衛(wèi)星定位理論及方法-第18次課-其它導(dǎo)航系統(tǒng)

其他導(dǎo)航定位系統(tǒng)研究其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的意義民用角度考慮有其經(jīng)濟意義科學(xué)研究意義軍事角度考慮作戰(zhàn)指揮數(shù)字化軍事打擊精確化占據(jù)軍事優(yōu)勢GLONASS系統(tǒng)簡介1970年前蘇聯(lián)國防部主持了覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Global’nayaNavigationSatelliteSystem簡稱GLONASS。蘇聯(lián)解體后俄羅斯政府于1993年將此項目移交俄羅斯空軍部隊（VKS）；VKS負責(zé)GLONASS的衛(wèi)星部署、在軌衛(wèi)星的維護和用戶設(shè)備認證等工作，其下屬的管理科學(xué)信息協(xié)調(diào)中心（CSIC）負責(zé)對公眾發(fā)布GLONASS信息。前蘇聯(lián)于1982年10月發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星，至1996年1月建成GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)并發(fā)播導(dǎo)航信號，系統(tǒng)正常投入使用。與GPS不同的是GLONASS采用頻分多址而不是碼分多址，衛(wèi)星的識別是靠衛(wèi)星發(fā)播的載波頻率差異。1982年在俄羅斯空間部隊在baikonour空間發(fā)射場將GLONASS衛(wèi)星發(fā)射入空間，一個質(zhì)子重型火箭每次能攜帶三顆衛(wèi)星發(fā)射升空。早期的GLONASS衛(wèi)星每顆重1400kg，約3m高，太陽能帆板展出寬為7m，功率為1600w，設(shè)計壽命一年。經(jīng)改進后平均工作壽命14－17月，1987年以后的12顆GLONASS衛(wèi)星設(shè)計壽命為兩年，其中六顆發(fā)射失敗。1988年以后的43顆衛(wèi)星提高了抗輻射能力，設(shè)計壽命提高到3年。GLONASS比GPS起步晚9年，全球星座正常運行比GPS晚3年。從蘇聯(lián)1982年10月12日發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來，歷經(jīng)13年，雖政體變化周折，卻始終沒有終止或中斷GLONASS衛(wèi)星的發(fā)射，仍維持每年3－9顆衛(wèi)星的勢頭，總共發(fā)射了73顆衛(wèi)星，除兩次發(fā)射的6顆失敗外，曾在軌有效工作的衛(wèi)星先后共67顆，其中包括兩顆測地衛(wèi)星樣品。但是早期的衛(wèi)星使用壽命較短，先后有40顆衛(wèi)星退出了服務(wù)。到目前為止能夠正常工作的衛(wèi)星7－9顆。GLONASS的衛(wèi)星也在不斷改進，早期的衛(wèi)星壽命較短性能也不十分理想，1990年開始研制的GLONASS－M型衛(wèi)星重1480kg，改善了星載原子鐘，提高了頻率穩(wěn)定度，設(shè)計壽命在5年以上。俄羅斯也在考慮下一代新的衛(wèi)星GLONASS－M2，M2衛(wèi)星將發(fā)播民用第二頻率，以提供民用用戶削弱電離層傳播延遲影響，提高導(dǎo)航精度。M2衛(wèi)星還將具有星間數(shù)據(jù)通訊能力，加長自治運行能力；衛(wèi)星的重量也將增加到2000kg。系統(tǒng)簡介組成空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機部分組成。GLONASS的空間部分由24顆周期約12小時的衛(wèi)星組成，它們不斷發(fā)播測距和導(dǎo)航信息?？刂撇糠钟梢粋€系統(tǒng)控制中心以及一系列在俄羅斯境內(nèi)分布的跟蹤站和注入站組成。除對衛(wèi)星工作狀態(tài)進行監(jiān)測并于必要時并通過指令調(diào)整其工作狀態(tài)外，還對各衛(wèi)星進行測量以確定其軌道和衛(wèi)星鐘鐘差，最后以導(dǎo)航電文的形式通過衛(wèi)星存儲、轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。簡介用戶接收機也采用偽隨機碼測距技術(shù)取得偽距觀測量，接收并調(diào)解導(dǎo)航電文，最后進行導(dǎo)航解算；和GPS不同的是GLONASS采用頻分多址而不是碼分多址，衛(wèi)星的識別是靠衛(wèi)星發(fā)播的載波頻率差異。GLONASS衛(wèi)星星座GLONASS的空間部分由分布在三個軌道面的24顆衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座，衛(wèi)星軌道高度約19100千米，備有三臺銫原子鐘，衛(wèi)星發(fā)播兩個頻率載波，并調(diào)制用于測距的偽隨機碼和導(dǎo)航電文。每個軌道面上分布8顆衛(wèi)星，軌道傾角64．8°，軌道面升交點相距120°，同一軌道面衛(wèi)星均勻分布，彼此相距45°，不同軌道面內(nèi)相應(yīng)衛(wèi)星相位相差30°。參數(shù)GLONASSGPS軌道高度19100km20200km半長軸a25510km26560km周期T11小時15分44秒11小時58分軌道傾角I64．8度55度偏心率e<0.01<0.01衛(wèi)星分布軌道面數(shù)36每軌道面衛(wèi)星數(shù)84相鄰軌道面衛(wèi)星相位差15度40度GPS和GLONASS定位精度

水平誤差/m垂直誤差/m

(50%)(95%)(95%)GPS(無SA)71834GPS(有SA)2772135GLONASS102645GPS(有SA)+

GLONASS92038GLONASS衛(wèi)星星座新的GLONASS－M型衛(wèi)星從1990年開始研制，衛(wèi)星重1480kg，它將改善星載原子鐘，提高頻率穩(wěn)定度和時間精度，設(shè)計壽命5年以上。俄羅斯考慮到下一代GLONASS－MⅡ型衛(wèi)星，將在其上發(fā)射民用第二頻率，重量將達到2000kg。GLONASS衛(wèi)星星座GLONASS衛(wèi)星，除了供電的太陽能電池及姿態(tài)控制系統(tǒng)外，主要載荷包括：導(dǎo)航電文存儲器、高穩(wěn)原子鐘、激光反射棱鏡、雙頻發(fā)射機和接收機及微處理機。衛(wèi)星上具有自動檢測功能，一旦發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星上發(fā)送的導(dǎo)航信號有問題，在導(dǎo)航電文中就給出衛(wèi)星故障信息。GLONASS衛(wèi)星發(fā)播信號GLONASS也采用偽隨機碼測距技術(shù)作為取得導(dǎo)航觀測量的手段.每顆GLONASS衛(wèi)星發(fā)播兩個載波頻率L1和L2，以通過計算削弱電離層傳播延遲的影響。其調(diào)制的測距碼也分為粗捕獲碼（C／A碼）和精密測距碼（P碼），C／A碼主要供民用和P碼的捕獲，P碼供軍用。GLONASS衛(wèi)星發(fā)播信號GLONASS采用頻分多址，即各衛(wèi)星所發(fā)播（調(diào)制）的偽隨機測距碼都是一樣的，但各衛(wèi)星的載波頻率不同。采用L1波段的頻率產(chǎn)生f1=1602MHZ～1615．5MHZ，L2波段的頻率f2=1246MHZ～1256MHZ。各頻道的頻率按下式取值：

f=1602MHz或1246MHz，n=0～24頻道識別號。（n=0是作檢測用，－頻道間隔，L1的頻道間隔為0．5625MHZ，L2的頻道間隔為0．4375MHz）參數(shù)GLONASSGPS衛(wèi)星鐘銫鐘銫鐘和銣鐘衛(wèi)星鐘基頻5.0MHz10．23MHz制式頻分多址（FDMA）碼分多址（CDMA）L1載波頻率1575．42MHZL2載波頻率1227．6MHZL1調(diào)制信號C/A碼，P碼，電文碼C/A碼，P碼，電文碼L2調(diào)制信號P碼，電文碼P碼，電文碼C/A碼碼長5111023C/A碼碼頻0．511MHZ1．023MHzC/A功率譜帶寬0．511MHZ1．023MHZP碼碼長P碼碼頻5．11MHZ10.23MHZP碼功率譜帶寬5.11MHZ10.23MHZGLONASS衛(wèi)星發(fā)播信號和GPS一樣，目前GLONASS的L2頻段也不調(diào)制C／A碼。也就是說，民用用戶不能利用雙頻測距來削弱電離層傳播延遲的影響。

GLONASS的導(dǎo)航電文、衛(wèi)星位置計算和導(dǎo)航解導(dǎo)航電文主要包括三部分內(nèi)容，即本衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘鐘差參數(shù)、本衛(wèi)星的衛(wèi)星星歷參數(shù)和全部衛(wèi)星的概略軌道參數(shù)。衛(wèi)星鐘參數(shù)用于計算所測衛(wèi)星相對GLONASS時間系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘鐘差；衛(wèi)星星歷參數(shù)用于計算所測衛(wèi)星的位置，這是導(dǎo)航解算所必需的；全部衛(wèi)星的概略軌道參數(shù)用于用戶的衛(wèi)星可見性預(yù)報。導(dǎo)航電文還包含校正接收機時鐘（使之與GLONASS時概略同步）使用的時標(biāo)。GLONASS導(dǎo)航電文的頻率為每秒50bit，完整的電文長7500bit，歷時2．5分鐘。全部電文分為75個子幀，每子幀100bit，歷時2秒。每個子幀包括數(shù)據(jù)（含校驗位）85bit和時標(biāo)碼15bit。在75個子幀中1-5子幀為本衛(wèi)星的軌道、時鐘等參數(shù)，6－75子幀為用于預(yù)報的全部衛(wèi)星概略星歷和備用子幀。每顆衛(wèi)星的概略星歷占用2個子幀。現(xiàn)行時刻（量綱時，分，秒）有效性（健康）碼（，無量綱）星歷參考時刻（，量綱分）星歷參考時刻本星時鐘相對系統(tǒng)時的偏差（鐘差0階項）（量綱秒）星歷參考時刻本星時鐘相對系統(tǒng)時的頻偏（鐘差1階項）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系坐標(biāo)的X分量（X，量綱千米）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系坐標(biāo)的Y分量（Y，量鋼千米）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系坐標(biāo)的Z分量（Z，量鋼千米）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系速度的X分量（Vx，量綱千米／秒）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系速度的Y分量（Vy，量鋼千米／秒）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系速度的Z分量（Vz，量鋼千米／秒）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系加速度的X分量（Ax，量綱千米／秒‘）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系加速度的Y分量（Ay，量綱千米／秒‘）星歷參考時刻本星在地固坐標(biāo)系加速度的Z分量（Az，量綱千米／秒‘）。GLONASS時間系統(tǒng)相對UTC（SU）的差異（，量綱秒）星歷歷齡（AODE，量綱日）相對上一閏年的積日（Nd，量綱日）

從導(dǎo)航電文所提供的參數(shù)來看，按所要求的精度，可以有兩種方法計算衛(wèi)星位置。利用導(dǎo)航電文所提供的參考時刻的位置、速度和加速度計算觀測時刻衛(wèi)星的位置；另外一種可能的方法是利用提供的參考時刻的位置和速度，考慮衛(wèi)星所受全部作用力，以數(shù)值積分進行衛(wèi)星位置計算（解受攝運動方程）。第一種方法是一種簡便的方法，所提供的參考時刻位置參數(shù)屬地固坐標(biāo)系，所求的也屬地固坐標(biāo)系。

為觀測時刻

式中t為觀測時刻的鐘面時。用數(shù)值方法遞推觀測時刻的位置應(yīng)該可以提供更高的精度和更長的時間跨度，但計算過程較繁。這涉及衛(wèi)星所受攝動力（地球引力、日、月引力、太陽光壓等），所幸的是遞推步數(shù)不多（一般步長可取3－5分鐘），計算機時不多，力學(xué)模型也可適當(dāng)簡化（截斷誤差積累不多）。速度的解在導(dǎo)航中占有重要地位，尤其是軍事應(yīng)用，某些飛行器的速度解比位置解更為重要。GLONASS在速度解算提供了更加簡潔的條件。和GPS一樣，GLONASS接收機除了可以取得衛(wèi)星相對接收機的偽距觀測量之外，還可以取得衛(wèi)星相對接收機的偽距變率觀測量，即多普勒頗移（也可以是載波的多普勒頻移）。則

GLONASS采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)在1993年以前GLONASS采用蘇聯(lián)1985年大地坐標(biāo)系（1985SovietGeodeticSystem，SGS－85），1993年后采用ParmetryZemli（PZ－90）坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)原點位于地球質(zhì)心。Z軸指向1900－1905年平均地極。X軸指向位于Z軸定義的赤道面，使XOZ面平行于格林尼治平子午面。Y軸指向使與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。GPS坐標(biāo)軸定義Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向（CTP）X軸指向BIH1984.0的零子午面和協(xié)議地球極（CTP）赤道的交點。Y軸與Z軸，X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。PZ－90采用的與坐標(biāo)系定義有關(guān)的常數(shù)為：地球自轉(zhuǎn)速率72．92115x10-6rad／s萬有引力常數(shù)398600．44x109m3／s2大氣引力常數(shù)0．35x109m3／s2真空光速299792458m／s地球引力場球諧函數(shù)二階帶諧系數(shù)-1082．63x10-6參考橢球半長長軸6378136m參考橢球扁率1／298．257赤道引力加速度978032．8mgal大氣引起的海平面重力加速度改正-0.9mgal測軌跟蹤站采用坐標(biāo)值存在不可避免的誤差，其所定義或使用的坐標(biāo)系統(tǒng)與ITRF系統(tǒng)或WGS－84系統(tǒng)均存在差異。利用歐洲的6個站以GPS／GLONASS接收機測定了PZ－90與ITRF坐標(biāo)系統(tǒng)間的變換關(guān)系，在測定中假定了ITRF坐標(biāo)系與WGS－84坐標(biāo)系是一致的（等同的）。統(tǒng)計結(jié)果為PZ—90與ITRF間不存在平移，坐標(biāo)軸指向僅存在有繞Z軸的旋轉(zhuǎn).麻省理工學(xué)院林肯實驗室采用了不同的方法測定WGS－84和PZ－90間的變換參數(shù)。他們從GLONASS發(fā)播的廣播星歷獲取衛(wèi)星在PZ－90坐標(biāo)系的位置，同時采用全球衛(wèi)星跟蹤站和雷達跟蹤網(wǎng)獲取衛(wèi)星在WGS－84坐標(biāo)系的位置，依此求定坐標(biāo)變換參數(shù)。兩組不同方法所得到的坐標(biāo)變換參數(shù)之間的差異不超過5米，對于導(dǎo)航來講可以認為是可用的。隨著時間的推移，還可能出現(xiàn)精度更高代表性更好的坐標(biāo)變換參數(shù)。GLONASS采用世界時作為時間量度基準(zhǔn)，它采用俄羅斯維持的世界協(xié)調(diào)時UTC（SU）作為時間量度基準(zhǔn)。UTC（SU）與UTC（BIMP）相差數(shù)微秒，后者是巴黎經(jīng)度局的國際標(biāo)準(zhǔn)世界協(xié)調(diào)時。GLONASS時間系統(tǒng)保持與UTC（SU）之差小于1微秒。GLONASS計劃將時間系統(tǒng)作一些調(diào)整以和UTC（BIMP）的跳秒相一致。

與GPS采用原子時不同，GLONASS采用世界協(xié)調(diào)時作為時間計量基準(zhǔn).這出自衛(wèi)星位置計算的考慮。GLONASS的導(dǎo)航電文給出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系內(nèi)的位置、速度和加速度，在計算衛(wèi)星位置時涉及慣性坐標(biāo)系，在兩種坐標(biāo)系進行變換時（這種變換很簡單）需地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，即UTC。從精度和實時性的角度考慮并顧及地面衛(wèi)星星歷計算和接收機衛(wèi)星位置計算采用參數(shù)的一致性，使用俄羅斯自測的UTC（SU）時間系統(tǒng)更為有利。這就是GLONASS采用UTC（SU）作為時間計量基準(zhǔn)的原因之一。采用世界協(xié)調(diào)時作為時間計量基準(zhǔn)的一個問題是存在跳秒問題，這將導(dǎo)致時間的不連續(xù)。當(dāng)跳秒發(fā)生時，需有相應(yīng)的技術(shù)措施才可保障在此時系統(tǒng)的工作正常。發(fā)生跳秒時主要產(chǎn)生兩個問題，一是接收機屆時應(yīng)能作相應(yīng)跳秒，一是衛(wèi)星星歷的使用期限不要跨越跳秒瞬間。這些問題在采取一定的技術(shù)措施后是可以解決的。GLONASS接收機和導(dǎo)航精度其第一代GLONASS接收機通道數(shù)較少（l－4通道），機型較為笨重（約22千克）；1990年左右開始生產(chǎn)第二代接收機，第二代接收機具有5－12通道，采用了大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號處理技術(shù)，體積和重量都減少很多，而且還研制了GPS／GLONASS組合接收機。俄羅斯于1995年10月正式以文件形式在國際上公布了”GLONASS導(dǎo)航信號說明”和”GLONASS接口控制文件ICD”，這類似于GPS的空間部分和用戶接口ICD—GPS－200。GLONASS的導(dǎo)航精度約為30米。衛(wèi)星導(dǎo)航精度涉及許多因素，盡管GLONASS的碼元長度較GPS長一倍，但仍與GPS未加人為降低精度的sA之前精度大體相當(dāng)。目前GLONASS的導(dǎo)航精度高于目前可用的GPS（C／A碼）導(dǎo)航精度。這一情況對美國GPS獨占衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的地位，甚至美國的GPS政策都有重要影響。俄羅斯的GLONASS政策與組合導(dǎo)航從基本觀測量來看，和GPS一樣GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)也分為保密的軍用雙頻P碼測距和民用的單頻C／A碼測距，也就是說，它對軍用提供高精度導(dǎo)航，對民用提供較低精度的導(dǎo)航服務(wù)。與美國的GPS政策不同的是俄羅斯宣布對民用C／A碼不加入類似美國SA的人為降低精度的措施，并且計劃增發(fā)民用第二頻段。既然目前存在兩個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，組合應(yīng)用顯然是合乎邏輯的技術(shù)途徑。數(shù)據(jù)一并處理中需考慮兩個導(dǎo)航系統(tǒng)的時間系統(tǒng)不同，坐標(biāo)系統(tǒng)也不同。一種可行的方案是將其中一種衛(wèi)星星歷利用已有的變換參數(shù)經(jīng)坐標(biāo)變換成為統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，并在導(dǎo)航解算中設(shè)定兩個接收機鐘差，分別適用兩類觀測量。所得導(dǎo)航解屬統(tǒng)一了的坐標(biāo)系統(tǒng)，這種統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)可以是WGS－84，也可以是PZ（90）。如果考慮到兩個坐標(biāo)系統(tǒng)差異不大和要求精度不是很高，也可不進行坐標(biāo)變換，其導(dǎo)航解是帶有誤差的WGS－84或PZ（90）。b為接收機鐘相對GPS系統(tǒng)時的鐘差，B為接收機鐘相對GLONASS系統(tǒng)時的鐘差。

P為對GPS衛(wèi)星和GLONASS衛(wèi)星觀測值所賦的權(quán)陣（由于SA，GPS觀測量的權(quán)小于GLONASS）第二節(jié)地球同步衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)至少由兩顆地球同步衛(wèi)星、一個地面中心組成。地面中心是全系統(tǒng)的控制、操作中心，兩顆同步衛(wèi)星構(gòu)成地面中心與用戶間的無線電鏈路，共同完成無線電測定業(yè)務(wù)。系統(tǒng)特點系統(tǒng)所需衛(wèi)星數(shù)量少，只要有兩顆同步衛(wèi)星便可構(gòu)成一個區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，有6顆衛(wèi)星接續(xù)可構(gòu)成基本覆蓋全球（兩極和赤道附近區(qū)域除外）的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。 用戶只接受一顆衛(wèi)星的信號，經(jīng)響應(yīng)便完成一次定位。用戶位置由地面中心確定，便于用戶管理部門監(jiān)視控制。系統(tǒng)功能較強，可為用戶提供定位、授時、通信服務(wù)。系統(tǒng)的服務(wù)精度通常是數(shù)十米到數(shù)百米。地球同步衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與前述衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在原理上是有區(qū)別的，它主要表現(xiàn)為：地球同步衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)本身是兩維導(dǎo)航系統(tǒng)，僅靠衛(wèi)星的觀測量尚不能定位，它需要高程或高程數(shù)據(jù)庫的支持?！び^測量的取得及定位解算均在地面中心站進行；衛(wèi)星載荷和用戶機較為簡單，僅需具有轉(zhuǎn)發(fā)或收發(fā)信號功能。完成一次定位，信號三次往返與地面與同步衛(wèi)星，具有一定的定位延遲（僅傳播延遲約0．72秒）。僅需兩顆衛(wèi)星，投入小，性能投入比高。

用戶定位基本方法與定位精度基本定位原理 采用三球交會測量原理進行定位，即以兩顆衛(wèi)星（位置已知）為兩球心，兩球心至用戶的距離（本系統(tǒng)要完成的測量）為半徑可做兩球面；這兩個球面相交得到一個為圓的曲線，通常簡稱交線圓。這個圓穿過赤道面，在地球的南半球與北半球的球面上各有一點相交，其中一個是用戶位置，但是地球不是一個規(guī)則的球體，通常解算是用球面去與交線圓相交，由于交線圓上的點到兩顆衛(wèi)星的距離相等，對一個確定的用戶，這個球的半徑必須是用戶點到地心的距離。要確定這個球面的半徑，還需要知道用戶的大地高當(dāng)已知用戶至兩衛(wèi)星的距離量和用戶高程值時，根據(jù)系統(tǒng)的定位原理可建立如下用戶定位方程：定位計算時，用戶高程作為已知值。利用式，可以解算出用戶位置坐標(biāo)。測站高的確定 定位工作原理可以看出，用戶高程是作為已知量或觀測量參與定位計算的。獲取用戶高程的常用手段有兩種：一是數(shù)字化地球表面，制作成DEM數(shù)據(jù)庫，存儲在計算機中，定位解算時度取出用戶高程，再加上用戶離地面的高度即可得到用戶的大地高；第二種常用手段是利用氣壓測高儀來測量用戶高程。氣壓測高是通過測量被測點的氣壓值來推算該點的高程值，其基本公式如下：h為被測點至已知點（即基準(zhǔn)站）的高差k為氣壓測高系數(shù)

為基準(zhǔn)站的氣壓值

為用戶站的氣壓值對于動態(tài)用戶，需要將其動態(tài)氣壓值轉(zhuǎn)換成靜態(tài)氣壓值。精度制約因素?zé)o論是衛(wèi)星定軌精度還是用戶定位精度都與測量幾何有關(guān)。GDOP值在某種程度上可反映測量幾何的優(yōu)劣，因此可通過GDOP值來分析觀測幾何。GDOP（GeometricDilutionofPrecision），直譯為精度的幾何稀釋度，也被稱為誤差的幾何放大系數(shù)。為目標(biāo)定位精度協(xié)方差陣為等效測量誤差協(xié)方差陣

A為觀測值對目標(biāo)位置的偏導(dǎo)數(shù)系數(shù)陣。當(dāng)各等效測量誤差大小相等，互不相關(guān)，亦即：從而有：矩陣主對角線元素之和的平方根值即為GDOP值。GDOP值是在假設(shè)了各測量誤差大小相等且互為獨立的條件下的誤差傳播系數(shù)。有了定位的GDOP值，又有了測量的統(tǒng)計均方根值，則該點的定位精度可這樣估計因此，GDOP值越小，相對幾何就越好，目標(biāo)的定位精度也越高。當(dāng)兩顆工作衛(wèi)星位置經(jīng)度跨度越大時用戶定位幾何越好，過大的跨度會使兩顆星共同覆蓋范圍變小，從而使得使用區(qū)域減小，綜合看，兩顆衛(wèi)星的精度相差60°較好，既可保證定位幾何，又有較大的覆蓋范圍。偽距測量中的設(shè)備誤差設(shè)備的測量誤差是系統(tǒng)的主要誤差源之一，包括系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩部分。前者為測定設(shè)備固有時延值時因受各種因素的限制不能給出準(zhǔn)確值而引起的測量殘差，以及設(shè)備隨時間、環(huán)境變化引起的設(shè)備固有時延值的變化量。后者與接收信號強度和接收機的噪聲電平有關(guān)。星歷誤差主要是指衛(wèi)星位置誤差，由于用戶定位時視衛(wèi)星位置為已知，因而衛(wèi)星位置的精度直接影響用戶定位精度，在單點定位中，此項誤差的影響尤為突出。衛(wèi)星位置誤差可以通過差分定位方法得到很好的消除，其差分后的殘差遠小于用戶差分定位精度要求，因此對于差分定位而言，此項誤差已轉(zhuǎn)化為次要誤差源。傳播誤差傳播時延誤差包括：電離層折射修正殘差對流層折射修正殘差多路徑效應(yīng)前兩項誤差是由電波傳播時延修正模型的不準(zhǔn)確性引起的，第三項誤差與用戶所處環(huán)境和天線仰角有關(guān)。高程誤差由于用戶高程數(shù)據(jù)是作為已知量參與解算的，因此其精度高低直接影響系統(tǒng)的定位精度。高程誤差對精度的影響大小與兩種因素有關(guān)：一是高程誤差的幾何放大系數(shù)，二是高程誤差本身。高程誤差的幾何放大因子與地理位置的緯度有關(guān)，緯度越高，放大系數(shù)越小，相應(yīng)的定位精度越高。相反，緯度越低，其系數(shù)也越大，定位精度差。一般情況下，若高程誤差lm，在高緯度地區(qū)帶來的誤差約1～2m；在低緯度地區(qū)，引起的定位誤差可達3～10m左右。一般用戶可能得到的高程精度為：數(shù)字化地形圖高程誤差：使用的數(shù)字化地形圖的原型DEM（DigitalElevationModel）庫以1″×1″（經(jīng)度×緯度）的格網(wǎng)結(jié)構(gòu)存儲地面點高程數(shù)據(jù)，數(shù)字化地形圖的精度與地形有關(guān)，海洋、平原地區(qū)的精度優(yōu)于丘陵、山區(qū)，一般精度可優(yōu)于10m，差的可以做到30m左右。地面用戶氣壓測高誤差：氣壓測高精度與諸多因素有關(guān)，為了得到較高精度的氣壓測高結(jié)果，通常需要在已知高程點上事先校準(zhǔn)氣壓器，下式給出了考慮幾項主要誤差源的氣壓測高精度估計：8三星定位

定位原理三點后方交會：8三星定位

定位原理對于同步衛(wèi)星定位來說，三個已知點就是三顆地球同步衛(wèi)星，觀測邊長就是測站至衛(wèi)星的斜距，從而解三個觀測邊方程，就可求出測站的三維坐標(biāo)。

8三星定位

精度分析

同步衛(wèi)星的三星定位是三維定位，它有三條觀測邊，不需要測站點的大地高數(shù)據(jù)支持。三星定位的測站點位精度取決于觀測邊的精度和衛(wèi)星位置精度，同雙星定位相比，三星定位的精度較差。主要有以下幾個原因：一，三星定位受三顆衛(wèi)星位置誤差影響，比雙星定位多一個衛(wèi)星星歷誤差；二，三星定位的第三條觀測邊誤差應(yīng)當(dāng)相當(dāng)于雙星定位的大地高誤差。如果觀測邊誤差大于大地高誤差，三星定位精度會明顯低于雙星定位；目前觀測邊精度與大地高精度相當(dāng)，約為10米，衛(wèi)星位置精度不會很高，因此，三星定位精度不如雙星定位精度高。8三星定位

優(yōu)缺點三維定位地面中心站設(shè)備簡單，不需要龐大的地形數(shù)據(jù)庫支持，接收機造價低廉，不需要附加測高器件。要多發(fā)一顆工作衛(wèi)星定位精度差。在中緯度地區(qū)，三星定位要比雙星定位精度低3～5倍，低緯度地區(qū)要低10倍左右。第三節(jié)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展GPS系統(tǒng)關(guān)閉SA2000年5月在土耳其伊斯坦布爾召開（（20年世界無線電通信大會（WRC）》和在英國愛丁堡召開《2000年全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）會議》前夕，美國總統(tǒng)克林頓突然宣布終止對GPS信號的SA干擾措施，并于2000年5月1日關(guān)閉了SA。此事引起了強烈反應(yīng)，終止SA后，民用戶在95％的時間內(nèi)可獲得12m精度，在50％時間內(nèi)獲得6m精度?？肆诸D選在2000年世界無線電通信大會前夕宣布提前終止對GPS的SA措施，其主要目的是消除美國產(chǎn)業(yè)界對歐洲要研制部署伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的擔(dān)心，并抑制其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，在全球衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的國際市場上繼續(xù)保持和擴大其優(yōu)勢地位，獲取巨大的經(jīng)濟利益。美國在此時宣布終止SA的另一深層意圖是要對歐盟15國施加影響或壓力。歐盟15國將在2000年12月作出是否研制和部署伽利略全球?qū)Ш叫l(wèi)星的決定，在此之前，需要申請衛(wèi)星導(dǎo)航所需的頻率資源、需要籌措足夠的資金、需要與美國談判兩個系統(tǒng)如何兼容等一系列重大問題，美國終止SA會使歐盟建立自己獨立的民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)變得復(fù)雜化。GPS發(fā)展趨勢導(dǎo)航戰(zhàn)計劃由于在GPS的設(shè)計初始階段，設(shè)計者沒有把系統(tǒng)在干擾環(huán)境下工作的能力放到很高的地位去考慮，而是僅僅把它作為戰(zhàn)爭環(huán)境下的一種輔助導(dǎo)航手段，隨著GPS應(yīng)用不斷深入，特別是在軍事中的作用日益突出，由此對GPS的過分依賴使得美國及其盟友對GPS的安全越來越擔(dān)心，所以該系統(tǒng)在軍事應(yīng)用中面臨的安全問題也非常突出。由于GPS衛(wèi)星軌道高度達2萬公里，到達地面接收機的信號非常微弱，信號極易受到環(huán)境和人為的干擾，試驗表明，一臺1W的調(diào)頻噪聲干擾機，可使直徑22km范圍內(nèi)的GPS接收機無法正常工作，而一臺100W的干擾機可使1000km范圍內(nèi)信號電平為－110dBW，將比正常的C／A碼信號電平（－160dBW）高10萬倍，使其不能工作。比P碼信號電平（－150dBW）高出40dBW，如不加處理，也嚴(yán)重影響GPS接收機的工作。GPS是被動定位方式，在定位過程中需要知道衛(wèi)星的星歷。無論是民用的C／A碼傳送的星歷，還是P碼傳送的精密星歷，這些參數(shù)都是由地面站計算，再經(jīng)上行注人站而注入到衛(wèi)星上的，這些參數(shù)隨著外推時間的增長精度迅速降低。為了保持較小的用戶距離誤差URE，地面站不得不每天更新星歷和衛(wèi)星鐘改正，需耗費大量的人力和財力進行GPS衛(wèi)星跟蹤觀測、導(dǎo)航電文的編算和電文的注入。而一旦地面監(jiān)控系統(tǒng)遭到人為破壞，則GPS系統(tǒng)便難以正常工作。鑒于GPS衛(wèi)星存在的上述不足，以及依據(jù)美國國家GPS政策所提出的要求，1995年美國防部指定ROCKWELL公司牽頭，成立一個由幾家公司參加的研究小組，開始一項為期13個月的有關(guān)“導(dǎo)航戰(zhàn)”的研究計劃，研究開發(fā)能阻止敵方使用GPS及其增強系統(tǒng)的手段，但不能過度破壞和降低民用信號，以確保美軍優(yōu)勢。并于1997年4月，西方國家的學(xué)術(shù)界和有關(guān)政府部門在英國劍橋召開的“GPS在軍事及民事方面的應(yīng)用”研究會上，美軍正式提出了“導(dǎo)航戰(zhàn)”的概念。未來美國可能對GPS采取一系列技術(shù)措施來達到此目的．主要內(nèi)容包括：研究開發(fā)新一代獨立的捕獲P碼的軍用GPS接收機，主要特點是不依賴C／A碼，可直接捕獲P碼；采用抗干擾天線處理算法，具有較強的抗干擾能力；能在L1受到干擾時，通過局域電離層改正模型，消除電離層誤差；接收機地設(shè)計采用開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于模塊化組合和更新。研究開發(fā)具有識別能力的電子干擾機美軍在提高軍用GPS接收機抗干擾能力的同時，加強具有識別能力的電子干擾武器的研究。這種干擾武器能對各種衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行干擾，阻止敵方使用任何衛(wèi)星導(dǎo)航信號，同時又可保護己方使用。提高GPS衛(wèi)星的自主更新及抗毀能力BLOCKⅡR衛(wèi)星進行了技術(shù)改造，該衛(wèi)星擴展能力主要是能夠?qū)崿F(xiàn)GPS衛(wèi)星間的距離測量；能夠自主更新和精化GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘改正；GPS衛(wèi)星間能夠通信；無需地面監(jiān)控系統(tǒng)的干預(yù)，自主運行180天，用戶距離誤差URE能控制在7．4m，相對BLOCKⅡA，性能提高了1350倍軍民隔離和頻譜復(fù)用民用C／A碼處于中心頻帶，軍用Y碼和M碼則位于中心頻帶兩邊的高低頻帶。對與LI而言，民用C／A碼占中心8MHZ帶寬，而P（Y）碼占有兩邊頻帶。這種技術(shù)的優(yōu)點是：在導(dǎo)航戰(zhàn)中，強化GPS系統(tǒng)的抗摧毀能力；可為軍用注入更高精度的星歷和衛(wèi)星鐘參數(shù)；允許提高軍用碼發(fā)射功率，增強軍用GPS接收機的抗電子干擾能力；現(xiàn)代化計劃現(xiàn)行GPS系統(tǒng)是25年前設(shè)計的，根據(jù)國家GPS政策的要求，1997