǎn)）用航路點(diǎn)表中的航路點(diǎn) 2）用航線菜單上的航路點(diǎn)）用航線菜單上的航路點(diǎn) 3）用游標(biāo)（簡單）用游標(biāo)（簡單） 4）航跡線作為返航航線）航跡線作為返航航線（MARK/MOB人工）人工）實質(zhì)相同實質(zhì)相同第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、

55、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航4. 編輯航線：編輯航線：添加、刪除等添加、刪除等 從航路子菜單中，選擇航線從航路子菜單中，選擇航線-航路點(diǎn)航路點(diǎn)-CHANGE?-命名航路點(diǎn)，在航線上進(jìn)行命名航路點(diǎn)，在航線上進(jìn)行置換航路點(diǎn)置換航路點(diǎn)操作。操作。 從航路子菜單中，選擇航線從航路子菜單中，選擇航線-地點(diǎn)地點(diǎn)-“INSERT?”-航路點(diǎn)，在航線上進(jìn)行航路點(diǎn)，在航線上進(jìn)行插入航插入航路點(diǎn)路點(diǎn)操作操作第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航4. 編輯航線：編輯航線：添加、刪除等添加、刪除等 從航路子菜單中，選擇航線從航路子菜單中，選擇航線

56、-“CMNT”-注入注釋，在航線上進(jìn)行注入注釋，在航線上進(jìn)行改變改變航線注釋航線注釋(名稱名稱)操作操作 從航路子菜單中，選擇航線從航路子菜單中，選擇航線-航路點(diǎn)航路點(diǎn)-SKIP? -航路點(diǎn)，在航線上進(jìn)行航路點(diǎn)，在航線上進(jìn)行臨時從航線中臨時從航線中刪除航路點(diǎn)刪除航路點(diǎn)操作操作第六節(jié)第六節(jié) GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用在導(dǎo)航中的應(yīng)用一、用一、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航儀導(dǎo)航5. 航跡線標(biāo)繪：航跡線標(biāo)繪：自動、定時自動、定時 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀進(jìn)行航跡線標(biāo)繪時，采樣衛(wèi)星導(dǎo)航儀進(jìn)行航跡線標(biāo)繪時，采樣航跡點(diǎn)主要用來航跡點(diǎn)主要用來: A. 繪畫航跡線繪畫航跡線(計算機(jī)下載航跡線計算機(jī)下載航跡線) B. 用于

57、設(shè)計返航航線用于設(shè)計返航航線二、用二、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀報警衛(wèi)星導(dǎo)航儀報警到達(dá)警、錨更警、偏航警、速度警、到達(dá)警、錨更警、偏航警、速度警、 DGPS警、警、 時間警和距離警時間警和距離警DGPS信標(biāo)信號丟失信標(biāo)信號丟失報警類型：報警類型：短、長、固定短、長、固定 設(shè)置報警的種類和報警范圍（報警的半徑、設(shè)置報警的種類和報警范圍（報警的半徑、報警帶的寬度及限定的時間等）報警帶的寬度及限定的時間等） 。 報警時，用字符、音響和視覺示警。報警時，用字符、音響和視覺示警。三、用三、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀標(biāo)繪衛(wèi)星導(dǎo)航儀標(biāo)繪四、用四、用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀計算方位與距離衛(wèi)星導(dǎo)航儀計算方位與距離1. 縮放圖象縮放圖象

58、2. 游標(biāo)狀態(tài)和數(shù)據(jù)游標(biāo)狀態(tài)和數(shù)據(jù)3. 移動顯示移動顯示4. 改變航跡標(biāo)繪間隔、停止標(biāo)繪改變航跡標(biāo)繪間隔、停止標(biāo)繪5. 刪去航跡刪去航跡6. 方位基準(zhǔn)方位基準(zhǔn)1. 兩航路點(diǎn)之間兩航路點(diǎn)之間2. 始點(diǎn)和終點(diǎn)之間始點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離、方位、預(yù)計航行時間和到達(dá)時間的距離、方位、預(yù)計航行時間和到達(dá)時間真北（真北（TRUE）：電羅經(jīng)；經(jīng)緯度補(bǔ)償）：電羅經(jīng)；經(jīng)緯度補(bǔ)償磁北（磁北（MAG）：磁羅經(jīng)；磁差補(bǔ)償（自動、手動）：磁羅經(jīng)；磁差補(bǔ)償（自動、手動）第七節(jié)第七節(jié) GPS 在測量中的應(yīng)用在測量中的應(yīng)用一、一、 GPS用于船舶等載體的姿態(tài)測定用于船舶等載體的姿態(tài)測定1. 載體姿態(tài)的確定載體姿態(tài)的確定載體坐標(biāo)系

59、相對于地平坐標(biāo)系之載體坐標(biāo)系相對于地平坐標(biāo)系之間的空間取向，即為間的空間取向，即為載體姿態(tài)載體姿態(tài)。航向角航向角橫搖角橫搖角縱搖角縱搖角首向首向OXYZ第七節(jié)第七節(jié) GPS 在測量中的應(yīng)用在測量中的應(yīng)用一、一、 GPS用于船舶等載體的姿態(tài)測定用于船舶等載體的姿態(tài)測定1. 載體姿態(tài)的確定載體姿態(tài)的確定利用三副利用三副GPS天線構(gòu)成兩條獨(dú)天線構(gòu)成兩條獨(dú)立基線，通過立基線，通過 6 個觀測方程可個觀測方程可求解載體姿態(tài)。求解載體姿態(tài)。O第七節(jié)第七節(jié) GPS 在測量中的應(yīng)用在測量中的應(yīng)用O一、一、 GPS用于船舶等載體的姿態(tài)測定用于船舶等載體的姿態(tài)測定 載體姿態(tài)測量精度與基線載體姿態(tài)測量精度與基線測量

60、精度及基線長度成正向關(guān)測量精度及基線長度成正向關(guān)系。系。 基線越長，基線長度測定基線越長，基線長度測定精度越高，求解姿態(tài)角精度越精度越高，求解姿態(tài)角精度越高高但基線越長，相位模糊度也越大。但基線越長，相位模糊度也越大。 GPS/DGPS羅經(jīng)是一種以羅經(jīng)是一種以GPS/DGPS為基準(zhǔn)的羅經(jīng)，能提供為基準(zhǔn)的羅經(jīng)，能提供 GPS/DGPS定位、定位、導(dǎo)航信息及航向信息導(dǎo)航信息及航向信息 GPS羅經(jīng)與羅經(jīng)與DGPS羅經(jīng)的性能不受航速、羅經(jīng)的性能不受航速、航向、緯度以及地磁等變化的影響航向、緯度以及地磁等變化的影響2. GPS/DGPS 羅經(jīng)羅經(jīng)2. GPS/DGPS 羅經(jīng)羅經(jīng) 3 個個GPS天線天線單