GPS 06GPS卫星导航..ppt

传统GPS单点定位是指利用伪距及广播星历的卫星轨道参数和卫星钟差改正进行定位。由于伪距（即使是P码伪距）的观测噪声至少也有几十cm，广播星历的轨道精度为几ｍ，卫星钟差改正精度为几十ns，因此这种单点定位的坐标分量精度只能达到10m级（P码单点定位精度约为3m），仅能满足一般的导航定位需求。 1997年，美国喷气推进实验室（JPL）的Zumbeger等人提出了非差精密单点定位方法。利用全球若干IGS（ The International GNSS Service ）跟踪站数据计算出精密卫星轨道参数和卫星钟差，再利用所求得的卫星轨道参数和卫星钟差，对单台接收机采集的相位和伪距观测值进行非差定位处理。静态观测一天的数据，其内符合精度在水平方向为几个mm，高程方向为几个cm；处理全球动态数据的内符合精度在水平方向约为8cm，高程方向约为20cm。 ppp定位原理与误差 在GPS定位中,主要的误差来源于三类: 轨道误差 卫星钟差 电离层延时 ppp定位相关 目前, IGS的几个数据分析中心具备提供卫星的精密轨道和钟差能力,但是,这些都是后处理结果。 IGS提供的卫星轨道精度能够达到2～3cm,卫星钟差的精度优于0. 02ns,这种精度的卫星钟差和轨道,能够满足任何精度的定位要求。 近10年,由于IGS的努力, GPS卫星预报轨道的精度已经达到十几厘米,预报轨道的时间也由24h预报缩短到3h预报,卫星轨道的精度已经能够满足一般定位的要求。 由于IGS现在不能提供实时和外推的精密卫星钟差,制约了实时PPP技术的应用;精密的卫星钟差仍然是PPP技术实时应用瓶颈,目前IGS只有后处理卫星钟差。 不依赖外部信息，在运动体的内部可以测出物体的加速度。 a： 加速度 Q：牵连惯性力 θ：单摆偏角 惯性参考系（续） 不依赖任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。 工作环境不仅包括空中、地球表面，还可以在水下。 基本工作原理： 通过测量运动载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等 惯性导航系统（INS） 惯性导航系统原理 加速度计 对所测得的加速度 ，积分一次可得速度v，积分两次得载体在积分时间间隔中的位移。如果再考虑初始条件，就能完全确定载体在任一时刻的位置与速度。 航海用半解析式惯导系统 导航参数显示器 供电电源 三轴稳定平台 加速度计 惯性导航系统的特点 优点： 完全自主性，应用领域广泛。 缺点： 定位误差随时间增长，难以长时间独立工作。 GPS/惯性综合导航系统的优点 对于惯导系统： 实现传感器的校准、惯导系统的空中对准等。 对于GPS系统： 提高跟踪卫星的能力、接收机的动态性和抗干扰性。 其它： 实现一体化，减小非同步误差。 GPS/惯性综合导航系统的分类 1. 松散综合（简易综合） 2. 紧密综合 松散综合 低水平的综合，GPS和惯导仍独立工作，仅利用GPS辅助惯导。 类型： （1）用GPS重调惯导 （2）用位置、速度信息综合 （1）用GPS重调惯导 方式一：用GPS给出的位置、速度信息直接重调惯导系统的输出 在GPS工作期间，惯导显示的是GPS的位置和速度；GPS停止工作时，惯导在原显示的基础上变化（ GPS停止工作瞬时的位置和速度作为惯导系统的初值） 方式二：把惯导和GPS输出的位置和速度信息进行加权平均 （1）用GPS重调惯导 两种方式的比较 短时间情况下，第二种方式精度较高；长时间工作时，由于惯导误差随时间增长，因此惯导输出的加权减小，性能和第一种方式基本相同 （2）用位置、速度信息综合 用GPS和惯导输出的位置和速度信息的差值作为量测值，经卡尔曼滤波，估计惯导系统的误差，然后对惯导系统进行校正 （2）用位置、速度信息综合 优点： - 综合工作比较简单，便于工程实现； - 两个系统仍独立工作，使导航信息有一定余度 缺点： - GPS的位置和速度误差通常与时间相关 紧密综合 高水平的综合，GPS和惯导相互辅助。 把GPS和惯导系统按综合的要求进行一体化设计 紧密综合的模式 用伪距、伪距率综合 用惯性速度信息辅助GPS接收机环路 用惯性位置和速度信息辅助GPS导航功能 （1）用伪距、伪距率综合 用GPS给出的星历数据和INS给出的位置和速度计算相应于惯导位置和速度的伪距和伪距率 把它们与GPS测量的伪距和伪距率比较，作为量测值 通过综合卡尔曼滤波器估计惯导系统和GPS的误差量，然后对两个系统进行校正 （1）用伪距、伪距率综合（续） 比位置、速度综合模式精度高 GPS接收机只提供星历数据、伪距和伪