Gps新版第二部分

衛(wèi)星導航電子課件第二部分四、GPS接收機按用途分：導航型（又稱導航儀）、測地型和授時型按接收機工作原理分：碼相關型（CorrelationChannel）、平方型（SquaringChannel）、混合型（HybridChannel）、碼相位型（CodePhaseChannel）、干涉型（InterferometryChannel）按信號通道分：多通道（Multi-Channel）、序貫通道（SequencingChannel）、多路復用（MultiplexingChannel）按接收衛(wèi)星信號的頻率分：單頻（L1載波）和雙頻（L1+L2載波）（一）GPS接收機分類（二）CA碼、單頻（碼相關型）GPS接收機工作原理前置放大器電源變頻器及中放信號解擴解調(diào)本機偽碼發(fā)生器衛(wèi)星電文多普勒頻移測量顯示器和鍵盤信號通道顯示模塊導航計算偽碼測量微處理器第三節(jié)GPS定位誤差及美國GPS政策一、GPS誤差種類

偽測距誤差、幾何誤差、美國GPS政策帶來的誤差、速度誤差和海圖標繪誤差。

通常將GPS定位的誤差等效為測距離誤差，稱之為用戶等效測距誤差。二.偽測距誤差：星歷表誤差(2.7m)、衛(wèi)星鐘剩余誤差(3.1m)群延遲誤差電離層折射誤差(0.4m-P,6.4m-CA)對流層折射誤差、(0.4m)多徑效應(1.2m-P,3.1m-CA)1.衛(wèi)星誤差：2.信號傳播誤差：3.衛(wèi)星導航儀誤差：導航儀通道間誤差(0.15m-P,0.6m-CA)導航儀噪聲和量化誤差(0.24m-P,2.44m-CA)綜合以上誤差預算數(shù)據(jù)，若計算方法取上述誤差平方和的平方根，則由總的合成誤差引起GPS接收機等效測距誤差為4.3m(P碼)和8.6m(CA碼)。點擊看圖三.幾何誤差：

GPS定位的幾何誤差反映的是：當測距誤差為定值時，觀測者與衛(wèi)星間的空間幾何圖形不同時，定位誤差的大小也不同。精度幾何因子（GDOP）：用來描述用戶與衛(wèi)星的幾何關系對定位誤差影響的大小。

GDOP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。

4顆衛(wèi)星與測者所構成的幾何四面體體積與GDOP成反比。當δ=1時，則：GDOP:精度幾何因子；

PDOP：三維位置精度幾何因子；HDOP：水平方向精度幾何因子；TDOP：時鐘偏差幾何因子；VDOP：高程精度幾何因子一般地，PDOP≤4，位置精度較高；PDOP≥9，位置精度較差。例題：GPS接收機等效測距誤差(σ)為4.3m(P碼)和8.6m(CA碼)，假設某GPS接收機顯示其PDOP=0.8，則位置誤差分別為多少？GPS接收機最佳的選星原則HDOP值的選擇四.速度測量誤差：

GPS速度測量精度受導航儀動態(tài)特性影響。五.海圖標繪誤差：由于海圖和GPS接收機坐標系選取不同產(chǎn)生的誤差。六.美國GPS政策對不同的GPS用戶提供不同的服務方式（PPS和SPS）SA：SelectiveAvailability,ε技術（衛(wèi)星軌道參數(shù)慢變）和δ技術（衛(wèi)星頻率抖動）AS：Anti-spoofing，將P碼與W碼模2和，形成更保密的Y碼。七.美國GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化步驟:第一步，發(fā)射12顆GPSBLOCKⅡR型衛(wèi)星，增加軍用M碼、在L2頻道上增加CA碼、提高信號發(fā)射功率；第二步，發(fā)射6顆GPSBLOCKⅡF型衛(wèi)星，除了具有ⅡR型衛(wèi)星的全部功能外，還增加了L5民用頻率；第三步，發(fā)射GPSBLOCKⅢ型衛(wèi)星，即所謂的第三代GPS衛(wèi)星，美國計劃用20年時間完成GPSⅢ計劃，取代目前的GPSⅡ為什么美國要提出GPS現(xiàn)代化規(guī)劃？第四節(jié)DGPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)差分GPS（DifferentialGPS）基本原理DGPS基準臺用戶衛(wèi)星鏈接片15一.DGPS的分類：

1.偽距差分（米級）2.位置差分（米級）：3.相位平滑差分（亞米級）：4.載波相位差分（厘米級）：5.局域差分：6.廣域和廣域增強差分：二、中國沿海無線電指向標/差分GPS（RBN-DGPS）（一）中國沿海無線電指向標/差分GPS基準臺的設置北海海區(qū)：大三山、老鐵山、成山角、秦皇島、北塘、王家麥；東海海區(qū)：大戢山、燕尾港、蒿技港、定海、石塘、天達山、鎮(zhèn)海角；南海海區(qū)：鹿嶼、三灶、硇洲島、防城、抱虎角、三亞、洋浦大戢山RBN-DPS：燈塔始建于1869年，1997年建成RBN-DGPS，位于長江口外東偏南海域中，地處長江口與杭州灣的交匯處，隸屬上海海事局航標處。（二）無線電指向標/差分GPS系統(tǒng)組成

基準臺：跟蹤、測量衛(wèi)星的偽距、載波相位和差分校正數(shù)據(jù)，并格式化為標準的信號格式播發(fā)給用戶。播發(fā)臺：播發(fā)指向信號，依規(guī)定的強度和速率播發(fā)DGPS修正信息和指向標狀況及基準臺狀況信息。完善性監(jiān)控臺：監(jiān)測GPS的完善性和播發(fā)的差分修正值的正確性，監(jiān)控基準臺，計算并登錄系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結果。監(jiān)控中心：監(jiān)測、控制各RBN-DGPS站的工作。（三）無線電指向標/差分GPS技術指標工作頻率：國際電聯(lián)劃分的海上無線電指向標頻率（283.5～325.0kHz）范圍。差分全球定位系統(tǒng)識別碼

：航標和燈塔管理機構的國際組織（IALA）分配單站信號作用距離

：300km差分信息調(diào)制方式和播發(fā)類別：MSK調(diào)制方式，調(diào)相單信道數(shù)據(jù)傳送（G1D）信號格式和信息類型：RTCMSC-104信號格式標準

1.DGPS只能消除和削弱基準站和用戶GPS衛(wèi)星導航儀的公共測距誤差，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、SA與AS誤差。

2.對于非公共誤差：多徑效應、導航儀噪聲、量化誤差、通道間偏差，DGPS不能消除和削弱。

3.DGPS的差分效果隨著用戶與DGPS基準站之間的距離增大而逐漸變差。（見表5-3）三.DGPS的定位精度：誤差DGPS定點觀測誤差(m)0nmile100nmile500nmile1000nmile2000nmile衛(wèi)星鐘剩余誤差0．000.000．000．000．00星歷表誤差0．000.090．460．9l1．82SA引起的誤差0．000.000．000．000．00電離層折射誤差0．002．194．886．48．23對流層折射誤差0．001．831．831．831．83多徑效應0．000．000．000．000．00導航儀噪聲0．910．910．9l0.910．91用戶偽測距誤差(rms)0．912．995．306．778．69水平位置誤差(HDOP=1.5)(2drms)2．749．1415．8520．1126．20表5—3DGPS定位誤差與距離的關系第五節(jié)GPS衛(wèi)星導航儀在船舶導航上的應用一、GPS衛(wèi)星導航儀主要功能1.顯示定位和導航數(shù)據(jù)(位置更新時間約ls，導航數(shù)據(jù)更新時間約3～5s)2.能夠設置一些參數(shù)3.顯示衛(wèi)星信息4.能存儲、設計航線和航路點5.報警6.接口功能二、GPS衛(wèi)星導航儀的初始化日常啟動時只需按下電源鍵，衛(wèi)星導航儀即能自動定位第一次啟動或某些特殊情況下可以進行初始化輸入，加快定位速度三、GPS衛(wèi)星導航儀的顯示方式

1．導航數(shù)據(jù)顯示方式2．用戶顯示方式3．標繪顯示方式4．航路顯示方式5．操舵顯示方式四、利用GPS衛(wèi)星導航儀進行航路點（WAYPOINTS）/航線(ROUTE)導航

五、利用GPS衛(wèi)星導航儀進行航跡線(plottrail)標繪

標繪船舶歷史航跡可以幫助駕駛員了解船舶歷史動態(tài)和在航道上運動的趨勢，并可用于設計返航航線。六、利用GPS衛(wèi)星導航儀進行定點導航拋錨、丟錨、人員落水、特殊事件的位置

七、利用GPS衛(wèi)星導航儀報警錨更警（ANCALARM）到達警(ARVALARM)

七、利用GPS衛(wèi)星導航儀報警–偏航警（XTE）八、用GPS衛(wèi)星導航儀計算距離與方位（CALCULATE）九、利用GPS衛(wèi)星導航儀定位時的注意事項（一）定位變慢的問題（二）HDOP值設定（三）衛(wèi)星狀態(tài)顯示（四）定位模式選擇（五）坐標系選用（六）GPS顯示的航向和速度（七）時差的輸入（八）GPS導航儀實際誤差估算第六節(jié)GPS在航海測量中的應用一、GPS用于船舶機動性能測定（一）利用GPS衛(wèi)星導航儀測量船速（二）利用GPS衛(wèi)星導航儀測量船舶旋回半徑（三）利用GPS衛(wèi)星導航儀測量船舶舵角提前量（四）利用GPS衛(wèi)星導航儀測量船舶航向穩(wěn)定性1.載體姿態(tài)的確定：航向角θ橫搖角φ縱搖角ψ載體坐標系相對于地平坐標系之間的空間取向，即為載體姿態(tài)。利用三副GPS天線構成兩條獨立基線，觀測6顆衛(wèi)星形成6個觀測方程可求解載體姿態(tài)。載體姿態(tài)測量精度與基線測量精度及基線長度成正向關系。二、GPS用于船舶等載體的姿態(tài)測定2.GPS/DGPS羅經(jīng)：3GPS天線系統(tǒng)，通過測量GPS載波相位的方法解算航向；GPS/DGPS羅經(jīng)穩(wěn)定時間4分鐘以內(nèi)，隨動性能高，靜態(tài)指向精度達0.6°，耗電少。三.GPS用于其他方面：精密授時、車輛指揮和調(diào)度、筑路勘測與自動施工、氣象預報、農(nóng)林業(yè)、漁業(yè)、海洋作業(yè)等廣泛領域的科研與實際應用。圖5-24

北斗雙星定位系統(tǒng)組成框圖第七節(jié)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展概述第一代→第二代一.北斗星導航系統(tǒng)的組成（第一代雙星有源系統(tǒng)）組成：衛(wèi)星網(wǎng)、地面控制中心、用戶設備功能：區(qū)域、全天候、高精度、近于實時的定位，1s內(nèi)完成定位，精度優(yōu)于20m，DGPS狀態(tài)下精度為2~5m。二.北斗星導航星座（第一代雙星有源系統(tǒng)）2+1顆備用衛(wèi)星；軌道高度36000KM左右，軌道傾角0°；覆蓋范圍：5°N~55N°，70°E~145°E；發(fā)射頻率：上行L頻段/下行S頻段/C頻段三.北斗星導航工作原理（第一代雙星有源系統(tǒng)）用戶中心站第一代北斗衛(wèi)星星導航缺陷：用戶不隱蔽、容量有限、僅能二維定位、不與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容。第八節(jié)格羅納斯和伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)一、格羅納斯（GLONASS）衛(wèi)星導航系統(tǒng)（一）GLONASS導航衛(wèi)星網(wǎng)24顆衛(wèi)星組成，平均分布在3個軌道軌道高度：19100km左右，中軌軌道運行周期：約11h15min軌道傾角：約64.8°發(fā)射頻率：同時發(fā)射L1、L2兩種頻率，分別為：1602MHz+N×0.5625MHz和1246MHz+N×0.4375MHz衛(wèi)星電源：太陽能電源、電池和可替換能源衛(wèi)星鐘：銫鐘（二）GLONASS的現(xiàn)狀及未來發(fā)展二、伽利略（GALILIEO）衛(wèi)星導航系統(tǒng)（一）伽利略系統(tǒng)發(fā)展概述（二）伽利略系統(tǒng)的組成伽利略衛(wèi)星星座：計劃由30顆衛(wèi)星構成，平均分布在3個地球軌道上，軌道高度為23616km，軌道傾角為56°地面監(jiān)控中心：控制伽利略衛(wèi)星、管理導航任務用戶接收機伽利略系統(tǒng)不同級別的用戶服務：1.免費公共服務（PVT）：定位精度（95%）：單頻接收水平方向15m、高度方向35m，雙頻接收水平方向4m、高度方向8m；2.精確完備的導航服務（AI）：簽約服務；僅提供雙