张继伟 卫星定位导航系统原理及应用第三讲.ppt

2004-12-20 卫星定位导航系统（二） 卫星定位导航系统原理与应用 信息科学技术学院：张继伟 GPS系统的特点 第一，全球地面连续覆盖 由于GPS卫星的数目较多，且分布合理，所以地球上的任何地点均可同时观测到至少4颗卫星，从而能达到全球、全天候连续地三维定位。 第二，功能多，精度高 第三，实时定位 利用GPS导航，可以实时地确定运动目标的三维位置和速度，由此既可保障运动载体沿预定航线运行，也可实时监测和修正航行路线，不可选择最佳航线。 GPS与NNSS的比较 ★GPS在导航方面具有极高的应用价值,它从根本上解决了人类在地球上和近地空间的导航和定位问题。在海上，它可用于海上协同作战、海洋交通管制、海洋测量、海洋石油勘探、海洋捕鱼、浮标建立、管道和电缆铺设、海岛暗礁定位、海轮进出港导航等方面；在空中,它可用于飞机进场着陆、航线导航、空中加油、武器准确投掷及空中交通管制等方面；在陆地，它可用于各种车辆、坦克、陆军部队、炮兵、空降兵和步兵的定位。 ★GPS在测量方面的作用 GPS的问世将导致测绘行业一场深刻的技术革命。其主要原因在于GPS定位技术和经典测量技术相比具有如下特点: 第一，观测站之间无需通信； 第二，定位精度高 第三，观测时间短 第四，可提供三维坐标 第五，操作简便 第六，全天候作业。 因此GPS定位技术的发展,对于经典的测量技术是一次重大的突破。一方面,它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革,另一方面,也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透,从而促进了测绘科学技术的现代化发展。目前GPS定位技术在大地测量、工程测量、工程与地壳变形监视、航空摄影测量和海洋测绘等方面的应用已甚为广泛。 GPS政策分析 美国政府建立GPS的首要目的是提供一个精密的军用导航系统,以维持其军事优势,GPS的民用只是副产品。 美国政府在GPS设计中计划提供两种服务务:一种为精密定位服务（PPS）,利用P码进行定位,只提供给本国及其盟国的军方和得到特许的民间用户使用,估计其定位精度为10m. 另一种为标准定位服务(SPS),利用C/A码定位,提供给民间用户使用。由于C/A码作为捕获P码之前的前导码,是一种粗捕获的明码,因此估计SPS的定位精度约为400m。 但GPS试验卫星阶段的多次试验结果表明,实际定位精度远远高于预测值。利用C/A码的定位精度可达14m,利用P码的定位精度可达3m。 这个出人意料的结果促使美国军方认真评估允许民间用户使用C/A码定位带来的影响。于是根据前总统里根1983年5月的决策,1984年确立了保护国家安全的两大政策,即防止敌对势力对 P码信号进行干扰的AS (Anti-Spoofing)政策和降低C/A码定位精度的SA(Selective Availability)政策。SA政策包括对GPS卫星基准信号采用δ技术,对导航电文采用ε技术。 因为基准信号(10.23MHz)是所有卫星信号(载波、伪噪声码、数据码)的振荡源,故若对基准信号采用δ技术,人为引入一个高频抖动信号,那么所有派生信号均引入一个快速变化的高频抖动。C/A码广播星历经过ε技术处理其精度也将大大降低。在考虑限制 C／A码定位精度的 SA政策初期，曾确定其定位精度为 500 m，后来考虑到民事用户的需要，最后确定为 100 m。从 1991年 7月1日开始，全部在轨卫星均已实施SA技术。AS技术即为将P码经过译密处理变成Y码，Y码是P码与高度机密的W码模2相加形成的。当实施AS技术时，非特许用户不但不能使用 P码作实时定位，而且不能进行P码和 C／A码相位测量的联合求解，甚至不能用P码进行数据平滑。 ★促使美国取消SA政策的原因 第一，随着民间应用开发的不断深入，对定位精度的要求也不断提高，于是具有较高定位精度的差分GPS（DGPS）技术和广域差分GPS（WADGPS）技术应运而生，这些技术的应用将使SA基本失去作用。 第二，同时随着国际用户的增加，改善C／A码定位精度的要求也日益迫切，有些国际机构已经具备建立自己的GPS的经济和技术实力，有可能建立一个类似的系统，这将使美国在军事和技术上失去优势，在经济上蒙受损失。 因此，从1995年底至1996年初，经过几个月的反复论证，美国政府终于提出了一个较为宽松的GPS新政策。这一政策决定由国防部和交通部共同管理GPS，把GPS作为一个国际性的导航系统，加强国际合作，鼓励国际