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1、全球定位系统全球定位系统GLOBALPOSITIONINGSYSTEMA-GPS 通讯辅助通讯辅助GPS系统系统背景知识全球定位系统(GPS)是美国以空间为基地的无线电导航系统,任何人只要有一个接收机,这个系统就可以为他提供准确的位置和时间信息。GPS由三部分组成:围绕地球的卫星;地面上的监控站;以及用户拥有的接收机。GPS卫星从空间发射可由接收机收到和识别的信号。每个接收机可以给出三维位置(经度,纬度和海拔)外加时间。该系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米(10900海里)的卫星组成卫星星座。21颗工作卫星及3颗备用卫星均为近圆形轨道,分布在六个轨道面上(每轨道面四颗),轨道倾角为5
2、5度。卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到四颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图形。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星由RockwellInternational制造,在轨道上重量约1,900磅,太阳能接收板长度约17呎,于1994年完成第24颗卫星的发射。GPS是美国全球战略的重要组成,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元。背景知识GPS工作频率1575.42/1227.6兆赫,其中1575.42兆赫为商用频率。在航空领域,由于GPS的精确性、连续性和全球的性能,GPS可以提供完美的卫星导航服务,满足航空用户的许多要求。以空间为基地的定位和导航可以在
3、飞行的所有阶段确定三维的位置,从起飞、飞行和降落,到机场的地面导航。GPS还是一些其他航空系统的关键组成部分,例如增强型近地警告系统(EGPWS)就已经被证明可以成功地减少飞行撞击地面的危险性,而这是造成很多飞机失事的主要原因。系统组成及部件位置757-200飞机GPS(“用户接收机”)包括:2个天线2部MMR(多模式接收机)l天线阻抗50欧姆l内置GPS接收机组件lL波段接收机l存储器内有卫星历书(简称星历),是卫星轨道参数与瞬间坐标的数据集合(任何时间卫星在轨道上的位置)l第3页显示左右GPS位置另1:GPS警告信息显示在CDU便签行和EICAS(LGPS、RGPS、GPS)另2:传感器页
4、报告GPSOK/FAILGPS显示:GPS原理由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。事实上,接收机往往可以锁住4颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成若干组,每组4颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,从而提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,以及人为的SA保
5、护政策,使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技术,建立基准站(差分台)进行GPS观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。实验表明,利用差分GPS,定位精度可提高到5米。GPS工作方式1.自检(上电时)2.初始化(自检通过后)3.截获方式(若有IRS位置数据可快速确认在当前位置可观测到的卫星,若无则需10分钟左右;截获并锁定4颗以上卫星后进入导航方式输出实时位置、速率、加速度、时间等导航数据)4.高度辅助方式(跟踪卫星仅3颗
6、时,使用IRS惯性高度与地球半径之和作为第4星距)5.辅助方式(跟踪卫星少于3颗时,在30秒内,使用IRS高度、航迹、地速继续导航数据的计算,此为辅助方式;30秒后,停止输出导航数据,回到截获方式寻找卫星)6.故障(自检失败或工作中探测到故障)系统图L:系统图R:A-GPS背景知识A-GPS,通讯辅助,通讯辅助GPS系统,系统,是在通讯系统的基础上,加上A-GPS服务器等组成。A-GPS服务器有一个参考的GPS接收器,它面对空旷的天空,接收和用户接收机同样的GPS卫星信号,并计算出相关辅助信息,通过CDMA、GSM、无线互联网等无线通讯网络,发送给终端用户。AGPS工作原理:a.AGPS终端(
7、如:手机等)将自身的基站地址通过网络传输到位置服务器;b.位置服务器根据该终端的大概位置传输与该位置相关的GPS辅助信息(包含GPS的星历和方位俯仰角等)到终端;c.终端AGPS模块根据辅助信息(以提升GPS信号的第一锁定时间TTFF能力)接收GPS原始信号;d.终端在接收到GPS原始信号后解调信号,计算终端到卫星的伪距(伪距为受各种GPS误差影响的距离),并将有关信息通过网络传输到位置服务器;e.位置服务器根据传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备(如差分GPS基准站等)的辅助信息完成对GPS信息的处理,并估算该终端的位置;f.位置服务器将该终端的位置通过网络传输到定位网关或应用平台。A-G
8、PS背景知识A-GPS系统主要优势:1.大大缩短首次定位时间A-GPS服务器内部的GPS接收机能计算出卫星信号的多普勒频偏,并将该多普勒频偏信息发送给终端用户手持GPS接收机,这样手持GPS接收机的搜索范围大大减少,只对很少的几个频率区(Frequencybins)进行搜索,首次定位时间(TTFF)也就可以减小到只有几秒。而传统的GPS接收机要在整个频率范围内进行搜索。2.提高接收机的灵敏度。手机GPS快速定位操作方法1.(执行GPS导航软件前)开启手机上网功能;2.(在能收到卫星信号的区域)开启GPS功能;3.执行GPS导航软件;4.(1-60秒内),导航软件报告GPS信号接收正常,进入导航模式。这时,可以关闭手机上网功能(收费服务)。5.以上,不管车速多快,不管移动联通2G3G,均可实现。