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1、基于车辆定位系统GPS数据基准来源差异性分析摘要：自从GPS被应用以来发展迅猛。更重要的是，山于其优越的性能特征，引起了国家军事与民用部门 的注意。在过去十年，GPS技术能够达到一个极高的精确度并且广泛运用于许多军事和民政部门。本论文 指定对错误中获得的GPS数据的数据库作出具体的分析和介绍，所以GPS信息可以更好更迅速地消除错误 信息，因此从GPS获得的数据,数据库的精确性进一步提高数据库系统,从而进一步提高GPS的准确性， 这样就可以更好地用在车辆定位中。关键字：GPS位置错误：高轨道距离测量；卫星时钟校正：多径效应1引言当前广泛使用的GPS （全球定位系统）是由美国设计和研发的。一般GP
2、S信号传输信号 包含三个：SPS、PPS和Y码。标准定位业务SPS （标准定位服务）使用C/A码进行编码。所 谓的C/A码是全球都可以使用的美国位置信号，这是于冷战前加入选择可用性的干扰信号, 通道简称L1 （连接1,大约1575. 42MHz ）o精密定位业务PPS （精确定位服务），也被称为P 码，使用L2 （连接2大约1227. 6MHz ）通道。PPS比SPS更准确1-3 0这部分的位置信息 可以达到厘米级水平，仅提供给美国军方和美国政府的授权用户（如盟国等）用作定位信号。 最后，Y码信号用于在战争时阻止L2通道通过敌人防盗系统代码，同时解除美国C/A信号 干扰保留后门，用来确保只有美
3、国人可以享受最好的定位性能。自2000年以来，中国已开 发出了自己的GPS定位系统，并已发射四颗“北斗”01-04实验系统导航卫星，以建立木国 的第一个卫星导航系统。日从2007年4月14号起，导航卫星的成功的陆续发射，北斗二 号系统导航卫星和GPS罗招:标志着从一代开始向第二代过渡。在未来几年，中国将发射北 斗系列定位卫星，以满足中国及周边国家和地区的需要，卫星导航系统供应和需求的用户的 需要。于此同时，网络测试定位系统，然后再进一步扩展到全球卫星定位导航系统。因为中 国没有日己的定位系统，现在我们使用美国卫星导航系统。但是由于美国的保护，当我们使 用美国卫星导航系统时，会出现很多错误。因此
4、，如何提高GPS系统的精确度以便减少错误, 这对我们有利却是一个很大的问题。本文将给予详细的分析和阐述。2 GPS原理分析GPS定位原理是延迟的距离。其计算在已知的四种信号传播位置上的延迟时间，并确定 到使用者距离的四个已知位置。依据这些，用户三维位置和用户的一直位置之间的时间 同步偏差既可以得到。如下所示，假设在时间t时刻在地面上放置GPS接收机，GPS信号到达接收机的时间是&，再加上从接收器接收到的卫星星历和其他数据，我们可以得到以下四个方程组4：图1 GPS定位方程(M 工沪 + (凹 一 y)2 +(4 z)22 +c(l/( -vt) = d(X2 一 X)? +()2 -y)2 +
5、(弓 一 I)? +) =，22|(x3 -x)2 + ()% y) + (% 1)叩 +c(* 一) = %2(工4 一 XT +(4 -y)2 +4 - I)? +di (i=l,2,3,4)是接收器和卫星1,卫星2,卫星3和卫星4各日之间的距离。”是信号 从接收器到达卫星1(S1),卫星2 (S2),卫星3 (S3)和卫星4 (S4)的各自时间。这里c 代表GPS信号传播速度(光速)。四个方程的每个参数的含义如下：x, y, z表示在测试空间直角坐标系下的点，xi, yi, zi (i = 1,2, 3, 4)是通过卫星的导航电文获得的，在时间t时刻卫星1,卫星2,卫星3, 卫星4的空间
6、直角坐标系，g (1=1,2, 3,4)是由卫星星历提供的，卫星1、卫星2、卫星 3和卫星4的卫星时钟误差。g是接收机时钟误差。通过上述方程，我们可以通过测试X, Y，Z和接收机时钟误差、计算该点的四个坐标。I U3 GPS误差源原理的研究一般有2种类型的GPS定位：独立的GPS定位和差分GPS定位(DGPS)。独立的GPS定 位原理可分为伪距和载波相位。前者主要用于导航定位，后者则用于精确的大地测量，在动 态测量的情况下可以识别整个周期歧义。对于车载导航系统，大多数采用伪距。本节侧重于 单点伪距。定位误差：定位误差采用GPS观测误差，它可以是任何一个C/A码伪距或P码伪距。定 位误差的优点是
7、简单的数据处理、需求较低位置的条件，整个周期的无歧义，因此，可以轻 松实现计时和定位.观测位置的缺点是低精度。例如，C/A码伪距观测精度为3米，而P码 伪距观测精度一般为30厘米左右。这个缺点当然可以造成低精度的定位结果。此外，如果 采用高精度的P码伪距观测将会存在AS问题。载波相位定位：一种采用GPS伪距观测的定位，即LI、L2或者它们之间的线性组合。 载波相位定位的优点是高精度观测，通常优于2亳米；缺点是数据处理的复杂性以及整个周 期有歧义。当卫星发射一个伪随机码时，接收器也将产生一个相同的伪随机码。当在一个传播距离 后，卫星信号到达接收机，它将和木地代码做相关处理；移动本地代码以便最大化
8、相关功 能。这样，木地代码的移动时间延迟值是卫星信号传播时间如果乘以光速就可以得到 测量的距离5-7 oGPS采用了多卫星高轨道的测距系统，认为距离是最基本的概念。在四颗卫星同时做出 错误定位的情况下，接收器的位置可以被计算出。全球定位系统使用一个统一的原子系统,这里用t表示。第j号卫星观测钟面用。表示, 接收机的钟面用七表示。由于卫星和接收器时钟不和GPS原子钟同步，时钟误差为：弓=tjt=，rT即：tj =+1t R = 、* t( 1 )tr假设一个信号事件来自第j号卫星且在时刻尸发生而接收器接收到得信号时刻为， 因此可得到信号传播延退为:计算卫星到接收器之间的距离为：q = c(/)(
9、2)这里c代表光速。但是，我们只能获得当信号事件传播C时卫星时钟上的时间和接收时时钟 面上的时间。观测时间为：T =tY + ，/_(/ +)er1 + ct. -c(tY -，s)+ c、侦(3)这里卫星时钟的时间误差，可以由地面监测系统来测量和通过卫星广播 导航信息发送给用户。它可以被看作成一个已知值。因此，以上等式可以写成： p = p + cZr(4)这里p是一个我们可以实际获得的观测值，并且考虑到卫星时钟误差的校 正。这等同于从卫星到接收器的距离值加上接收器时钟误差校正与光速的乘积 值。此外，p通常被称为伪距。对于广大来说，要足够精确地测量接收器时钟误差是很困难且没有必要的。 我们可
10、以使用它作为一个由接收机位置决定的参数。方程(4)可以写为9： c/ + ch、=J(x_Xj)2+( 丁)2 + (z 勺)2 +c、M(5)在方程(5)中，x,y,z表示在地球坐标系统中接收器的三维坐标，X,匕和 勺是第j颗卫星在相同坐标系的坐标，这可以从包含卫星位置信息的卫星导航信 息播报中获得。因此，除了直接观测时间，卫星时钟误差，卫星位置(土山土)， 在方程(5)中有4个待定参数，即接收器位置(x,y,z)和接收机时钟误差侦。 通过观察这4个方程，我们可以得到10：cz + c，/ = J(x_x/ + ()，_)2 +(Z-Z/)2 +c、上 (j=l, 2, 3, 4)(6)然后
11、接收器位置的四个参数和接收机时钊谟差可以计算出。A选择一个模板（标题2）首先，确认您有合适的纸张尺寸模板。此模板己针对美国信纸尺寸输出作了裁剪。如果 你使用的是A4大小的纸张，请关闭此模板并下载称为“CPS_A4_forniat” A4纸张格式的文 件。B维护规范的完整性模板的作用是固定纸张的板式和内容的形式。所以边缘距、列宽、行距、文字字体，请 不要作更改。你可能会注意到其特殊性。例如，此模板的起始边距比习惯的更相称。例如, 在此模板的起始边距衡量比例比习惯。这种测量方法和其他人是经过深思熟虑的，使用规范 为把自己的文件作为整个程序的一部分而不是作为一个独立的文件。请不要修改任何目前的 名称
12、。4 GPS误差来源和预防解决方案在当前的GPS （全球定位系统）发送3种信号：SPSIKJ, PPS和Y码。SPS （标准定位服 务）使用C/A码。所谓的C/A码是由美国提供给世界使用的位置信号，在冷战前添加了 SA （选择可用性）的干扰信号。SPS是L1通道（链接1,大约1575. 42MHz） PPS通道（精密定 位服务），通常也称为P码，是L2通道（链接2,大约1227.6MHz）。由此可见，PPS远比SPS 精确。实际上，这部分定位信息可以达到厘米级水平，并且只提供给美国军方或者政府授权 的使用者（如同盟国等）。最后一个信号被称为Y码，在战时通过敌人防盗系统代码来防止 L2通道。此外
13、，它只为美国C/A信号保留干扰后门，以确保只有美国人可以享受最好的定 位性能由于冷战时期，所有由美国提供的民用标准定位服务信号，都将被加入所谓的SA干扰 信号，以确保定位精度只能达到100至150米。冷战结束后，美国总统克林顿取消在SPSS 中添加的SA干扰信号,使SPSS的准确性达到10至15米14 o除了这个误差外，使用GPS 定位时，它会受到许多不同因素的影响。A卫星星历误差卫星星历误差是卫星在空间的位置和实际位置之间的差异。卫星星历误差主要是由地面 监测站，站点分布误差，监测站的测量精度，卫星的准确性遭受模型，计算精度，卫星时钟 和稳定性等。B电离层传播延退电离层延时：由于来Il地球周
14、围的电离层的电磁波反射，GPS信号速度发送变化，这种 变化成为电离层延时。电离层电磁波折射的影响与电磁波频率和电磁波在传输线路上电了总 含量相关。对流层延时：由于地球周围对流层对电磁波的折射，GPS速度信号改变，这种改 变称为对流层延时。对流层折射对电磁波的影响与温度、湿度和空气压力有关。当GPS卫星 信号通过电离层时，GPS卫星信号将会受到媒介的影响色散特性的影响，因此信号传播路径 改变，在最槽糕的情况下延时时间为300ns,相当于织机的距离误差。可以通过双频观测、 电离层模型更新或者差分法模型来削减电离层的影响15。C多径效应所谓的多径效应的情况是，卫星接收机不仅接收来自卫星的信号,而且也
15、接收天线表面 周围反射的卫星信号，两个信号叠加很难通过定位精度来控制，它们随着周围环境而变化。 要消除它，采用多次求平均值法，选择一个信号好的天线或者把天线放到反射很少的地方。 D用户接收机测量误差用户接收机测量误差主要由接收器噪声和接收机测距码的分辨率引起的。接收机时钟误 差:接收机时钟误差是GPS接收机的时钟测量位置和GPS接收机时钟的实际位置之IT1J的差异。 在GPS定位过程中，接收器硬件和软件发生错误，定位结果将受到软件和硬件的处理和控制。 通常采用提高接收器灵敏度和硬件的稳定性以减少接收器对定位精度的影响。5无误差GPS在车辆定位系统中的作用GPS系统的主要特点16:a）不受到天气的影响b）连续覆盖全球导航c）高精度三维定位，测速和计时d）高自动化程度e）快速观察f）可提供全球一致的三维坐标信息g）广泛应用，高经济效益h）高抗干扰能力和保密性好现在人们渐渐意识到GPS作用的重要性和其广阔的应用前景。除了在军事领域中的运用 外，它以深入运用到国民生产，日常生活各个方面和各种产品。主要应用领域表现在以下几 个方面：A车辆监控在车辆导航系统中可以通过G
