基于GPS的測控技術(shù)課件

GPS基本概念GPS時(shí)空參考系GPS定位原理GPS測量的誤差分析典型應(yīng)用第8章基于GPS的測控技術(shù)課程內(nèi)容GPS基本概念第8章基于GPS的測控技術(shù)課程內(nèi)容1

空間星座部分：包括GPS工作衛(wèi)星和備用衛(wèi)星；

地面監(jiān)控部分：控制整個(gè)系統(tǒng)和時(shí)間，負(fù)責(zé)軌道監(jiān)測和預(yù)報(bào)；

用戶設(shè)備部分：主要是各種型號(hào)的接收機(jī)。8.1GPS基本概念GPS的組成8.1GPS基本概念GPS的組成28.1.1GPS的組成基本情況:24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面內(nèi)。衛(wèi)星軌道傾角為55°，各軌道平面相差60°。軌道平面高度為20200km，衛(wèi)星運(yùn)行周期11小時(shí)58分。地面觀測者見的衛(wèi)星顆數(shù)最少為4顆，最多可達(dá)11顆。空間星座部分8.1.1GPS的組成基本情況:空間星座部分3GPS衛(wèi)星組成：GPS衛(wèi)星的核心部件是高精度的時(shí)鐘、導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器、雙頻發(fā)射和接收以及微處理機(jī)。每顆GPS工作衛(wèi)星一般安設(shè)2臺(tái)銣原子鐘和2臺(tái)銫原子鐘，并計(jì)劃未來采用更穩(wěn)定的氫原子鐘（其頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-14s）。GPS衛(wèi)星雖然發(fā)送幾鐘不同頻率的信號(hào)，但是它們均源于一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)10.23MHz）。衛(wèi)星鐘由地面站檢驗(yàn)，其鐘差、鐘速連同其他信息由地面站注入衛(wèi)星后，再轉(zhuǎn)化給用戶設(shè)備。8.1.1GPS的組成GPS衛(wèi)星組成：8.1.1GPS的組成4地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控系統(tǒng)作用：確保GPS系統(tǒng)的良好運(yùn)行。地面監(jiān)控的任務(wù)：監(jiān)視衛(wèi)星的運(yùn)行，確定GPS時(shí)間系統(tǒng)；跟蹤并預(yù)報(bào)衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘狀態(tài)；向每顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器注入衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。地面監(jiān)控部分的組成：一個(gè)主控站、五個(gè)監(jiān)測站和三個(gè)注入站。8.1.1GPS的組成地面監(jiān)控部分8.1.1GPS的組成5用戶設(shè)備部分主要包括：GPS接收機(jī)及其天線、微處理器及其終端設(shè)備以及電源等。而其中接收機(jī)和天線是用戶設(shè)備的核心部分。8.1.1GPS的組成天線單元

接收天線和前置放大器兩個(gè)部分組成，可接收來自任何方向的GPS信號(hào)，可將極微弱的GPS信號(hào)電流予以放大。用戶設(shè)備部分8.1.1GPS的組成天線單元6接收單元信號(hào)波道和微處理機(jī)構(gòu)成接收單元的核心部件。利用多個(gè)波道同時(shí)對多個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行觀測。微處理機(jī)能選擇合適的衛(wèi)星進(jìn)行測量，以獲得最佳的幾何圖形；能根據(jù)觀測值及衛(wèi)星星歷求得所需的定位信息。8.1.1GPS的組成接收單元8.1.1GPS的組成7SA（SelectiveAvailability）技術(shù)AS（Anti-Spoofing）技術(shù)SA和AS技術(shù)對定位的影響8.1.3限制性政策與反限制措施美國對GPS用戶的主要限制性政策8.1.3限制性政策與反限制措施美國對GPS用戶的主要8建立獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)載波相位動(dòng)態(tài)測量相對定位技術(shù)（RTK）開發(fā)GPS與GLONASS兼容接收機(jī)差分定位技術(shù)反限制性政策的主要技術(shù)和方法

8.1.3限制性政策與反限制措施建立獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)反限制性政策的9GLONASS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)8.1.4其他衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)8.1.4其他衛(wèi)星定位導(dǎo)航系10地固坐標(biāo)系：固結(jié)在地球上和地球一起公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的地球坐標(biāo)系，描述GPS接收機(jī)載體在地球表面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)很方便。

天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，描述繞地球質(zhì)心作圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道很方便。

天球坐標(biāo)系是采用球面坐標(biāo)系定義的。8.2.1GPS導(dǎo)航定位中的坐標(biāo)系統(tǒng)

地固坐標(biāo)系是用一輔助面（參考橢球面）定義的。地固坐標(biāo)系：固結(jié)在地球上和地球一起公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的地球坐標(biāo)系，描11恒星時(shí)以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，其時(shí)間尺度為：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日，一恒星日分為24個(gè)恒星時(shí)。恒星時(shí)以春分點(diǎn)通過本地子午圈時(shí)刻為起算原點(diǎn)。8.2.2GPS導(dǎo)航定位中的時(shí)間系統(tǒng)

恒星時(shí)ST（SiderealTime）恒星時(shí)以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，其時(shí)間尺度為：春分點(diǎn)12平太陽時(shí)MT（MeanSolarTime）

平太陽時(shí)的時(shí)間尺度為：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一平太日，一平太日分為24平太時(shí)。平太陽的運(yùn)動(dòng)速度等于真太陽周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。世界時(shí)UT（UniversalTime）

世界時(shí)UT是以平子夜為零時(shí)算起的格林威治平太陽時(shí)。

8.2.2GPS導(dǎo)航定位中的時(shí)間系統(tǒng)

平太陽時(shí)MT（MeanSolarTime）8.2.2G13原子時(shí)ATI（InternationalAtomicTime）

原子時(shí)的秒長被定義為銫原子Cs133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時(shí)間。協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（CoordinatedUniversalTime）UTC是與地球自轉(zhuǎn)相一致的尺度均勻的時(shí)間系統(tǒng)。

8.2.2GPS導(dǎo)航定位中的時(shí)間系統(tǒng)

原子時(shí)ATI（InternationalAtomicTi14

GPS定位的基本原理：利用無線電測距交會(huì)確定點(diǎn)位的方法，利用3顆以上衛(wèi)星的已知空間位置交會(huì)出地面位置點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。

廣播信號(hào)包含3種成分：D碼、C/A碼和P碼或Y碼、載波信號(hào)（L1和L2）。8.3.1GPS衛(wèi)星的廣播信號(hào)GPS定位的基本原理：利用無線電測距交會(huì)確定點(diǎn)位的方法15偽距：就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速得出的量測距離。偽距法定位：是由GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測出4顆以上GPS衛(wèi)星的偽距，并根據(jù)已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會(huì)法確定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

8.3.2偽距測量原理8.3.2偽距測量原理16偽距測量原理圖

8.3.2偽距測量原理偽距測量原理圖8.3.2偽距測量原理178.3.3載波相位測量原理

載波相位測量的觀測量是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。8.3.3載波相位測量原理載波相位測量的觀18

整周未知數(shù)的確定偽距法多普勒法將整周未知數(shù)作為平差中的待定參數(shù)

整周跳變：接收機(jī)在跟蹤衛(wèi)星過程中，整周計(jì)數(shù)部分應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的。如果在跟蹤衛(wèi)星過程中，由于某種原因，計(jì)數(shù)器就無法連續(xù)計(jì)數(shù)。此時(shí)，當(dāng)信號(hào)重新被跟蹤后，整周計(jì)數(shù)就不正確。8.3.3載波相位測量原理

整周未知數(shù)的確定8.3.3載波相位測量原理198.3.4絕對定位和相對定位

絕對定位：即單點(diǎn)定位，利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中的相對于坐標(biāo)系原點(diǎn)——地球質(zhì)心的絕對位置。絕對定位又分為動(dòng)態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位。相對定位：是用至少兩臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對位置（坐標(biāo)差）。它是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。8.3.4絕對定位和相對定位20絕對定位偽距觀測方程的線性化線性化的偽距測量觀測方程為：8.3.4絕對定位和相對定位

絕對定位8.3.4絕對定位和相對定位21令偽距線性方程可以改寫為：由觀測站同步跟蹤4顆衛(wèi)星，則j＝1，2，3，4，采用矩陣形式偽距法絕對定位的解算8.3.4絕對定位和相對定位

令偽距法絕對定位的解算8.3.4絕對定位和相對定位22上式簡化為：當(dāng)跟蹤的衛(wèi)星數(shù)目多于4顆時(shí)，可應(yīng)用最小二乘平差求解8.3.4絕對定位和相對定位

上式簡化為：8.3.4絕對定位和相對定位23假定用戶初始位置及時(shí)鐘偏差；用已知衛(wèi)星的在軌位置及時(shí)鐘偏差，對上述矩陣及方程式進(jìn)行求解；利用求出的用戶位置偏差，得出用戶實(shí)際位置；重復(fù)迭代，直至第n+1次算出的用戶位置約等于第n次算出的用戶位置即可。計(jì)算步驟：8.3.4絕對定位和相對定位

假定用戶初始位置及時(shí)鐘偏差；計(jì)算步驟：8.3.4絕對定位24相對定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對位置或基線向量。觀測值的線性組合作用:觀測量的不同組合（求差），可以有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響。靜態(tài)相對定位（靜態(tài)差分定位）8.3.4絕對定位和相對定位

相對定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，25求差方法：可以在衛(wèi)星間求差，在接收機(jī)間求差，也可以在不同歷元間求差。

求差類別：一次差；二次差；三次差。

一次差為：

作用：可以消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)。8.3.4絕對定位和相對定位

求差方法：可以在衛(wèi)星間求差，在接收機(jī)間求差，也8.3.26求差法示意圖8.3.4絕對定位和相對定位

求差法示意圖8.3.4絕對定位和相對定位27二次差分：

設(shè)在ti時(shí)刻，對k、j衛(wèi)星觀測值的站間單差觀測值求差，有：作用：可以消除與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)8.3.4絕對定位和相對定位

二次差分：8.3.4絕對定位和相對定位28三次差分：

對ti時(shí)刻的雙差觀測值與ti+1時(shí)刻的雙差觀測值求差，有：作用：可消除與衛(wèi)星和接收機(jī)有關(guān)的初始整周模糊度。8.3.4絕對定位和相對定位

三次差分：8.3.4絕對定位和相對定位29單差觀測方程的方程模型

如果同步觀測n個(gè)衛(wèi)星，可列出n個(gè)誤差方程按最小二乘法原理對誤差方程求解，可得待定點(diǎn)坐標(biāo)改正數(shù)、鐘差等未知參數(shù)。8.3.4絕對定位和相對定位

單差觀測方程的方程模型8.3.4絕對定位和相對定位30雙差觀測方程的方程模型

雙差觀測方程的誤差形式為：同理，對于三差模型，模型中消除了整周模糊度。8.3.4絕對定位和相對定位

雙差觀測方程的方程模型8.3.4絕對定位和相對定位318.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

DGPS測量系統(tǒng)組成：動(dòng)態(tài)接收機(jī)，基準(zhǔn)接收機(jī)。DGPS的測量原理：兩種接收機(jī)同步觀測GPS衛(wèi)星，基準(zhǔn)接收機(jī)為動(dòng)態(tài)接收機(jī)提供差分改正數(shù)（DGPS數(shù)據(jù)）。動(dòng)態(tài)接收機(jī)根據(jù)DGPS數(shù)據(jù)，精確地解算出用戶的三維坐標(biāo)。DGPS可以有效的消除誤差。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理DGPS測量32單站GPS差分位置差分法

在位置差分中基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)是“位置校正值”。設(shè)基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo)為（X0，Y0，Z0），基準(zhǔn)接收機(jī)所測出的基準(zhǔn)站三維坐標(biāo)為：X、Y、Z，則有校正值：8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

單站GPS差分8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理33則，動(dòng)態(tài)接收機(jī)的修正公式為:8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理34

考慮到用戶接收機(jī)位置校正值的瞬間變化，上式可寫成：偽距差分法在偽距差分中基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)是“偽距校正值”。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

考慮到用戶接收機(jī)位置校正值的瞬間變化，上式可寫成：35載波相位差分法RTDGPS（RealTimeDGPS）測相偽距修正法

考慮星歷誤差引起的距離偏差、多路徑效應(yīng)以及接收機(jī)噪聲，則基準(zhǔn)站r與衛(wèi)星j之間的偽距觀測值為：為多路徑效應(yīng)引起的偏差，為接收機(jī)噪聲

8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

載波相位差分法RTDGPS（RealTimeDGPS36同理，用戶接收機(jī)k的偽距觀測值為：又，星站間偽距改正為：當(dāng)用戶距基準(zhǔn)站距離較小時(shí)（<100km），有：為殘差8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

同理，用戶接收機(jī)k的偽距觀測值為：8.3.5差分GPS（37基準(zhǔn)接收機(jī)和用戶接收機(jī)的測相偽距觀測量分別為：8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

基準(zhǔn)接收機(jī)和用戶接收機(jī)的測相偽距觀測量分別為：8.3.538考慮到用戶坐標(biāo)位置和衛(wèi)星三維坐標(biāo)，上式變?yōu)椋狠d波相位差分法在載波相位差分法中，基準(zhǔn)站將載波相位觀測值實(shí)時(shí)傳送給用戶接收機(jī)，由用戶進(jìn)行載波相位求差，再解算用戶的位置。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

考慮到用戶坐標(biāo)位置和衛(wèi)星三維坐標(biāo)，上式變?yōu)椋?39廣域差分

系統(tǒng)組成:廣域差分GPS系統(tǒng)就是為削弱這三種誤差源而設(shè)計(jì)的一種工作系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由主站、監(jiān)測站、數(shù)據(jù)通信鏈路和用戶設(shè)備組成。誤差源主要表現(xiàn)為星歷誤差、大氣延時(shí)誤差和衛(wèi)星鐘誤差。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

廣域差分8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理40局部區(qū)域差分

系統(tǒng)構(gòu)成：若干個(gè)差分GPS基準(zhǔn)站組成一差分GPS網(wǎng)。測量方法：采用加權(quán)平均法或最小方差法對多個(gè)基準(zhǔn)站的改正信息進(jìn)行平差計(jì)算求得自己的坐標(biāo)改正數(shù)或距離改正數(shù)。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

局部區(qū)域差分8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理418.4GPS測量的誤差分析

GPS測量的誤差分類：按誤差性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差。GPS測量誤差的分類誤差來源對距離測量的影響（m）衛(wèi)星部分①星歷誤差；②鐘誤差；③相對論效應(yīng)1.5～15信號(hào)傳播①電離層；②對流層；③多路徑效應(yīng)1.5～15信號(hào)接收①鐘誤差；②位置誤差；③天線相位中心變化1.5～15其他影響①地球潮汐；②負(fù)荷潮1.08.4GPS測量的誤差分析GPS測量的誤差分類：GPS測428.4.1GPS衛(wèi)星誤差衛(wèi)星星歷誤差

由星歷所給出的衛(wèi)星在空間的位置與實(shí)際位置之差。

星歷誤差對定位的影響有：對單點(diǎn)定位的影響

影響偽距測量的準(zhǔn)確性。廣播星歷誤差對測站坐標(biāo)的影響一般可達(dá)數(shù)米、數(shù)十米、甚至上百米。8.4.1GPS衛(wèi)星誤差衛(wèi)星星歷誤差43對相對定位的影響

相對定位時(shí)，因星歷誤差對兩站的影響具有很強(qiáng)的相關(guān)性，所以在求坐標(biāo)差時(shí)，共同的影響可自行消去，從而獲得精度很高的相對坐標(biāo)。8.4.1GPS衛(wèi)星誤差解決星歷誤差的方法有：建立區(qū)域性衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)軌道松馳法同步觀測值法對相對定位的影響8.4.1GPS衛(wèi)星誤差解決星歷誤44衛(wèi)星鐘誤差

衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差，也包含鐘的隨機(jī)誤差。相對論效應(yīng)

由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。

8.4.1GPS衛(wèi)星誤差衛(wèi)星鐘誤差8.4.1GPS衛(wèi)星誤差458.4.2信號(hào)傳播誤差

電離層折射誤差

電離層中包含大量的自由電子和正離子，會(huì)使信號(hào)的路徑和傳播速度發(fā)生變化。這種偏差叫電離層折射誤差。電離層改正公式：8.4.2信號(hào)傳播誤差電離層折射誤差46減弱電離層影響可以采取以下措施：利用雙頻觀測

用兩個(gè)不同的頻率發(fā)射衛(wèi)星信號(hào)，則電離層改正項(xiàng)中的A相同，而且除了電離層折射的影響不同外，其余誤差影響都相同。利用電離層改正模型加以改正

對于單頻接收機(jī)，采用導(dǎo)航電文提供的電離層改正模型加以改正。8.4.2信號(hào)傳播誤差

減弱電離層影響可以采取以下措施：8.4.2信號(hào)傳播誤差47利用同步觀測值求差

利用兩臺(tái)GPS接收機(jī)在基線兩端進(jìn)行同步觀測，并將觀測值求差。對流層折射誤差

GPS信號(hào)通過對流層時(shí)，使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使測量距離產(chǎn)生偏差，叫做對流層折射。多路徑效應(yīng)誤差

反射波與直接波產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值所引起的誤差。8.4.2信號(hào)傳播誤差

利用同步觀測值求差8.4.2信號(hào)傳播誤差48反射波用表示反射波和直接波之間的程差，則有：8.4.2信號(hào)傳播誤差

反射波8.4.2信號(hào)傳播誤差49反射波和直接波間的相位延遲為：多路徑效應(yīng)對載波相位測量的影響直接波信號(hào)反射波信號(hào)天線實(shí)際接收的信號(hào)為8.4.2信號(hào)傳播誤差

反射波和直接波間的相位延遲為：8.4.2信號(hào)傳播誤差50實(shí)際中，有多個(gè)反射信號(hào)，則多路徑誤差為：消弱多路徑誤差的方法：選擇合適的站址對接收機(jī)天線的要求在天線中設(shè)置抑徑板；接收機(jī)天線對于極化特性不同的反射信號(hào)應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。

8.4.2信號(hào)傳播誤差

實(shí)際中，有多個(gè)反射信號(hào)，則多路徑誤差為：8.4.2信號(hào)傳518.4.3接收機(jī)誤差接收機(jī)鐘誤差

減弱接收機(jī)鐘差的方法：通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機(jī)的鐘差并將接收機(jī)鐘差表示為時(shí)間多項(xiàng)式，在觀測量平差計(jì)算中求鐘差。8.4.3接收機(jī)誤差接收機(jī)鐘誤差52接收機(jī)安置誤差

接收機(jī)天線相位中心相對于測站標(biāo)志中心位置的偏差。天線相位中心位置偏差

觀測時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置與理論上的相位中心的不同。8.4.3接收機(jī)誤差接收機(jī)安置誤差8.4.3接收機(jī)誤差53靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)（MAMS）是西安交通大學(xué)自動(dòng)制研究所與中國科學(xué)院西安光機(jī)所合作為空軍某基地開發(fā)的，是為了跟蹤空中飛行目標(biāo)而研制的一種小型光學(xué)自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)搜索、跟蹤、攝像和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，它利用先進(jìn)的GPS引導(dǎo)技術(shù)和雷達(dá)引導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，并能夠得到目標(biāo)的視頻圖像。

8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)（MAMS）是西安交通大學(xué)54系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)可以看作由三部分組成：引導(dǎo)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和位置跟蹤系統(tǒng)。引導(dǎo)系統(tǒng)給出了目標(biāo)的位置信息，通過通訊系統(tǒng)發(fā)送給觀測站的觀測設(shè)備，觀測設(shè)備中的計(jì)算機(jī)對這些引導(dǎo)信息進(jìn)行處理后，將其轉(zhuǎn)換成為控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)設(shè)備跟蹤目標(biāo)，并拍攝目標(biāo)的圖像。8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)55靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)總體原理框圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)總體原理框圖8.5.1靶場導(dǎo)彈56引導(dǎo)系統(tǒng)

GPS引導(dǎo)系統(tǒng)原理圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

引導(dǎo)系統(tǒng)GPS引導(dǎo)系統(tǒng)原理圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測57雷達(dá)引導(dǎo)系統(tǒng)原理圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

雷達(dá)引導(dǎo)系統(tǒng)原理圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)58通訊系統(tǒng)

為了保證系統(tǒng)能夠正常工作，需要將引導(dǎo)信息傳送給觀測站，這部分工作由通訊系統(tǒng)來完成，可分為GPS通訊和雷達(dá)通訊。此外，還需要將測站的實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給靶場指揮中心。定位跟蹤系統(tǒng)

定位跟蹤系統(tǒng)主要完成對目標(biāo)的跟蹤定位和攝像功能，是整個(gè)系統(tǒng)中最主要的一部分。8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

通訊系統(tǒng)8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)59定位跟蹤系統(tǒng)邏輯原理圖定位跟蹤系統(tǒng)邏輯原理圖60系統(tǒng)的邏輯模型8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的邏輯模型8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)61

系統(tǒng)工作流程為：系統(tǒng)接收到適合的引導(dǎo)數(shù)據(jù)后，對引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，控制轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)跟蹤目標(biāo)，拍攝目標(biāo)圖像，同時(shí)將攝像機(jī)狀態(tài)反饋給靶場指揮中心并且回傳和保存數(shù)據(jù)。8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

系統(tǒng)工作流程為：系統(tǒng)接收到適合的引導(dǎo)數(shù)據(jù)后，對引導(dǎo)數(shù)據(jù)62系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件部分主要包括GPS接收電臺(tái)、GPS接收時(shí)間系統(tǒng)（B碼時(shí)統(tǒng)）、方位角和俯仰角編碼器、半自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)、光學(xué)鏡頭和數(shù)字錄像機(jī)、單桿控制器、視頻疊加器以及接收靶場引導(dǎo)信息和發(fā)送測站數(shù)據(jù)的HDLC卡、調(diào)制解調(diào)器等。8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

系統(tǒng)硬件8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)63系統(tǒng)軟件軟件功能模塊關(guān)系圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件軟件功能模塊關(guān)系圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量64關(guān)鍵技術(shù)

在硬件實(shí)現(xiàn)過程中，主要需要考慮以下幾個(gè)問題：通訊問題，包括引導(dǎo)數(shù)據(jù)的接收和上下位機(jī)之間的通訊，相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)工作包括HDLC通訊卡和共享RAM卡的設(shè)計(jì)；視頻信息的疊加，需要設(shè)計(jì)專用的視頻疊加卡。8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

關(guān)鍵技術(shù)8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)658.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

紅塔集團(tuán)煙草運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問題主要有：不能夠?yàn)槭袌鰻I銷人員和領(lǐng)導(dǎo)決策提供必要的及時(shí)的卷煙運(yùn)輸實(shí)時(shí)信息，不能向煙草公司提供及時(shí)準(zhǔn)確的貨源信息，不利于卷煙投放控制；存在煙草運(yùn)輸?shù)陌踩詥栴}；未建立快速、高效和敏捷的物流體系支持營銷工作，實(shí)現(xiàn)高效車輛調(diào)度管理缺乏必要的系統(tǒng)支持。8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)紅塔集團(tuán)煙草運(yùn)輸系統(tǒng)存在的66系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)67系統(tǒng)組成運(yùn)輸車輛

安裝了GPS車載終端設(shè)備的運(yùn)輸車輛，可接受GPS信號(hào)，計(jì)算車輛的位置、速度、方向等定位數(shù)據(jù)；可接受監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的指令，并按照指令指定的模式工作；可檢測設(shè)備的各種工作狀態(tài)，依照異常情況產(chǎn)生各種報(bào)警數(shù)據(jù)；并通過GSM模塊與GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，將定位數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)發(fā)往指定的短信中心或短信網(wǎng)關(guān)。8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

系統(tǒng)組成8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)68GSM網(wǎng)絡(luò)

該系統(tǒng)采用中國移動(dòng)通信公司的GSM網(wǎng)絡(luò)。通過GSM網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心可與終端設(shè)備依靠GSM短消息進(jìn)行通訊。所有的短消息都要通過GSM短信中心來轉(zhuǎn)發(fā)。森泰克短信平臺(tái)

為移動(dòng)增值服務(wù)系統(tǒng)與GSM短消息中心的通信提供信道服務(wù)。8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

GSM網(wǎng)絡(luò)8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)69蘇伊士系統(tǒng)為通信信道服務(wù)系統(tǒng)。北溟總中心為應(yīng)用邏輯控制和權(quán)限管理系統(tǒng)。對上負(fù)責(zé)與蘇伊士系統(tǒng)進(jìn)行通訊，對下負(fù)責(zé)北溟分中心和各種應(yīng)用端的接入和管理。北溟分中心北溟總中心的擴(kuò)展和延伸，也是應(yīng)用邏輯控制和權(quán)限管理系統(tǒng)。8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

蘇伊士系統(tǒng)8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)70終端設(shè)備及工作原理

車載主機(jī)包括GPS模塊、GSM模塊以及CPU控制電路。GPS模塊接收衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算出車輛的經(jīng)度、緯度、速度、方向等數(shù)據(jù)提供給CPU控制電路，CPU控制電路接收GPS模塊的數(shù)據(jù)，并檢測車門狀態(tài)、緊急按鈕等報(bào)警信息，將這些數(shù)據(jù)通過GSM模塊傳遞到無線通信服務(wù)中心，由無線通信服務(wù)中心發(fā)回監(jiān)控調(diào)度中心。8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

終端設(shè)備及工作原理8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)71車載終端設(shè)備工作原理圖車載終端設(shè)備工作原理圖728.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

車載設(shè)備安裝圖8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)車載設(shè)備安裝圖73運(yùn)輸車輛設(shè)防流程運(yùn)輸車輛輔助設(shè)撤防流程運(yùn)輸車輛撤防流程紅塔GPS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢流程

8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

基于GPS的主要業(yè)務(wù)運(yùn)輸車輛設(shè)防流程8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)基于GPS的74ENDEND75運(yùn)輸車輛設(shè)防流程圖運(yùn)輸車輛設(shè)防流程圖76運(yùn)輸車輛輔助設(shè)防流程圖運(yùn)輸車輛輔助設(shè)防流程圖77運(yùn)輸車輛撤防流程圖8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

運(yùn)輸車輛撤防流程圖8.5.2煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)78紅塔GPS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢流程圖紅塔GPS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢流程圖79ENDEND80GPS基本概念GPS時(shí)空參考系GPS定位原理GPS測量的誤差分析典型應(yīng)用第8章基于GPS的測控技術(shù)課程內(nèi)容GPS基本概念第8章基于GPS的測控技術(shù)課程內(nèi)容81

空間星座部分：包括GPS工作衛(wèi)星和備用衛(wèi)星；

地面監(jiān)控部分：控制整個(gè)系統(tǒng)和時(shí)間，負(fù)責(zé)軌道監(jiān)測和預(yù)報(bào)；

用戶設(shè)備部分：主要是各種型號(hào)的接收機(jī)。8.1GPS基本概念GPS的組成8.1GPS基本概念GPS的組成828.1.1GPS的組成基本情況:24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面內(nèi)。衛(wèi)星軌道傾角為55°，各軌道平面相差60°。軌道平面高度為20200km，衛(wèi)星運(yùn)行周期11小時(shí)58分。地面觀測者見的衛(wèi)星顆數(shù)最少為4顆，最多可達(dá)11顆?？臻g星座部分8.1.1GPS的組成基本情況:空間星座部分83GPS衛(wèi)星組成：GPS衛(wèi)星的核心部件是高精度的時(shí)鐘、導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器、雙頻發(fā)射和接收以及微處理機(jī)。每顆GPS工作衛(wèi)星一般安設(shè)2臺(tái)銣原子鐘和2臺(tái)銫原子鐘，并計(jì)劃未來采用更穩(wěn)定的氫原子鐘（其頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-14s）。GPS衛(wèi)星雖然發(fā)送幾鐘不同頻率的信號(hào)，但是它們均源于一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)10.23MHz）。衛(wèi)星鐘由地面站檢驗(yàn)，其鐘差、鐘速連同其他信息由地面站注入衛(wèi)星后，再轉(zhuǎn)化給用戶設(shè)備。8.1.1GPS的組成GPS衛(wèi)星組成：8.1.1GPS的組成84地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控系統(tǒng)作用：確保GPS系統(tǒng)的良好運(yùn)行。地面監(jiān)控的任務(wù)：監(jiān)視衛(wèi)星的運(yùn)行，確定GPS時(shí)間系統(tǒng)；跟蹤并預(yù)報(bào)衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘狀態(tài)；向每顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器注入衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。地面監(jiān)控部分的組成：一個(gè)主控站、五個(gè)監(jiān)測站和三個(gè)注入站。8.1.1GPS的組成地面監(jiān)控部分8.1.1GPS的組成85用戶設(shè)備部分主要包括：GPS接收機(jī)及其天線、微處理器及其終端設(shè)備以及電源等。而其中接收機(jī)和天線是用戶設(shè)備的核心部分。8.1.1GPS的組成天線單元

接收天線和前置放大器兩個(gè)部分組成，可接收來自任何方向的GPS信號(hào)，可將極微弱的GPS信號(hào)電流予以放大。用戶設(shè)備部分8.1.1GPS的組成天線單元86接收單元信號(hào)波道和微處理機(jī)構(gòu)成接收單元的核心部件。利用多個(gè)波道同時(shí)對多個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行觀測。微處理機(jī)能選擇合適的衛(wèi)星進(jìn)行測量，以獲得最佳的幾何圖形；能根據(jù)觀測值及衛(wèi)星星歷求得所需的定位信息。8.1.1GPS的組成接收單元8.1.1GPS的組成87SA（SelectiveAvailability）技術(shù)AS（Anti-Spoofing）技術(shù)SA和AS技術(shù)對定位的影響8.1.3限制性政策與反限制措施美國對GPS用戶的主要限制性政策8.1.3限制性政策與反限制措施美國對GPS用戶的主要88建立獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)載波相位動(dòng)態(tài)測量相對定位技術(shù)（RTK）開發(fā)GPS與GLONASS兼容接收機(jī)差分定位技術(shù)反限制性政策的主要技術(shù)和方法

8.1.3限制性政策與反限制措施建立獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)反限制性政策的89GLONASS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)8.1.4其他衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)8.1.4其他衛(wèi)星定位導(dǎo)航系90地固坐標(biāo)系：固結(jié)在地球上和地球一起公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的地球坐標(biāo)系，描述GPS接收機(jī)載體在地球表面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)很方便。

天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，描述繞地球質(zhì)心作圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道很方便。

天球坐標(biāo)系是采用球面坐標(biāo)系定義的。8.2.1GPS導(dǎo)航定位中的坐標(biāo)系統(tǒng)

地固坐標(biāo)系是用一輔助面（參考橢球面）定義的。地固坐標(biāo)系：固結(jié)在地球上和地球一起公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的地球坐標(biāo)系，描91恒星時(shí)以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，其時(shí)間尺度為：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日，一恒星日分為24個(gè)恒星時(shí)。恒星時(shí)以春分點(diǎn)通過本地子午圈時(shí)刻為起算原點(diǎn)。8.2.2GPS導(dǎo)航定位中的時(shí)間系統(tǒng)

恒星時(shí)ST（SiderealTime）恒星時(shí)以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，其時(shí)間尺度為：春分點(diǎn)92平太陽時(shí)MT（MeanSolarTime）

平太陽時(shí)的時(shí)間尺度為：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一平太日，一平太日分為24平太時(shí)。平太陽的運(yùn)動(dòng)速度等于真太陽周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。世界時(shí)UT（UniversalTime）

世界時(shí)UT是以平子夜為零時(shí)算起的格林威治平太陽時(shí)。

8.2.2GPS導(dǎo)航定位中的時(shí)間系統(tǒng)

平太陽時(shí)MT（MeanSolarTime）8.2.2G93原子時(shí)ATI（InternationalAtomicTime）

原子時(shí)的秒長被定義為銫原子Cs133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時(shí)間。協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（CoordinatedUniversalTime）UTC是與地球自轉(zhuǎn)相一致的尺度均勻的時(shí)間系統(tǒng)。

8.2.2GPS導(dǎo)航定位中的時(shí)間系統(tǒng)

原子時(shí)ATI（InternationalAtomicTi94

GPS定位的基本原理：利用無線電測距交會(huì)確定點(diǎn)位的方法，利用3顆以上衛(wèi)星的已知空間位置交會(huì)出地面位置點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。

廣播信號(hào)包含3種成分：D碼、C/A碼和P碼或Y碼、載波信號(hào)（L1和L2）。8.3.1GPS衛(wèi)星的廣播信號(hào)GPS定位的基本原理：利用無線電測距交會(huì)確定點(diǎn)位的方法95偽距：就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速得出的量測距離。偽距法定位：是由GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測出4顆以上GPS衛(wèi)星的偽距，并根據(jù)已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會(huì)法確定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

8.3.2偽距測量原理8.3.2偽距測量原理96偽距測量原理圖

8.3.2偽距測量原理偽距測量原理圖8.3.2偽距測量原理978.3.3載波相位測量原理

載波相位測量的觀測量是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。8.3.3載波相位測量原理載波相位測量的觀98

整周未知數(shù)的確定偽距法多普勒法將整周未知數(shù)作為平差中的待定參數(shù)

整周跳變：接收機(jī)在跟蹤衛(wèi)星過程中，整周計(jì)數(shù)部分應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的。如果在跟蹤衛(wèi)星過程中，由于某種原因，計(jì)數(shù)器就無法連續(xù)計(jì)數(shù)。此時(shí)，當(dāng)信號(hào)重新被跟蹤后，整周計(jì)數(shù)就不正確。8.3.3載波相位測量原理

整周未知數(shù)的確定8.3.3載波相位測量原理998.3.4絕對定位和相對定位

絕對定位：即單點(diǎn)定位，利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中的相對于坐標(biāo)系原點(diǎn)——地球質(zhì)心的絕對位置。絕對定位又分為動(dòng)態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位。相對定位：是用至少兩臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對位置（坐標(biāo)差）。它是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。8.3.4絕對定位和相對定位100絕對定位偽距觀測方程的線性化線性化的偽距測量觀測方程為：8.3.4絕對定位和相對定位

絕對定位8.3.4絕對定位和相對定位101令偽距線性方程可以改寫為：由觀測站同步跟蹤4顆衛(wèi)星，則j＝1，2，3，4，采用矩陣形式偽距法絕對定位的解算8.3.4絕對定位和相對定位

令偽距法絕對定位的解算8.3.4絕對定位和相對定位102上式簡化為：當(dāng)跟蹤的衛(wèi)星數(shù)目多于4顆時(shí)，可應(yīng)用最小二乘平差求解8.3.4絕對定位和相對定位

上式簡化為：8.3.4絕對定位和相對定位103假定用戶初始位置及時(shí)鐘偏差；用已知衛(wèi)星的在軌位置及時(shí)鐘偏差，對上述矩陣及方程式進(jìn)行求解；利用求出的用戶位置偏差，得出用戶實(shí)際位置；重復(fù)迭代，直至第n+1次算出的用戶位置約等于第n次算出的用戶位置即可。計(jì)算步驟：8.3.4絕對定位和相對定位

假定用戶初始位置及時(shí)鐘偏差；計(jì)算步驟：8.3.4絕對定位104相對定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對位置或基線向量。觀測值的線性組合作用:觀測量的不同組合（求差），可以有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響。靜態(tài)相對定位（靜態(tài)差分定位）8.3.4絕對定位和相對定位

相對定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，105求差方法：可以在衛(wèi)星間求差，在接收機(jī)間求差，也可以在不同歷元間求差。

求差類別：一次差；二次差；三次差。

一次差為：

作用：可以消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)。8.3.4絕對定位和相對定位

求差方法：可以在衛(wèi)星間求差，在接收機(jī)間求差，也8.3.106求差法示意圖8.3.4絕對定位和相對定位

求差法示意圖8.3.4絕對定位和相對定位107二次差分：

設(shè)在ti時(shí)刻，對k、j衛(wèi)星觀測值的站間單差觀測值求差，有：作用：可以消除與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)8.3.4絕對定位和相對定位

二次差分：8.3.4絕對定位和相對定位108三次差分：

對ti時(shí)刻的雙差觀測值與ti+1時(shí)刻的雙差觀測值求差，有：作用：可消除與衛(wèi)星和接收機(jī)有關(guān)的初始整周模糊度。8.3.4絕對定位和相對定位

三次差分：8.3.4絕對定位和相對定位109單差觀測方程的方程模型

如果同步觀測n個(gè)衛(wèi)星，可列出n個(gè)誤差方程按最小二乘法原理對誤差方程求解，可得待定點(diǎn)坐標(biāo)改正數(shù)、鐘差等未知參數(shù)。8.3.4絕對定位和相對定位

單差觀測方程的方程模型8.3.4絕對定位和相對定位110雙差觀測方程的方程模型

雙差觀測方程的誤差形式為：同理，對于三差模型，模型中消除了整周模糊度。8.3.4絕對定位和相對定位

雙差觀測方程的方程模型8.3.4絕對定位和相對定位1118.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

DGPS測量系統(tǒng)組成：動(dòng)態(tài)接收機(jī)，基準(zhǔn)接收機(jī)。DGPS的測量原理：兩種接收機(jī)同步觀測GPS衛(wèi)星，基準(zhǔn)接收機(jī)為動(dòng)態(tài)接收機(jī)提供差分改正數(shù)（DGPS數(shù)據(jù)）。動(dòng)態(tài)接收機(jī)根據(jù)DGPS數(shù)據(jù)，精確地解算出用戶的三維坐標(biāo)。DGPS可以有效的消除誤差。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理DGPS測量112單站GPS差分位置差分法

在位置差分中基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)是“位置校正值”。設(shè)基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo)為（X0，Y0，Z0），基準(zhǔn)接收機(jī)所測出的基準(zhǔn)站三維坐標(biāo)為：X、Y、Z，則有校正值：8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

單站GPS差分8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理113則，動(dòng)態(tài)接收機(jī)的修正公式為:8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理114

考慮到用戶接收機(jī)位置校正值的瞬間變化，上式可寫成：偽距差分法在偽距差分中基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)是“偽距校正值”。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

考慮到用戶接收機(jī)位置校正值的瞬間變化，上式可寫成：115載波相位差分法RTDGPS（RealTimeDGPS）測相偽距修正法

考慮星歷誤差引起的距離偏差、多路徑效應(yīng)以及接收機(jī)噪聲，則基準(zhǔn)站r與衛(wèi)星j之間的偽距觀測值為：為多路徑效應(yīng)引起的偏差，為接收機(jī)噪聲

8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

載波相位差分法RTDGPS（RealTimeDGPS116同理，用戶接收機(jī)k的偽距觀測值為：又，星站間偽距改正為：當(dāng)用戶距基準(zhǔn)站距離較小時(shí)（<100km），有：為殘差8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

同理，用戶接收機(jī)k的偽距觀測值為：8.3.5差分GPS（117基準(zhǔn)接收機(jī)和用戶接收機(jī)的測相偽距觀測量分別為：8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

基準(zhǔn)接收機(jī)和用戶接收機(jī)的測相偽距觀測量分別為：8.3.5118考慮到用戶坐標(biāo)位置和衛(wèi)星三維坐標(biāo)，上式變?yōu)椋狠d波相位差分法在載波相位差分法中，基準(zhǔn)站將載波相位觀測值實(shí)時(shí)傳送給用戶接收機(jī)，由用戶進(jìn)行載波相位求差，再解算用戶的位置。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

考慮到用戶坐標(biāo)位置和衛(wèi)星三維坐標(biāo)，上式變?yōu)椋?119廣域差分

系統(tǒng)組成:廣域差分GPS系統(tǒng)就是為削弱這三種誤差源而設(shè)計(jì)的一種工作系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由主站、監(jiān)測站、數(shù)據(jù)通信鏈路和用戶設(shè)備組成。誤差源主要表現(xiàn)為星歷誤差、大氣延時(shí)誤差和衛(wèi)星鐘誤差。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

廣域差分8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理120局部區(qū)域差分

系統(tǒng)構(gòu)成：若干個(gè)差分GPS基準(zhǔn)站組成一差分GPS網(wǎng)。測量方法：采用加權(quán)平均法或最小方差法對多個(gè)基準(zhǔn)站的改正信息進(jìn)行平差計(jì)算求得自己的坐標(biāo)改正數(shù)或距離改正數(shù)。8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理

局部區(qū)域差分8.3.5差分GPS（DGPS）定位原理1218.4GPS測量的誤差分析

GPS測量的誤差分類：按誤差性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差。GPS測量誤差的分類誤差來源對距離測量的影響（m）衛(wèi)星部分①星歷誤差；②鐘誤差；③相對論效應(yīng)1.5～15信號(hào)傳播①電離層；②對流層；③多路徑效應(yīng)1.5～15信號(hào)接收①鐘誤差；②位置誤差；③天線相位中心變化1.5～15其他影響①地球潮汐；②負(fù)荷潮1.08.4GPS測量的誤差分析GPS測量的誤差分類：GPS測1228.4.1GPS衛(wèi)星誤差衛(wèi)星星歷誤差

由星歷所給出的衛(wèi)星在空間的位置與實(shí)際位置之差。

星歷誤差對定位的影響有：對單點(diǎn)定位的影響

影響偽距測量的準(zhǔn)確性。廣播星歷誤差對測站坐標(biāo)的影響一般可達(dá)數(shù)米、數(shù)十米、甚至上百米。8.4.1GPS衛(wèi)星誤差衛(wèi)星星歷誤差123對相對定位的影響

相對定位時(shí)，因星歷誤差對兩站的影響具有很強(qiáng)的相關(guān)性，所以在求坐標(biāo)差時(shí)，共同的影響可自行消去，從而獲得精度很高的相對坐標(biāo)。8.4.1GPS衛(wèi)星誤差解決星歷誤差的方法有：建立區(qū)域性衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)軌道松馳法同步觀測值法對相對定位的影響8.4.1GPS衛(wèi)星誤差解決星歷誤124衛(wèi)星鐘誤差

衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差，也包含鐘的隨機(jī)誤差。相對論效應(yīng)

由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。

8.4.1GPS衛(wèi)星誤差衛(wèi)星鐘誤差8.4.1GPS衛(wèi)星誤差1258.4.2信號(hào)傳播誤差

電離層折射誤差

電離層中包含大量的自由電子和正離子，會(huì)使信號(hào)的路徑和傳播速度發(fā)生變化。這種偏差叫電離層折射誤差。電離層改正公式：8.4.2信號(hào)傳播誤差電離層折射誤差126減弱電離層影響可以采取以下措施：利用雙頻觀測

用兩個(gè)不同的頻率發(fā)射衛(wèi)星信號(hào)，則電離層改正項(xiàng)中的A相同，而且除了電離層折射的影響不同外，其余誤差影響都相同。利用電離層改正模型加以改正

對于單頻接收機(jī)，采用導(dǎo)航電文提供的電離層改正模型加以改正。8.4.2信號(hào)傳播誤差

減弱電離層影響可以采取以下措施：8.4.2信號(hào)傳播誤差127利用同步觀測值求差

利用兩臺(tái)GPS接收機(jī)在基線兩端進(jìn)行同步觀測，并將觀測值求差。對流層折射誤差

GPS信號(hào)通過對流層時(shí)，使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使測量距離產(chǎn)生偏差，叫做對流層折射。多路徑效應(yīng)誤差

反射波與直接波產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值所引起的誤差。8.4.2信號(hào)傳播誤差

利用同步觀測值求差8.4.2信號(hào)傳播誤差128反射波用表示反射波和直接波之間的程差，則有：8.4.2信號(hào)傳播誤差

反射波8.4.2信號(hào)傳播誤差129反射波和直接波間的相位延遲為：多路徑效應(yīng)對載波相位測量的影響直接波信號(hào)反射波信號(hào)天線實(shí)際接收的信號(hào)為8.4.2信號(hào)傳播誤差

反射波和直接波間的相位延遲為：8.4.2信號(hào)傳播誤差130實(shí)際中，有多個(gè)反射信號(hào)，則多路徑誤差為：消弱多路徑誤差的方法：選擇合適的站址對接收機(jī)天線的要求在天線中設(shè)置抑徑板；接收機(jī)天線對于極化特性不同的反射信號(hào)應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。

8.4.2信號(hào)傳播誤差

實(shí)際中，有多個(gè)反射信號(hào)，則多路徑誤差為：8.4.2信號(hào)傳1318.4.3接收機(jī)誤差接收機(jī)鐘誤差

減弱接收機(jī)鐘差的方法：通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機(jī)的鐘差并將接收機(jī)鐘差表示為時(shí)間多項(xiàng)式，在觀測量平差計(jì)算中求鐘差。8.4.3接收機(jī)誤差接收機(jī)鐘誤差132接收機(jī)安置誤差

接收機(jī)天線相位中心相對于測站標(biāo)志中心位置的偏差。天線相位中心位置偏差

觀測時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置與理論上的相位中心的不同。8.4.3接收機(jī)誤差接收機(jī)安置誤差8.4.3接收機(jī)誤差133靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)（MAMS）是西安交通大學(xué)自動(dòng)制研究所與中國科學(xué)院西安光機(jī)所合作為空軍某基地開發(fā)的，是為了跟蹤空中飛行目標(biāo)而研制的一種小型光學(xué)自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)搜索、跟蹤、攝像和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，它利用先進(jìn)的GPS引導(dǎo)技術(shù)和雷達(dá)引導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，并能夠得到目標(biāo)的視頻圖像。

8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)（MAMS）是西安交通大學(xué)134系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)可以看作由三部分組成：引導(dǎo)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和位置跟蹤系統(tǒng)。引導(dǎo)系統(tǒng)給出了目標(biāo)的位置信息，通過通訊系統(tǒng)發(fā)送給觀測站的觀測設(shè)備，觀測設(shè)備中的計(jì)算機(jī)對這些引導(dǎo)信息進(jìn)行處理后，將其轉(zhuǎn)換成為控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)設(shè)備跟蹤目標(biāo)，并拍攝目標(biāo)的圖像。8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)135靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)總體原理框圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)總體原理框圖8.5.1靶場導(dǎo)彈136引導(dǎo)系統(tǒng)

GPS引導(dǎo)系統(tǒng)原理圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

引導(dǎo)系統(tǒng)GPS引導(dǎo)系統(tǒng)原理圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測137雷達(dá)引導(dǎo)系統(tǒng)原理圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)

雷達(dá)引導(dǎo)系統(tǒng)原理圖8.5.1靶場導(dǎo)彈自動(dòng)攝像測量系統(tǒng)138通訊系統(tǒng)

為了保證系統(tǒng)能夠正常工作，需要將引導(dǎo)信息傳送給觀測站，這部分工作由通訊系統(tǒng)來完成，可分為GPS通訊和雷達(dá)通訊。此外，還需要將測