GPS卫星情况预报技术在测量船上的应用研究.docVIP

GPS卫星情况预报技术在测量船上的应用研究 第十五届全国遥测遥控技术年会论文 王 珏 黄晓娟 潘 良 中国卫星海上测控部 江阴 214431 E-mail：mfragrant@ 摘 要：本文介绍了卫星导航技术在测量船上的应用现状，分析了GPS卫星预报技术在测量船上的应用需求，并对星历预报技术在移动载体上的应用方法进行了探讨。针对卫星导航技术在测量船上的不同应用，给出了进行卫星情况预报的方法。 关键词：GPS历书；导航电文；预报；测量船 1 引言 随着卫星导航及其相关技术发展日益成熟，卫星导航技术的应用领域已经深入到国防、建筑、空间导航、大地测量等多个领域，仅在测控领域就有定位、授时、测向、测姿、精度鉴定等多种应用。 现在各公司提供的卫星预报软件一般都只能对一个固定点位进行预报，其中有少数可以提供固定方位存在遮挡的卫星情况预报，而测量船需要的是对一个随航向变化遮挡情况也不断变化的移动载体（位置连续变化）所进行的卫星情况预报，现有的卫星预报软件无法满足测量船的使用需求，所以有必要针对GPS卫星预报技术在移动载体上的应用展开研究。 2 测量船对GPS卫星预报技术的应用需求 在测量船上卫星导航技术主要有授时、定位、测姿、精度鉴定等几方面的应用。由于GPS卫星已实现全球全天候覆盖，即在任意地点、时段均有四颗或四颗以上可视卫星，基本能够满足普通的定位、授时需要，也就无需针对这两方面的应用进行卫星情况预报。但测姿与精度鉴定均以载波相位测量技术为基础，精度要求较高，尤其是载体的姿态测量更是要求GPS测姿系统的天线阵能共视五颗以上卫星，所以针对这两方面的应用就对卫星情况预报产生的迫切的需求。 2.1 载体姿态测量对GPS卫星预报技术的需求 与惯性导航系统相比，一套GPS姿态测量系统具备许多优点，诸如体积小、重量轻、价格便宜，无须经过长时间的初始校准，也不存在不能在高纬度地区工作的局限性，已逐渐成为航天测量船上一种新的载体姿态测量手段。 测量船大天线林立，各种频段、各种功率、不同口径的天线将对卫导的天线在卫星可视性、电磁环境等多个 334 [1] 第十五届全国遥测遥控技术年会论文 方面造成较大的影响；大口径天线对测姿天线阵的影响更是无法忽略。 从已经进行的试验可知，GPS测姿系统在无遮挡情况下由于共视卫星数不足一天中约有15%的时间无法解算出有效数据；在某测量船的安装条件下，一天中约有25%的时间无法解算出有效数据；在某测量船的安装条件下，一天中约有50%的时间无法解算出有效数据（以上数据为静态条件下测得）。但当测量船航行于不同航向时，这个数据均会出现不同的变化，有时增大、有时缩小，这主要是由于船载大天线均沿船艏艉线安装，所以在同一地点，当测量船处于不同航向时对测姿天线阵产生的遮挡有很大的区别。 如能针对需要提供载体姿态信息的时段（任务直接准备阶段、任务实施阶段等）不同航向上的测姿天线阵的卫星可视情况进行预报，就能选择合理航向以提高GPS测姿系统的可用性和姿态测量精度。 2.2 精度鉴定对GPS卫星预报技术的需求 GPS精度鉴定系统与GPS测姿系统的主要区别是精度鉴定系统的数据是先记录，事后进行回放处理的。相同之处是对卫星共视的需求：对于GPS测姿系统是安装在同一载体上一个天线阵（三到四个天线）有卫星共视的需求，而精度鉴定系统是安装在不同载体（测量船、飞机）和地面基准站之间多个天线有卫星共视的需求。 相比而言，卫星共视情况对GPS精度鉴定系统影响更不直观。卫星共视情况差时，GPS测姿系统直接反映为无法输出有效数据，GPS精度鉴定系统则需在事后数据处理时才能发现，而这时一个架次校飞已经结束，在客观上就会造成巨大的经济损失。这种情况在以往的测量船校飞中就曾经发生过，所以更有必要对测量船航线、校飞航路、基准站进行卫星情况预报，选择合理的校飞时机。 3 GPS卫星预报技术应用分析 3.1 星历与概略星历 导航电文是卫星以二进制码的形式发送给用户的导航定位数据，它包括的内容主要有：卫星星历、卫星星钟改正、电离层延迟改正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息和全部卫星的概略星历。导航电文的基本单位是一个主帧，它由五个子帧组成，第1、2、3子帧是第30s重复一次，而第4、5子帧需经25个子帧，长达750s才能传送完全部信息。 第二和第三子帧共同构成第二数据块，它给出了所接收卫星信号的GPS卫星星历，这是GPS卫星为导航定位发送的主要电文，主要包括开普勒轨道参数、轨道摄动参数和时间参数。导航定位解算主要使用第二数据块提供的卫星星历。