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1、卫星导航电子课件第二部分,四、GPS接收机,按用途分： 导航型（又称导航仪）、测地型和授时型 按接收机工作原理分： 码相关型（Correlation Channel）、平方型（Squaring Channel）、混合型（Hybrid Channel）、码相位型（Code Phase Channel）、干涉型（Interferometry Channel） 按信号通道分： 多通道（Multi-Channel）、序贯通道（Sequencing Channel）、多路复用（Multiplexing Channel） 按接收卫星信号的频率分： 单频（L1载波）和双频（L1+L2载波）,（一）GPS接收
2、机分类,（二） CA码、单频（码相关型）GPS接收机工作原理,前置放大器,电源,变频器及中放,信号解扩解调,本机伪码 发生器,卫星电文,多普勒频移测量,显示器和键盘,信号通道,显示模块,导航 计算,伪码测量,微处理器,第三节 GPS定位误差及美国GPS政策,一、GPS误差种类,伪测距误差、几何误差、美国GPS政策带来的误差、速度误差和海图标绘误差。,通常将GPS定位的误差等效为测距离误差，称之为用户等效测距误差。,二.伪测距误差：,星历表误差(2.7m ) 、 卫星钟剩余误差(3.1m) 群延迟误差,电离层折射误差(0.4m-P,6.4m-CA) 对流层折射误差、(0.4m) 多径效应(1.2
3、m-P,3.1m-CA),导航仪通道间误差(0.15m-P,0.6m-CA) 导航仪噪声和量化误差(0.24m-P,2.44m-CA),综合以上误差预算数据，若计算方法取上述误差平方和的平方根，则由总的合成误差引起GPS接收机等效测距误差为4.3m(P码)和8.6m(CA码)。,点击看图,三.几何误差：,GPS定位的几何误差反映的是：当测距误差为定值时，观测者与卫星间的空间几何图形不同时，定位误差的大小也不同。,精度几何因子（GDOP）：,用来描述用户与卫星的几何关系对定位误差影响的大小。,GDOP值越小，选用的卫星的几何图形配置越理想，位置和时间的偏差值也越小。 4颗卫星与测者所构成的几何四
4、面体体积与GDOP成反比。,当=1时，则：,GDOP:精度几何因子； PDOP：三维位置精度几何因子； HDOP：水平方向精度几何因子； TDOP：时钟偏差几何因子； VDOP：高程精度几何因子,一般地，PDOP4，位置精度较高； PDOP9，位置精度较差。,例题：GPS接收机等效测距误差()为4.3m(P码)和8.6m(CA码)，假设某GPS接收机显示其PDOP=0.8，则位置误差分别为多少？,GPS接收机最佳的选星原则,HDOP值的选择,四.速度测量误差： GPS速度测量精度受导航仪动态特性影响。,五.海图标绘误差： 由于海图和GPS接收机坐标系选取不同产生的误差。,六.美国GPS政策 对
5、不同的GPS用户提供不同的服务方式（PPS和SPS） SA：Selective Availability, 技术（卫星轨道参数慢变）和技术（卫星频率抖动） AS：Anti-spoofing，将P码与W码模2和，形成更保密的Y码。,七.美国GPS现代化,GPS现代化步骤: 第一步，发射12颗GPS BLOCK R型卫星，增加军用M码、在L2频道上增加CA码、提高信号发射功率； 第二步，发射6颗GPS BLOCK F型卫星，除了具有R型卫星的全部功能外，还增加了L5民用频率； 第三步，发射GPS BLOCK 型卫星，即所谓的第三代GPS卫星，美国计划用20年时间完成GPS 计划，取代目前的GPS
6、,为什么美国要提出GPS现代化规划？,第四节 DGPS卫星导航系统,差分GPS（Differential GPS）基本原理,链接片15,一.DGPS的分类：,二、中国沿海无线电指向标/差分GPS（RBN-DGPS）,（一）中国沿海无线电指向标/差分GPS基准台的设置,北海海区：大三山、老铁山、成山角、秦皇岛、北塘、王家麦； 东海海区：大戢山、燕尾港、蒿技港、定海、石塘、天达山、镇海角； 南海海区：鹿屿、三灶、硇洲岛、防城、抱虎角、三亚、洋浦,大戢山RBN-DPS：灯塔始建于1869年，1997年建成RBN-DGPS，位于长江口外东偏南海域中，地处长江口与杭州湾的交汇处，隶属上海海事局航标处。,
7、（二）无线电指向标/差分GPS系统组成,基准台：跟踪、测量卫星的伪距、载波相位和差分校正数据，并格式化为标准的信号格式播发给用户 。 播发台：播发指向信号，依规定的强度和速率播发DGPS修正信息和指向标状况及基准台状况信息。 完善性监控台：监测GPS的完善性和播发的差分修正值的正确性，监控基准台，计算并登录系统运行数据的统计结果。 监控中心：监测、控制各RBN-DGPS站的工作。,（三）无线电指向标/差分GPS技术指标,工作频率：国际电联划分的海上无线电指向标频率（283.5325.0kHz）范围。 差分全球定位系统识别码 ：航标和灯塔管理机构的国际组织（IALA）分配 单站信号作用距离 ：3
8、00km 差分信息调制方式和播发类别：MSK调制方式 ，调相单信道数据传送（G1D） 信号格式和信息类型 ：RTCM SC-104信号格式标准,1.DGPS只能消除和削弱基准站和用户GPS卫星导航仪的公共测距误差，包括：卫星钟剩余误差、星历表误差、电离层和对流层折射误差、SA与AS误差。 2.对于非公共误差：多径效应、导航仪噪声、量化误差、通道间偏差，DGPS不能消除和削弱。 3.DGPS的差分效果随着用户与DGPS基准站之间的距离增大而逐渐变差。（见表5-3）,三.DGPS的定位精度：,表53 DGPS定位误差与距离的关系,第五节 GPS卫星导航仪在船舶导航上的应用,一、GPS卫星导航仪主要
9、功能,1.显示定位和导航数据(位置更新时间约ls，导航数据更新时间约35s) 2.能够设置一些参数 3.显示卫星信息 4.能存储、设计航线和航路点 5.报警 6.接口功能,二、GPS卫星导航仪的初始化,日常启动时只需按下电源键，卫星导航仪即能自动定位 第一次启动或某些特殊情况下可以进行初始化输入，加快定位速度,三、GPS卫星导航仪的显示方式,1导航数据显示方式,2用户显示方式,3标绘显示方式,4航路显示方式,5操舵显示方式,四、利用GPS卫星导航仪进行航路点（WAYPOINTS）/航线(ROUTE)导航,五、利用GPS卫星导航仪进行航迹线(plot trail)标绘,标绘船舶历史航迹可以帮助驾
10、驶员了解船舶历史动态和在航道上运动的趋势，并可用于设计返航航线 。,六、利用GPS卫星导航仪进行定点导航,抛锚、丢锚、人员落水、特殊事件的位置,七、利用GPS卫星导航仪报警,锚更警（ANC ALARM）,到达警(ARV ALARM),七、利用GPS卫星导航仪报警 偏航警（XTE）,八、用GPS卫星导航仪计算距离与方位（CALCULATE）,九、利用GPS卫星导航仪定位时的注意事项,（一）定位变慢的问题 （二）HDOP值设定 （三）卫星状态显示 （四）定位模式选择 （五）坐标系选用 （六）GPS显示的航向和速度 （七）时差的输入 （八）GPS导航仪实际误差估算,第六节 GPS在航海测量中的应用,
11、一、GPS用于船舶机动性能测定,（一）利用GPS卫星导航仪测量船速,（二）利用GPS卫星导航仪测量船舶旋回半径,（三）利用GPS卫星导航仪测量船舶舵角提前量,（四）利用GPS卫星导航仪测量船舶航向稳定性,1.载体姿态的确定：,航向角,横摇角,纵摇角,载体坐标系相对于地平坐标系之间的空间取向，即为载体姿态。,利用三副GPS天线构成两条独立基线，观测6颗卫星形成6个观测方程可求解载体姿态。,载体姿态测量精度与基线测量精度及基线长度成正向关系。,二、GPS用于船舶等载体的姿态测定,2.GPS/DGPS罗经：,3GPS天线系统，通过测量GPS载波相位的方法解算航向；,GPS/DGPS罗经稳定时间4分钟
12、以内，随动性能高，静态指向精度达0.6，耗电少。,三. GPS用于其他方面： 精密授时、车辆指挥和调度、筑路勘测与自动施工、气象预报、农林业、渔业、海洋作业等广泛领域的科研与实际应用。,图5-24 北斗双星定位系统组成框图,第七节 北斗卫星导航系统,北斗卫星导航系统发展概述 第一代第二代,一. 北斗星导航系统的组成（第一代双星有源系统）,组成：卫星网、地面控制中心、用户设备,功能：区域、全天候、高精度、近于实时的定位，1s内完成定位，精度优于20m，DGPS状态下精度为25m。,二. 北斗星导航星座（第一代双星有源系统）,2+1颗备用卫星； 轨道高度36000KM左右，轨道倾角0； 覆盖范围：
13、5N55N，70E145E； 发射频率：上行L频段/下行S频段/C频段,三. 北斗星导航工作原理（第一代双星有源系统）,第一代北斗卫星星导航缺陷： 用户不隐蔽、容量有限、仅能二维定位、不与其他卫星导航系统兼容。,第八节 格罗纳斯和伽利略卫星导航系统,一、格罗纳斯（GLONASS）卫星导航系统,（一）GLONASS导航卫星网 24颗卫星组成，平均分布在3个轨道 轨道高度：19 100km左右，中轨轨道 运行周期：约11 h 15 min 轨道倾角：约64.8,发射频率：同时发射L1、L2两种频率，分别为：1 602MHz+N0.5625MHz和1 246MHz+N0.4375MHz 卫星电源：太
14、阳能电源、电池和可替换能源 卫星钟：铯钟,（二）GLONASS的现状及未来发展,二、伽利略（GALILIEO）卫星导航系统,（一）伽利略系统发展概述,（二）伽利略系统的组成 伽利略卫星星座：计划由30颗卫星构成，平均分布在3个地球轨道上，轨道高度为23 616km，轨道倾角为56 地面监控中心：控制伽利略卫星、管理导航任务 用户接收机,伽利略系统不同级别的用户服务： 1. 免费公共服务（PVT）：定位精度（95%）：单频接收水平方向15m、高度方向35m，双频接收水平方向4m、高度方向8m； 2. 精确完备的导航服务（AI）：签约服务；仅提供双频接收，定位精度（95%）水平方向4m，高度方向8m； 3. 距离修正及授时服务（RT）：即差分服务，签约服务；单频或双频用户的定位精度优于1m，三频用户定位精度优于10cm。 4. 高度完备服务（HI）：针对对生命安全要求非常高的用户市场提供最高精度、最高系统连续可用性、高度抗干扰能力的服务，该服务仅针对具有特殊授权的高级签约用户开放。,【卫星导航系统部分】 【完】,太 空,电波折射,电离层,对流层,GPS信号传播误差之：电离层及对流层折射误差,无反射信号,多径反射信号,GPS信号传播误差之：多径效应误差,看完返回,
