智能交通系統(tǒng)04-GPS資料

1、定位系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)其他(qt)定位系統(tǒng)共七十九頁GPS概述全球定位系統(tǒng)GPS （Global Positioning System）美國從1973 年開始籌建，于1989年開始發(fā)射正式工作衛(wèi)星，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全部建成，投入使用。GPS系統(tǒng)由21顆衛(wèi)星組成，均勻分布在6個(gè)軌道(gudo)面上衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個(gè)波段的信號(hào)，能在全球范圍內(nèi)，向任意多用 戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實(shí)時(shí)的三維測(cè)速、三維定位和授時(shí)。 共七十九頁GPS系統(tǒng)的控制部分由設(shè)在美國本土(bnt)上的5個(gè)監(jiān)控站組成，這些站不問斷地對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并將計(jì)算和預(yù)報(bào)的信息由注入站對(duì)衛(wèi)星信息更

2、新。GPS系統(tǒng)的用戶是非常隱蔽的，它是一種單程系統(tǒng)，用戶只接收而不必發(fā)射信號(hào)，因此用戶的數(shù)量也是不受限制的。雖然GPS系統(tǒng)一開始是為軍事目的而建立的，但很快在民用方面得到了極大的發(fā)展，各類GPS接收機(jī)和處理軟件紛紛涌現(xiàn)出來。 共七十九頁GPS的特點(diǎn)(tdin)定位精度高觀測(cè)時(shí)間短測(cè)站間無須通視可提供三維坐標(biāo)操作簡便全天候作業(yè)功能(gngnng)多、應(yīng)用廣共七十九頁GPS前景(qinjng) 由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測(cè)量手段(shudun)和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。 據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在美國，單單是汽車GPS導(dǎo)航

3、系統(tǒng)，2000年后的市場(chǎng)將達(dá)到30億美元，而在我國，汽車導(dǎo)航的市場(chǎng)也將達(dá)到50億元人民幣?？梢姡珿PS技術(shù)市場(chǎng)的應(yīng)用前景非?？捎^。 共七十九頁國產(chǎn)化問題(wnt)國內(nèi)所使用的GPS核心(hxn)定位產(chǎn)品主要來源于美國、日本、韓國和臺(tái)灣等地。目前國內(nèi)已有報(bào)道有自主開發(fā)的GPS芯片。但是在市場(chǎng)上尚未見到相應(yīng)的產(chǎn)品。共七十九頁GPS系統(tǒng)(xtng)的組成GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分-GPS衛(wèi)星星座；地面控制(kngzh)部分-地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分-GPS信號(hào)接收機(jī)。共七十九頁GPS衛(wèi)星(wixng)星座GPS衛(wèi)星星座由21顆衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾

4、角為55度，各個(gè)軌道平面之間相距60度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。衛(wèi)星高度為20200公里，運(yùn)行周期11小時(shí)58分鐘。這樣軌道參數(shù)的衛(wèi)星能覆蓋地面面積38%。衛(wèi)星運(yùn)行到軌道的任何位置上，它對(duì)地面的距離和波束覆蓋面積基本不變。同時(shí)用戶接收到的衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度近似相等(xingdng)。衛(wèi)星信號(hào)信噪比近似相等(xingdng)，有利于提高定位精度。共七十九頁位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見到4顆，最多可見到11顆。在用GPS信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)，為了結(jié)算測(cè)站的三維坐標(biāo)，必須觀測(cè)4顆 GPS衛(wèi)星，稱為定位星座

5、。這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定(ydng)的影響。對(duì)于某地某時(shí)，甚至不能測(cè)得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時(shí)間段叫做間隙段。但這種時(shí)間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量。共七十九頁 GPS衛(wèi)星重774kg，柱形鋁蜂巢結(jié)構(gòu)，直徑為1.5m。星體兩側(cè)裝有兩塊對(duì)日定向太陽能電池板，全長5.33m，接受日光面積7.2m2。對(duì)日定向系統(tǒng)控制兩翼帆板旋轉(zhuǎn)，使板面始終對(duì)準(zhǔn)太陽，給三組15AH的鎘鎳蓄電池充電，以保證衛(wèi)星在地影區(qū)能正常工作。在星體底部裝有多波束定向天線，這是一種由12個(gè)單元構(gòu)成的成形波束螺旋天線陣，發(fā)射L1(頻率1575.42MHz,波長19

6、.05cm)和L2(頻率1227.6MHz,波長24.45cm)波段的信號(hào)，其波束方向圖能覆蓋約半個(gè)地球。在星體兩端面上裝有全向遙測(cè)遙控天線，用于與地面監(jiān)控網(wǎng)通信。此外，衛(wèi)星上還裝有姿態(tài)控制系統(tǒng)和軌道(gudo)控制系統(tǒng)。工作衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命為7年。 共七十九頁由于GPS定位采用被動(dòng)定位原理，星載高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)是精密定位的關(guān)鍵。采用銫原于鐘，其尺寸為12.819.538.1cm3，重11.3kg，頻率穩(wěn)定度為(12)10-13/d。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低功耗、減輕重量、縮小體積，制成銫鐘，作為衛(wèi)星的頻率標(biāo)準(zhǔn)，它使衛(wèi)星定位的位置(wi zhi)誤差僅為2.9m。能保證所有的衛(wèi)星在一個(gè)月或更長時(shí)

7、間內(nèi)獨(dú)立工作而無需地面校正。共七十九頁共七十九頁GPS衛(wèi)星向用戶發(fā)送的導(dǎo)航電文是一種不歸零的二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼D（t），碼率fd = 50HZ。為了節(jié)省(jishng)衛(wèi)星的電能、增強(qiáng)GPS信號(hào)的抗干擾性、保密性，實(shí)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星通訊，GPS衛(wèi)星采用偽噪聲碼對(duì)D碼作二級(jí)調(diào)制，即先將D碼調(diào)制成偽噪聲碼（P碼和C/A碼），再將上述兩噪聲碼調(diào)制在L1、L2兩載波上。因此，GPS信號(hào)包括兩種載波（L1、L2）和兩種偽噪聲碼（P碼、C/A碼）。其中，P碼為精確碼，美國為了自身的利益，只供美國軍方、政府機(jī)關(guān)以及得到美國政府批準(zhǔn)的民用用戶使用，C/A碼為粗碼，其定位和時(shí)間精度均低于P碼，目前，全世界的民用客戶均可不

8、受限制地免費(fèi)使用。共七十九頁地面監(jiān)控(jin kn)系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷-描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)，可以計(jì)算出星的位置，用于用戶定位。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常作、衛(wèi)星是否沿預(yù)定軌道運(yùn)行，都由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)-GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航(dohng)電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。共七十九頁主控站位于科羅拉多的斯平士(Colorado Spings)的聯(lián)合空間執(zhí)行中心(CSOC)

9、；三個(gè)注入站分別設(shè)在大西洋、印度洋和太平洋的三個(gè)美國軍事基地上，即大西洋的阿松森(Ascension)島、印度洋的狹哥伽西亞(X Y)(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加蘭(Kwajalein)；五個(gè)監(jiān)測(cè)站設(shè)在主控站和三個(gè)注入站以及夏威夷島。 共七十九頁監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù)是對(duì)每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并向主控站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。每個(gè)監(jiān)控站配有GPS接收機(jī)，對(duì)每顆衛(wèi)星長年連續(xù)不斷地進(jìn)行觀測(cè)，每6秒進(jìn)行一次偽距測(cè)量和積分多普勒觀測(cè)，采集氣象要素等數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)站是一種無人值守的數(shù)據(jù)采集中心，受主控站的控制，定時(shí)將觀測(cè)數(shù)據(jù)送往主控站。五個(gè)監(jiān)測(cè)站分布在美國本土和三大洋的美軍基地上，保證了全球GPS定軌的精度要求

10、。由這五個(gè)監(jiān)測(cè)站提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)形成了GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)(sh sh)發(fā)布的廣播星歷。共七十九頁主控站進(jìn)行數(shù)據(jù)(shj)采集、計(jì)算、傳輸、診斷、編輯，完成下列功能：(1)采集數(shù)據(jù)：主控站采集各個(gè)監(jiān)到站所測(cè)得的偽距和積分多普勒觀測(cè)值、氣象要素、衛(wèi)星時(shí)鐘和工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)站自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)。(2)編輯導(dǎo)航電文：根據(jù)采集到的全部數(shù)據(jù)計(jì)算出每一顆衛(wèi)星的星歷、時(shí)鐘改正數(shù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及大氣改正數(shù)，并按一定的格式編輯為導(dǎo)航電文，傳送到注入站。共七十九頁(3)診斷功能：對(duì)整個(gè)地面(dmin)支撐系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作進(jìn)行診斷；對(duì)衛(wèi)星的健康狀況進(jìn)行診斷，并加以編碼向用戶指示。(4)調(diào)整衛(wèi)星：根據(jù)所測(cè)的衛(wèi)星軌道參數(shù)，及時(shí)將衛(wèi)

11、星調(diào)整到預(yù)定軌道，使其發(fā)揮正常作用。而且還可以進(jìn)行衛(wèi)星調(diào)度，用備份衛(wèi)星取代失效的工作衛(wèi)星。主控站將編輯的衛(wèi)星電文傳送到位于三大洋的三個(gè)注入站，定時(shí)將這些信息注入各個(gè)衛(wèi)星，然后由GPS衛(wèi)星發(fā)送給廣大用戶，這就是所用的廣播星歷。共七十九頁GPS信號(hào)(xnho)接收機(jī)GPS 信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：捕獲按一定衛(wèi)星高度截止(jizh)角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)， 并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行；對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，以及三維速度和時(shí)間。共七十九頁靜態(tài)(jngti)定位靜態(tài)定位中，GPS接收

12、機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程(guchng)中固定不變，接收機(jī)高精度地測(cè)量GPS信號(hào)的傳播時(shí)間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。共七十九頁動(dòng)態(tài)(dngti)定位動(dòng)態(tài)定位則是用GPS接收機(jī)測(cè)定一個(gè)(y )運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌跡。GPS信號(hào)接收機(jī)所位于的運(yùn)動(dòng)物體載體。載體上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對(duì)地球而運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。共七十九頁接收機(jī)硬件和軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分。兩個(gè)單元可以分成兩個(gè)獨(dú)立的部件(b

13、jin)，也可以將天線單元和接收單元制作成一個(gè)整體。共七十九頁 GPS數(shù)據(jù)處理軟件是GPS用戶系統(tǒng)的重要部分，其主要功能(gngnng)是對(duì)GPS接收機(jī)獲取的衛(wèi)星測(cè)量記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行粗加工、預(yù)處理，并對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行平差計(jì)算、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及分析綜合處理。解得測(cè)站的三維坐標(biāo)，測(cè)體的坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度、方向及精確時(shí)刻。共七十九頁用戶(yngh)接收機(jī)分類GPS衛(wèi)星和地面支撐系統(tǒng)是由專門機(jī)構(gòu)投資建立、維護(hù)和運(yùn)行的。一旦工作，它將晝夜不停地發(fā)送導(dǎo)航定位信息。這是一種可供無數(shù)用戶(yngh)共享的信息資源。因此，世界各國的企業(yè)公司、科研單位等相繼研制各種類型的接收機(jī)。接收機(jī)可以按照不同要求進(jìn)行分類。共七十九頁按編碼(

14、bin m)信息分類（1）有碼接收機(jī)：它是已知衛(wèi)星編碼結(jié)構(gòu)信息的接收機(jī)。各種用于導(dǎo)航和定位的接收機(jī)都屬這一類。它的觀測(cè)量主要是偽距。為了提高定位精度，經(jīng)過改進(jìn)(gijn)增加了多普勒計(jì)數(shù)和載波相位觀測(cè)量。（2）無碼接收機(jī)：它不需要預(yù)先知道編碼內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。其觀測(cè)量是載波相位、碼相位和信息比特流。這種接收機(jī)用于精密測(cè)地工作，定位精度很高。共七十九頁按接收機(jī)的載波(zib)頻率分類（1）單頻接收機(jī) 單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號(hào)，測(cè)定載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位。由于不能有效消除(xioch)電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（15km）的精密定位。 （2）雙頻接收機(jī) 雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收L1，L

15、2載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的不一樣，可以消除電離層 對(duì)電磁波信號(hào)的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。共七十九頁按接收的數(shù)據(jù)形式(xngsh)分類(1)CA碼偽距(2)CA碼偽距，L1載波(zib)相位(3)CA碼偽距，L1載波相位，L2載波相位(4)CA碼偽距，P碼偽距(5)CA碼偽距，P碼偽距，L1載波相位，L2 載波相位(6)L1載波相位(7)L1載波相位，L2載波相位共七十九頁按接收機(jī)通道方式(fngsh)分類按采用的電子器件分類按性能分類按用途分類按工作模式分類按接收機(jī)工作原理分類共七十九頁GPS基本工作(gngzu)原理(X-Xi)2+(Y-Yi)2+(Z

16、-Zi)2定位基本關(guān)系D = c= c(tPR-tSV)= D：偽距，目標(biāo)距衛(wèi)星的計(jì)算距離； C：光速；：衛(wèi)星發(fā)送與用戶接收之間的時(shí)間差；tPR：用戶接收時(shí)刻；tSV：衛(wèi)星發(fā)送時(shí)刻；X、Y、Z：用戶空間坐標(biāo)；Xi、Yi、Zi：衛(wèi)星空間坐標(biāo)；共七十九頁 Sj(xj,yj,zj) W(x,y,z) 衛(wèi)星i z共七十九頁GPS發(fā)送(f sn)的信號(hào)兩個(gè)發(fā)送頻率(pnl)：L1=1575.42MHzL2=1227.6MHz兩種碼：C/A碼、P碼數(shù)據(jù)共七十九頁C/A碼、P碼：偽隨機(jī)碼，用于相關(guān)測(cè)距。C/A碼：短碼，粗撲獲碼,碼率為1.023Mb/s。P碼：精碼,碼率10.23Mb/s。GPS 衛(wèi)星發(fā)出測(cè)

17、距碼，經(jīng)過時(shí)間后到達(dá)接收機(jī)（接收碼）。接收機(jī)另產(chǎn)生一組與GPS 衛(wèi)星發(fā)出的測(cè)距碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼。復(fù)制碼經(jīng)延時(shí)器調(diào)整延遲時(shí)間使這兩測(cè)距碼對(duì)齊，則延遲時(shí)間即為 GPS 衛(wèi)星信號(hào)(xnho)從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)所用的時(shí)間。GPS發(fā)送(f sn)的信號(hào)接收碼復(fù)制碼移動(dòng)復(fù)制碼與接收碼對(duì)齊共七十九頁導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文由五個(gè)子幀組成一個(gè)幀。個(gè)幀50個(gè)字，每個(gè)字30碼位，共1500個(gè)碼位。時(shí)間30秒。每個(gè)子幀l0個(gè)字，時(shí)間6秒，子幀的頭兩個(gè)宇都是遙測(cè)(yoc)宇(TEL)和轉(zhuǎn)換字(HOW)，由星載設(shè)備產(chǎn)生；后面八個(gè)字為導(dǎo)航信息或?qū)Ｓ秒娢?，由地面控制站注入給衛(wèi)星。地面控制站每八小時(shí)向衛(wèi)星注入一次新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

18、 GPS發(fā)送(f sn)的信號(hào)共七十九頁(一)遙測(cè)字(Telemetry Word)包括：同步碼(10001001)、遙測(cè)電文（供地面站用）和奇偶校驗(yàn)碼。(二)轉(zhuǎn)換字(Hand 0ver word)包括：Z計(jì)數(shù)（下子幀起始點(diǎn)的時(shí)間）、調(diào)姿標(biāo)志（上次注入數(shù)據(jù)后衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整）、子幀識(shí)別、奇偶校驗(yàn)碼位。(三)數(shù)據(jù)塊1包括：1衛(wèi)星鐘校正參數(shù)。2子幀1數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)時(shí)間。每周歷元開始于星期六/星期日子夜(zy)零點(diǎn)。3衛(wèi)星鐘校正參數(shù)的數(shù)據(jù)齡期。最新的導(dǎo)航信息注入以來的時(shí)間，使用戶選擇最新修正過的衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航，4延遲校正參數(shù)。5當(dāng)前星期編號(hào)。以1980年1月6日的零點(diǎn)為GPs時(shí)計(jì)算的星期數(shù)。6.12通道的碼調(diào)

19、制控制符號(hào)。指示P碼接通還是cA碼接通。7cA碼用戶測(cè)距精度預(yù)測(cè)。8衛(wèi)星工作狀態(tài)標(biāo)志。指示導(dǎo)航數(shù)據(jù)好壞相信號(hào)成分的狀態(tài)。GPS發(fā)送(f sn)的信號(hào)共七十九頁(四)數(shù)據(jù)塊一2提供確定衛(wèi)星位置；星歷表數(shù)據(jù)齡期、星歷表基準(zhǔn)時(shí)間。水平近點(diǎn)角、衛(wèi)星平均角速度修正量、偏心率、長半軸的平方根、軌道傾角、傾角變化率、近地點(diǎn)角距、升交點(diǎn)赤經(jīng)變比率、緯度幅角的校正參量等(五)數(shù)據(jù)塊一3提供各衛(wèi)星的歷書等信息：各要轉(zhuǎn)發(fā)(zhun f)多次，才是個(gè)完整的歷書，每次稱為一頁，各貞要內(nèi)容如下：提供各衛(wèi)星的數(shù)據(jù)精確、衛(wèi)星狀態(tài)、衛(wèi)星的反電子欺騙標(biāo)志、各衛(wèi)星的型號(hào)、電離層延遲校正參數(shù)、星期編號(hào)、日編號(hào)等。GPS發(fā)送(f sn

20、)的信號(hào)共七十九頁 (X-Xi) 2 +(Y-Yi) 2 +(Z-Zi) 2 (X-Xj) 2 +(Y-Yj) 2 +(Z-Zj) 2 Di = c= c(tPR-tSVi)Dj = c= c(tPR-tSVj)D k= c= c(tPR-tSVk)(X-Xk) 2 +(Y-Yk) 2 +(Z-Zk )2 GPS定位計(jì)算由3顆衛(wèi)星（衛(wèi)星I、衛(wèi)星j、衛(wèi)星k）可以得到3組偽距，從而求解(qi ji)目標(biāo)的XYZ坐標(biāo)事實(shí)上測(cè)距存在誤差，因此需要再增加觀測(cè)一顆衛(wèi)星，以便在存在誤差（未知數(shù)）的情況(qngkung)下確定目標(biāo)的XYZ坐標(biāo)。共七十九頁時(shí)間誤差：ti=ti-t; tr=tr-tt: GPS系

21、統(tǒng)(xtng)原子鐘時(shí)間；ti：衛(wèi)星i時(shí)鐘的鐘面時(shí)間；tr: 接收機(jī)時(shí)鐘的鐘面時(shí)間；ti：衛(wèi)星的時(shí)間誤差；tr：接收機(jī)的時(shí)間誤差；共七十九頁考慮(kol)時(shí)間誤差后的偽距計(jì)算實(shí)際(shj)觀測(cè)量Di = c= c(tPR-tSVi)= ctictr+= c(titr)+= ci +(X-Xi)2+(Y-Yi)2+(Z-Zi)2(X-Xi)2+(Y-Yi)2+(Z-Zi)2(X-Xi)2+(Y-Yi)2+(Z-Zi)2共七十九頁D1= c1+D2= c2+D3= c3+D=4 c4+(X-X1)2+(Y-Y1)2+(Z-Z1)2(X-X2)2+(Y-Y2)2+(Z-Z2)2(X-X3)2+(Y-

22、Y3)2+(Z-Z3)2(X-X4)2+(Y-Y4)2+(Z-Z4)2共七十九頁共七十九頁序號(hào)123456727262524232221ssssssss+=誤差源一、空間衛(wèi)星衛(wèi)星時(shí)鐘鐘差及穩(wěn)定性 衛(wèi)星星歷誤差 二、信號(hào)傳播電離層延遲 對(duì)流層延遲 多路徑效應(yīng)三、接收機(jī)分辨誤差 測(cè)量噪聲 總誤差：偽距誤差P碼()C/A碼()3.03.05.05.02.05.010.01.01.01.01.00.33.01.57.06.510.913.97654321sssssss共七十九頁差分(ch fn) GPS技術(shù)DGPS共七十九頁實(shí)現(xiàn)(shxin) DGPS的常用方法有兩種：其一是位置差分法另一種方法是偽距

23、差分法共七十九頁位置差分法設(shè)基準(zhǔn)站的已知精確坐標(biāo)為(x0 ,y0 ,z0 );基準(zhǔn)站的GPS的實(shí)測(cè)(sh c)坐標(biāo)為 (x,y,z)；則坐標(biāo)的誤差修正值為二者之差；移動(dòng)用戶GPS實(shí)測(cè)坐標(biāo)為 (xu,yu,zu)；該用戶點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)為：共七十九頁偽距差分法用途最廣基準(zhǔn)站測(cè)出各衛(wèi)星偽距i；搜集(suj)全部衛(wèi)星星歷；計(jì)算出各衛(wèi)星的地心坐標(biāo)(xis ,yis ,zis )；基準(zhǔn)站已知的準(zhǔn)確地心坐標(biāo)為(x0 ,y0 ,z0 )；求出各衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的實(shí)距Ris ；可以求出偽距誤差修正值i;偽距誤差修正值的變化率i;求出用戶至衛(wèi)星的偽距共七十九頁各衛(wèi)星(wixng)到基準(zhǔn)站的實(shí)距 Ris 偽距誤差(wch

24、)修正值偽距誤差修正值的變化率用戶至衛(wèi)星的偽距為共七十九頁差分 GPS(DGPS)可以使局部區(qū)域(qy)的導(dǎo)航定位精度提高到2 5m。然而 ,隨著用戶和基準(zhǔn)站間距離增加 ,就出現(xiàn)了差分 GPS修正誤差 ,用戶與基準(zhǔn)站間距離越大 ,誤差越大 ,精度也越低。如果距離超過 1 0 0 km,DGPS中的距離誤差修正量一般就不再準(zhǔn)確了。共七十九頁差分(ch fn)GPS對(duì)測(cè)量定位精度的改進(jìn) 共七十九頁共七十九頁WADGPS技術(shù)的基本思想(sxing)是對(duì)GPS觀測(cè)量的誤差源加以區(qū)分， 并對(duì)每一個(gè)誤差源分別加模型化，然后將計(jì)算出來的每一個(gè)誤差源的誤差修正值 （差分改正值），通過數(shù)據(jù)通訊鏈傳輸給用戶，對(duì)用

25、戶GPS接收機(jī)的觀測(cè)值誤差加以改正，以達(dá)到削弱這些誤差源影響，共七十九頁WADGPS系統(tǒng)一般由一個(gè)主控站、若干個(gè) GPS衛(wèi)星跟蹤站、一個(gè)差分信號(hào)播發(fā)站、若干個(gè)監(jiān)控站、相應(yīng)(xingyng)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和若干個(gè)用戶站組成。WADGPS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求是 :(1 )傳輸數(shù)據(jù)量大 ;(2 )實(shí)時(shí)傳輸 ;(3)高速率 ;(4)傳輸距離長 ;(5)覆蓋面大。共七十九頁共七十九頁載波(zib)相位測(cè)量共七十九頁載波相位測(cè)量GPS接收機(jī)不僅可以輸出P碼或 C/ A碼測(cè)量的偽距還可提供兩個(gè)GPS頻率的載波相位測(cè)量。根據(jù)載波相位可按 L=(N+)得到偽距 ,稱為相位偽距。這里 是載波波長 ,為 19 或

26、24.5cm。N是載波整周期數(shù) ,即相位模糊度。是相位觀測(cè)量 ,它包括(boku)由某一參考時(shí)刻 t開始累計(jì)的載波相位新增加的整周期數(shù)和相位測(cè)量小于一周的小數(shù)部分。共七十九頁GLOBAL POSITIONING SYSTEMINTEGRATED GPS RECEIVERGM-x205典型(dinxng)產(chǎn)品共七十九頁GPS接收機(jī)共七十九頁GPS接收計(jì)輸出數(shù)據(jù)格式GPS接收機(jī)型號(hào)很多，基本上都提供的NMEA-0183v2.01標(biāo)準(zhǔn)格式輸出。NMEA-0183是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)制定的GPS數(shù)據(jù)輸入/輸出標(biāo)準(zhǔn)格式。NMEA-0183語句按照數(shù)據(jù)傳送的方向可分為輸入語句和輸出語句。輸入語句是指由接

27、口設(shè)備發(fā)送給GPS接收機(jī)的語句，輸出語句是指由GPS接收機(jī)發(fā)送給接口設(shè)備的語句。根據(jù)NMEA-0183規(guī)定(gudng)，可以輸出如下格式的信息：GGA GPS系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)（Global Positioning System Fix Data）GSV 可用導(dǎo)航衛(wèi)星資料（GNSS Satellites in View）RMC 推薦的最簡GPS數(shù)據(jù)（Recommended Minimum Specific GNSS Data）GSA 活動(dòng)衛(wèi)星資料（GPS DOP and Active Satellites）共七十九頁NMEA-0183數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)串為ASCII碼，語句以“$”開頭，會(huì)話(huhu)

28、ID，語句ID，數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)字段以“，”分割，校驗(yàn)和以“*”開頭。語句以回車換行符（即）結(jié)束。最簡特性(RMC)格式如下:$GPRMC,，,*hh固定位置的UTC時(shí)間，格式為hhmmss；狀態(tài)，A=無效位置，V=NAV接收機(jī)報(bào)告；緯度，ddmm.mmmm格式；緯度半球，N或S；經(jīng)度，dddmm.mmmm格式；經(jīng)度半球，E或W；地面速度，0.0-999.9m/s；地面軌跡，方位(二維方向指向，相當(dāng)于二維羅盤)000.0-359.90；固定位置的UTC日期，格式為ddmmyy；磁偏角，000.0-359.9；磁偏角方向，E或W；hh，校驗(yàn)和。共七十九頁Example $GPGGA,153639.3

29、85,2446.5243,N,12100.1494,E,1,08,00.9,00163.8,M,M,*74 共七十九頁HEMISPHERE半球ELLIPSOID橢球GEODAL空心(kng xn) 共七十九頁GLL -Geographic Position -Latitude / Longitude Purpose Output latitude and longitude of current position, time, and status. Format $GPGLL,ddmm.mmmm,a,dddmm.mmmm,a,hhmmss.sss,x*CS Example $GPGLL,24

30、46.5311,N,12100.1377,E,110519.259,A*35 共七十九頁共七十九頁雙星(shungxng)定位系統(tǒng)-北斗一號(hào) 雙星定位系統(tǒng)：空間部分和地面部分?？臻g部分由兩顆地球同步衛(wèi)星和一顆備用衛(wèi)星組成。地面部分由中心控制站、衛(wèi)星定軌標(biāo)校站、差分(ch fn)定位標(biāo)校站和測(cè)高標(biāo)校站以及用戶機(jī)組成。共七十九頁兩顆衛(wèi)星位于35000km赤道上空，定點(diǎn)于東經(jīng)80和140，星上帶有轉(zhuǎn)發(fā)器。中心控制站用于接收定位通信申請(qǐng)，完成測(cè)距、定位、授時(shí)和通信等信號(hào)處理(xn ho ch l)，發(fā)送導(dǎo)航電文，監(jiān)視和控制整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。測(cè)軌標(biāo)校站為精確測(cè)量衛(wèi)星的位置提供基準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，定位標(biāo)校站為

31、差分定位提供基準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)高標(biāo)校站為氣壓測(cè)高法提供基準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)。用戶機(jī)接收中心站通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的信號(hào)和向中心站發(fā)送定位通信申請(qǐng)，不含定位解算處理器，設(shè)備比較簡單。覆蓋范圍：北緯 5-55，東經(jīng) 70-140定位精度：水平精度 100m，設(shè)立標(biāo)校站之后為 20m(類似差分)。工作頻率：2491.75MHz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)：540000戶/小時(shí)。 共七十九頁“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)工作原理1 中心控制站向衛(wèi)星 A、B 發(fā)詢問信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星向用戶廣播。用戶接收后，向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，再經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制站。2 中心控制站接收用戶響應(yīng)后，可測(cè)出兩個(gè)時(shí)間延遲：A 從中心控制站發(fā)出詢問，經(jīng)某一衛(wèi)

32、星轉(zhuǎn)發(fā)到用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制站的延遲；B 從中心控制站發(fā)出詢問，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)，經(jīng)另一衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制站的延遲。3 中心控制站和兩顆衛(wèi)星的位置均已知，由A、B兩延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和。用戶處于以第一顆衛(wèi)星為球心的球面(qimin)，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面(qimin)的交線上。4 中心控制站從數(shù)字地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶處于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。中心控制站可最終計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號(hào)發(fā)送給用戶。共七十九頁“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)與 GPS 系統(tǒng)

33、比較(1) 覆蓋范圍：北斗系統(tǒng)覆蓋我國本土的區(qū)域。GPS 系統(tǒng)覆蓋全球。(2) 定位原理：北斗系統(tǒng)為主動(dòng)式雙向測(cè)距，無隱蔽性，且用戶(yngh)設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)。GPS 是被動(dòng)式測(cè)距。(3) 定位精度：北斗系統(tǒng)三維定位精度100m，授時(shí)精度約100ns。GPS三維定位精度P碼6m，C/A碼12m，授時(shí)精度目前約 20ns。(4) 用戶容量：北斗系統(tǒng)的用戶容量受信道阻塞、信號(hào)速率和用戶響應(yīng)速度制約，用戶設(shè)備容量是有限的。GPS 的用戶設(shè)備容量是無限的。(5) 生存能力：北斗系統(tǒng)對(duì)中心控制站的依賴過大，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。(6) 實(shí)時(shí)性：北斗系統(tǒng)時(shí)間延遲長。對(duì)高速運(yùn)動(dòng)體定

34、位誤差大。(7)北斗系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是: 發(fā)射的衛(wèi)星少,成本低; 設(shè)備輕便、操作簡單、價(jià)格低廉；地面基準(zhǔn)站可以對(duì)用戶進(jìn)行指揮和調(diào)度。 共七十九頁無線定位(dngwi)移動(dòng)通信定位技術(shù)1基于小區(qū) ID的定位技術(shù)獲取移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前所在小區(qū)的ID，得到位置信息。響應(yīng)速度快，無需對(duì)手機(jī)(shu j)升級(jí)。定位精度難保證。小區(qū)直徑從150m到幾千米不等。2 基于三角關(guān)系和運(yùn)算的定位技術(shù)細(xì)分為兩種：距離測(cè)量和角度測(cè)量。2.1 基于距離測(cè)量的定位技術(shù)共七十九頁距離測(cè)量的方法有三種：A 直接測(cè)量方法B 傳播時(shí)間測(cè)量方法主要因素：無線電波的傳播特性：介質(zhì)、反射、多徑；時(shí)鐘精度；時(shí)鐘同步。B.1上行鏈路信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA

35、）測(cè)量移動(dòng)臺(tái)上行信號(hào)到達(dá)基站的傳播時(shí)間。TOA技術(shù)要求移動(dòng)臺(tái)和基站的時(shí)間精確同步。TOA定位技術(shù)不適(bsh)用于沒有時(shí)鐘同步的系統(tǒng)。B.2信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(TDOA)技術(shù)測(cè)量的移動(dòng)臺(tái)上行信號(hào)到達(dá)不同基站的傳播時(shí)間差。B.3下行鏈路信號(hào)到達(dá)時(shí)間差由移動(dòng)臺(tái)執(zhí)行測(cè)量不同基站信號(hào)到達(dá)時(shí)間差。 GSM的(E0TD)；UMTS的(OTDOA)；IS95和CDMA2000 的(AFLT)。共七十九頁C 無線電波能量衰減測(cè)量方法理想條件下，電波的衰減與距離呈比例。實(shí)際上，衰減有多種因素。2.2基于角度測(cè)量的定位技術(shù) 基于角度測(cè)量的定位技術(shù)需要使用方向性天線，如智能天線陣列。3基于場(chǎng)景分析的定位技術(shù) 將定位環(huán)境的抽象和形式化描述存于數(shù)據(jù)庫。 將待定位置特征與數(shù)據(jù)庫匹配， 確定物體的位置。4 基于臨近關(guān)系的定位技術(shù) 根據(jù)待定位物體與已知位置 的關(guān)系定位。以唯一標(biāo)識(shí)(biozh)來 確定已知的各個(gè)位置。共七十九頁移動(dòng)通信中的定位技術(shù)移動(dòng)定位技術(shù)可分為三類：基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)、基于移動(dòng)