[工学]6第六章 GPS卫星导航.ppt

GPS动态定位和GPS静态定位相比较，有以下显著特点： 1、用户的广泛性 GPS动态定位的用户可概括为地面行驶的车辆、水上航行的船舰、空中飞行的航空航天器。或者说，GPS信号接收机可以安设在地面车辆、水上船舰和航空航天器三大类型的运动载体上进行动态定位。还可以将GPS信号接收机安置在煤矿挖掘机的铲掘头上，在露天煤矿开采时，实时地测定铲掘头的掘进位置，以便为煤矿开采数字监测系统提供铲掘头的动态位置。 2、定位的实时性 GPS动态定位的实时性在某种情况下，显得特别重要。例如，当用三级火箭发射人造地球卫星时，从第一级火箭发动机点火开始，到人造地球卫星入轨运行，共需17分19秒钟的时间。从第859秒钟关闭第三级火箭的发动机而结束制导，到第1039秒钟卫星脱离第三级火箭而进入轨道运行，共计3分钟。在此入轨历程中，若需测得卫星的运行轨迹（简称入行轨道），以便确知卫星能否入轨运行，那么，每秒钟至少要测得一个动态点位，以便用180个实测点位描绘出3分钟历程，用以监测人造地球卫星准确入轨运行。不少商品GPS信号接收机，都能够甚至零点几秒测得一个点位。 3、速度的多异性 GPS动态定位拥有多种多样的运动载体。在一般情况下，这些运动载体的速度从每秒几米到每秒几公里。按照载体的不同运动速度，GPS动态定位分为低中高三种定位形式。当载体的运动速度为每秒几米到每秒几十米时，这种类型的定位叫做低动态定位；当载体的运动速度为每秒100m至每秒1000m时，这种类型的定位，叫做中等动态定位；当载体的运动速度在每秒1km以上时，这种类型的定位，叫做高动态定位。GPS动态定位不仅遇到因载体不同而速度相异的情况，而且会遇到同一类型的载体因不同条件而具有不同的速度。例如，火车出站后的加速行驶，站间的准匀速前进，进站前的减速运行；人造地球卫星随着它距离地面高度的不同而以不同的速度环绕地球飞行。 4. 数据短时性 对于动态定位而言，用户天线随着运动载体而相对于地球不停地运动着，它就不可能为一个点位花费较长的时间来采集定位数据，特别是在高动态定位场合，更要求以较短的时间（如亚秒级）来采集一个点位的定位数据，称之为定位数据的短时性。例如，1960年7月，前苏联向太平洋发射一颗射程为13000km的试验性导弹，从发射到着陆仅飞行了37分钟，若要在14775km的弹道上每隔2km测得一个点位，则每0.27s便应进行一次GPS定位，亦即采集定位数据的时间约为0.26s。 5、精度要求多变性 随着运动载体的多种多样和应用目的之异，GPS动态用户所要求的位置/速度精度也随之而异。 由上所述，动态定位显著区别于静态定位。在用户天线以每秒几米到几公里的速度相对于地球运动的情况下，需要用GPS信号测定它们的七维状态参数：三维坐标、三维速度、时间。因此，应该依据GPS动态测量的这些特点，选购适宜的接收机，采用适当的数据处理方法，以便获得所要求的运动载体的七维状态参数测量精度。 一. GPS卫星导航原理 1.单点动态定位： 单点动态定位又叫绝对动态定位。在单点动态定位的情况下，由于观测站是运动的，为了获得瞬时定位结果，必须至少同步观测4颗卫星，以便获取4个同步伪距观测值，解得4个未知参数。 研究表明，单点动态定位所确定的三维位置精度为+10～40m左右，速度测量误差为±30cm/s ，时间测量精度为±300～400ns。 1. 在动态定位中，不是直接求运动载体的三维坐标。一般是将前一时刻的点位坐标作为下一时刻点位的初始坐标，通过求解该时刻的三维坐标改正值来确定该时刻的三维坐标值。因此关键是确定第一个点位坐标的精确值。由于该点的坐标的初始值难以较精确地求得，因此需要通过一定的算法，经过多次迭代求得第一点精确的三维坐标，并为后续点位的解算提供初始坐标值，这个迭代计算第一点位坐标值的过程也称为动态定位的初始化过程。 2. GPS动态绝对定位一般常采用测码伪距定位方法。主要是该方法无论在作业上还是在计算上均简单易行。 2. 实时差分动态定位： 所谓实时差分动态定位，就是使用两台接收机分别置于两个测站上同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号，用以联合测出动态用户的精确位置。 其中一个测站是已知的基准点，该点的GPS接收机称为基准接收机；另一台安设于运动载体上，称为动态接收机。两台接收机同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号。联合测出动态接收机的实时位置。 差分动态定位的结果，消除了星钟误差、星历误差、电