第八章 GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)

第一章衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Satellitenavigation）第一節(jié)衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述一、衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介衛(wèi)星導航系統(tǒng)由導航衛(wèi)星、地面站、用戶設備組成。★GPS定位精度：

P碼——1m；CA碼——20~30mCA碼定位精度受SA和AS政策影響?！颎PS特點：

全球、全天候、高精度、連續(xù)、近于實時的三維

定位與導航功能。1、GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)（美國）★NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem——NAVSTAR/GPS?！?973年開始研制，1995年進入全部運作。★GPS衛(wèi)星：

24（21工作衛(wèi)星+3備用衛(wèi)星）顆高軌衛(wèi)星，分布在

6個軌道面內，軌道傾角約55°，雙頻發(fā)射，全球范圍內可視性良好。2、GLONASS衛(wèi)星導航系統(tǒng)（前蘇聯(lián)）★1978年開始研制，1982年開始部署，1995年底全部星座部署完畢?！颎lobalNavigationSatelliteSystem——GLONASS★GLONASS定位精度：

P碼——1m；CA碼——20~30m無任何政策影響，不限制民用?！颎LONASS特點：全球、全天候、高精度、連續(xù)、近于實時的三維

定位與導航功能?！颎LONASS衛(wèi)星：25（24+1）顆中軌衛(wèi)星，分布3個軌道面，軌道傾角約64°，雙頻發(fā)射，全球范圍內可視性良好。3、“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)（中國）★2000年發(fā)射2顆“北斗”地球靜止衛(wèi)星（GEO），2003年5月25日又發(fā)射了第三顆備份星，2003年6月正式運營?！锾攸c：區(qū)域性、全天候、高精度、連續(xù)、快速、近于實時的定位導航系統(tǒng)?！铩氨倍贰毙l(wèi)星：2+1顆地球同步軌道（36000km）衛(wèi)星?！锒ㄎ痪龋涸?s內完成定位，精度優(yōu)于20m。4、INMARSAT衛(wèi)星導航系統(tǒng)（國際海事衛(wèi)星組織IMO）★利用帶有導航艙的INMARSAT的中軌道衛(wèi)星，發(fā)射GPS信號、DGPS校正值等信息，為全球

提供通信、定位、導航及完善性監(jiān)測。5、伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（歐洲+中國）★1999由歐盟提出計劃，2004下半年開始發(fā)射實驗衛(wèi)星，2008年全面投入使用?！镄l(wèi)星：

27+3顆衛(wèi)星顆中軌衛(wèi)星，分布3個軌道面，軌道傾角約55，運行周期52810.10s。3顆覆蓋的GEO衛(wèi)星，輔以GPS和本地差分增強系統(tǒng)，定位精度達幾米?！锾攸c：

全球、全天候、高精度、連續(xù)、近于實時的三維定位和導航；是針對商業(yè)和軍用的高精度衛(wèi)星導航系統(tǒng)。6、GNSS衛(wèi)星導航系統(tǒng)（國際民航組織ICAO）

組合系統(tǒng)（INMARSAT）（GPS）（GLONASS）（GAIT）地面增強和完善性系統(tǒng)（RAIM）機載獨立完善性監(jiān)控系統(tǒng)GNSS是為全球提供定位、導航、通信、授時的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的總稱。地球同步衛(wèi)星二、衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點與分類1、衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點：（P112）2、衛(wèi)星導航系統(tǒng)的分類：（P112）優(yōu)點：(1)衛(wèi)星不受地理、氣象或其他條件限制，可按需要在各種軌道上配置。(2)覆蓋效率高：只要有少數幾顆衛(wèi)星就可覆蓋全球。(3)范圍廣：衛(wèi)星導航范圍可從地面、水面、近地空間延伸到外層空間。(4)全天候導航：衛(wèi)星導航不受氣象及時間限制。(5)選擇方便：用戶選擇最好的一組衛(wèi)星進行高精度三維定位與導航。(6)使用簡便：直接顯示經、緯度船位和其他導航數據，不需特種圖表。(7)接收效果好：衛(wèi)星發(fā)射的平均功率小。(8)系統(tǒng)功能多：(定位、導航、通信、識別、授時)抗干擾，保密性強。(9)衛(wèi)星導航儀體積小、重量輕、操作簡便，減輕工作強度。缺點：(10)衛(wèi)星軌道有飄移，需改進衛(wèi)星上的設備，增加擾動補償系統(tǒng)，需地面站精確測定衛(wèi)星的軌道參數和精確地預報。(11)地面工程龐大，設備昂貴，維修費用高，衛(wèi)星壽命短，有些衛(wèi)星導航系統(tǒng)不能連續(xù)、實時導航定位或只能區(qū)域導航定位。(12)衛(wèi)星導航系統(tǒng)還不能為水下運載體提供導航。(13)衛(wèi)星導航系統(tǒng)易受少數國家的壟斷和控制，服務于所設國家的最高利益；在戰(zhàn)爭中不能為全球提供可靠的導航。1、衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點：（P112）2、衛(wèi)星導航系統(tǒng)的分類：（P112）★按測量的導航定位參量分：測角、測距、測速、測多種參量系統(tǒng)★按工作原理分：多普勒型、距離型、多普勒和距離混合型★按衛(wèi)星運行軌道的高度分：低軌（900~2700km）中軌（13000~20000km）高軌（20000~48000km）★按獲得定位數據的及時性分：間斷和連續(xù)、實時和非實時★按工作區(qū)域分：全球覆蓋系統(tǒng)、區(qū)域覆蓋系統(tǒng)、連續(xù)性全球覆蓋系統(tǒng)、連續(xù)性地帶覆蓋系統(tǒng)和連續(xù)性區(qū)域覆蓋系統(tǒng)?！锇垂ぷ鞣绞椒郑簾o源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)同步軌道：公轉速度與自轉速度同步的軌道；靜止衛(wèi)星：同步軌道面和地球赤道面重合時，衛(wèi)星相對不動。三、衛(wèi)星軌道參數1、開普勒定律：說明衛(wèi)星在地球中心引力場作用下的運動衛(wèi)星軌道：導航衛(wèi)星繞地球運行的路徑衛(wèi)星軌道參數：描述衛(wèi)星軌道的形狀、大小、軌道面

在空間的位置和衛(wèi)星在軌道上的位置。1）衛(wèi)星（行星）在不同的橢圓軌道上圍繞地球（太陽）

運動，地球（太陽）是這些橢圓的一個焦點2）衛(wèi)星（行星）的向徑（地球/太陽和衛(wèi)星/行星的連線）在相等的時間內掃過相等的面積3）衛(wèi)星（行星）繞地球（太陽）運行周期的平方和其橢圓軌道長半軸的三次方成正比（T2

a3）衛(wèi)星赤道衛(wèi)星軌道參數VS2、衛(wèi)星無攝動運行的軌道參數1）升交點赤經Ω：2）軌道傾角i：3）近地點幅角:4）軌道長半徑a:5）軌道偏心率e:6）平近點角M:Ωi春分點投影近地點P遠地點AM軌道投影N＇N升交點及其投影Ox衛(wèi)星軌道軌道平面的空間取向長半軸在軌道平面內的方向橢圓的大小和形狀計算衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置右手坐標系：過定點O，作三條互相垂直的數軸，它們都以O為原點且一般具有相同的長度單位.這三條軸分別叫做x軸(橫軸）、y軸(縱軸)、z軸(豎軸)；統(tǒng)稱坐標軸.通常把x軸和y軸配置在水平面上，而z軸則是鉛垂線；它們的正方向要符合右手規(guī)則，即以右手握住z軸，當右手的四指從正向x軸以π/2角度轉向正向y軸時，大拇指的指向就是z軸的正向，這樣的三條坐標軸就組成了一個空間直角坐標系，點O叫做坐標原點。判斷方法：在空間直角坐標系中，讓右手拇指指向x軸的正方向，食指指向y軸的正方向，如果中指能指向z軸的正方向，則稱這個坐標系為右手直角坐標系．同理左手直角坐標系。復習：3、衛(wèi)星的地心直角坐標系GPS采用WGS84坐標系格林經線零度S（x,y,z）Oxzy東90度GPS定位計算時必須進行坐標系的轉換。（WGS84坐標系轉換成地理坐標系）地軸H4、衛(wèi)星覆蓋區(qū)OROH衛(wèi)星R觀測者衛(wèi)星若衛(wèi)星的高度越高、最小仰角越小，則衛(wèi)星的覆蓋區(qū)越大。但升到一定高度時，覆蓋面積幾乎不再增加。衛(wèi)星可觀測時間，與測者位置及速度，衛(wèi)星臨空路徑及運轉速度有關。衛(wèi)星路徑長，運轉速度慢，測者緯度高，移動距離小，衛(wèi)星可觀測時間較長。第二節(jié)GPS導航系統(tǒng)設置一、GPS地面站1.跟蹤站：接收包括環(huán)境數據在內的衛(wèi)星的各種信息，并將測定的信息傳送到主控站；所測偽距1.5s更新一次，電離層氣象數據15min平滑一次。2.主控站：收集、評價數據，計算各衛(wèi)星原子鐘的校正參量、衛(wèi)星歷書、衛(wèi)星星歷、系統(tǒng)狀態(tài)并形成導航信息碼，送注入站；控制和調整偏離軌道的衛(wèi)星，啟用備用衛(wèi)星。3.注入站：地面站或地面天線，將導航信息送給衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)由GPS導航衛(wèi)星、地面站及用戶設備組成。二、GPS導航衛(wèi)星網1、GPS導航衛(wèi)星☆24（21+3）顆高軌20200km）衛(wèi)星，分布在6個軌道面上，軌道傾角約55度，地平線7.5度以上至少可以看到4顆，地平線上至少看到5顆，最多11顆；運行周期約11h58m（717.88min），約12h?！铍p頻發(fā)射：L1波段（1575.42MHz），

P碼、CA碼和導航數據碼調制；L2波段（1227.60MHz），

P碼和導航數據碼調制；以后增加L5（1176MHz）☆電源：太陽能、鎘鎳電池☆衛(wèi)星鐘：原子鐘1980.1.6.UTC0000☆微處理器、存儲器、收發(fā)機、監(jiān)測傳感器、應急通信轉發(fā)器、30度波束圓極化天線衛(wèi)星導航電文由L1和L2兩種載波頻率播發(fā)。L1由導航數據碼、偽隨機噪聲碼P、CA碼調制。L2僅由導航數據碼、P碼調制。2、GPS衛(wèi)星導航電文（衛(wèi)星發(fā)射的導航信息）1）P碼和CA碼CA碼：低速、短周期的偽隨機二進制序列碼，（1.023MHz、1ms），測距精度低，協(xié)助捕獲P碼P碼：快速、長周期的偽隨機二進制序列碼，（10.23MHz、7day），測距精度高，難于捕獲優(yōu)點:a.抗干擾CA（P）碼有良好的自相關函數，使其易于在噪聲背景中被識別；不同的CA（P）碼間有良好的互相關函數，則不同的衛(wèi)星信號間的相互干擾很小。b.用碼分多址識別衛(wèi)星：CA碼：1025種；P碼：1444種c.偽碼（CA碼與P碼）加密GPS數據經過CA（P）碼擴頻發(fā)射，又需經解擴提取d.精確測時和測距2）GPS衛(wèi)星導航電文（導航信息）a、衛(wèi)星導航電文的內容各有關系統(tǒng)的工作狀態(tài)、系統(tǒng)時間、衛(wèi)星鐘偏差校正參量、衛(wèi)星歷書、衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星識別標志等，主要用于計算衛(wèi)星的位置及衛(wèi)星鐘差校正。b、衛(wèi)星導航電文的傳輸過程導航數據碼（電文）50HZCA碼、P碼調制L1（或L2）載波調制發(fā)射計算衛(wèi)星位置識別衛(wèi)星、測量信號傳播時間運載并發(fā)射信號c、衛(wèi)星導航電文的接收過程L1（或L2）高頻信號本機CA碼或P碼（相關輸出）解調（濾波）導航數據（電文）50Hz可同時測偽距可計算出衛(wèi)星的位置GPS衛(wèi)星導航儀將接收到的GPS衛(wèi)星信號變?yōu)橹蓄l信號后，經過鎖相環(huán)路相關檢測，解調出偽隨機碼、載波及導航數據。TLMHOW數據塊I（衛(wèi)星鐘校正）TLMHOW數據塊II（星歷）TLMHOW數據塊II（星歷）TLMHOW數據塊III（歷書）TLMHOW數據塊III（歷書）tyütyü本星tyü更新/h

所有星更新/注入后6s，10字，30碼/字子幀30s50字1500碼d、衛(wèi)星導航電文的結構54123214365871096s0.6s0.02s30s1幀＝5個子幀1個子幀＝10個字1個字＝30bit4、5子幀分25頁1、2、3子幀全相同歷書完整歷書幀結構三、GPS的定位原理用戶地面站衛(wèi)星1、定位原理GPS屬球面導航系統(tǒng)衛(wèi)星的位置根據衛(wèi)星歷書計算可得(x,y,z)用戶連續(xù)測到3顆衛(wèi)星的距離，即可得到三個球面，其交點即為用戶的位置2、偽測距由于衛(wèi)星鐘誤差、用戶鐘誤差、信號傳播誤差（電離層折射誤差和對流層折射誤差）等的影響，GPS接收機測得的用戶到衛(wèi)星的距離不是真實距離，稱為偽距離。用戶到第i顆衛(wèi)星的真實距離:：X、Y、Z及Xsi、Ysi、Zsi分別是用戶和衛(wèi)星在空間三維坐標?！鱰Aitu△tAitu3、定位計算1）導航儀根據其內存儲的GPS歷書，計算衛(wèi)星的概略位置2）導航儀根據鍵入的推算船位、時間、精度幾何因子數值選擇仰角≥5°、幾何配置最好的4顆或3顆衛(wèi)星3）導航儀對GPS衛(wèi)星進行頻率和偽碼的二維搜索，碼同步后轉入載波相位跟蹤、檢測和存儲導航電文；4）導航儀根據所測的偽距、從衛(wèi)星星歷算出的衛(wèi)星位置、及傳播延時的計算和修正，計算出用戶的位置GPS導航儀可以同時接收4顆衛(wèi)星的信號進行定位；也可以用一個接收通道依次選擇不同的衛(wèi)星進行時序接收衛(wèi)星信號定位。定位計算過程如下：三維定位需選四顆衛(wèi)星★偽測距偽測距即為測量偽距，GPS通常采用偽碼法進行測距。偽碼法：又稱碼相關法，即用戶設備產生一組與衛(wèi)星相同的偽碼，二者進行比相，求得用戶到衛(wèi)星的偽距離的方法。偽距測量示意圖：t全“1”狀態(tài)發(fā)射偽碼全“1”狀態(tài)t收到的帶噪聲偽碼t本地跟蹤偽碼tττ第三節(jié)GPS衛(wèi)星導航儀一、定義：用GPS衛(wèi)星信號進行定位和導航的接收設備。二、組成：硬件、機內軟件、GPS數據的后處理軟件包。三、電源：采用機內、機外兩種直流電源機外電源自動向機內電源充電更換外電源時，用機內電源定位關機后，內存儲器由機內電源供電四、GPS接收機對信號的接收處理CA碼、單頻GPS接收機變頻與中放相關檢測偽碼、載波跟蹤鎖相環(huán)路數據檢測偽碼與多普勒頻率測量微處理器五、CA碼單頻GPS接收機的主要技術性能和功能1.主要技術指標（P118）2.主要功能1）顯示定位和導航數據2）設置參數：HDOP等3）位置更新約1s，導航數據更新3~5s4）顯示衛(wèi)星信息：編號、仰角等5）存儲、設計航線和航路點6）報警功能：偏航、錨位監(jiān)視、故障等7）接口：輸入輸出(1)接收頻率為1575．42MHz±1MHz（L１），接收碼為CA碼。(2)接收通道：接收通道必須能跟蹤4顆以上的衛(wèi)星。(3)接收靈敏度小于－130dBm(仰角5°以上的衛(wèi)星)，跟蹤速度為100kn左右。(4)精度（視美國的政策確定）：定位20m，(HDOP≤3，CA碼)，速度0．1kn。六、GPS接收機的安裝（P118）①>0.5m②>1m③>4m④>1.5m⑨>3m⑩>5m⑤避開雷達波束（30或40）⑥>1m⑦距離視鋼柱直徑⑧大小而定（若⑧≤10cm,則>1.5m；若⑧≥30cm，則>3m）七、GPS接收機的操作方法1、啟動的方法1）日常啟動：日常的關機后的啟動稱為日常啟動。

2）熱啟動：船位變化不大于100英里或3個月以內進行過通電接收，衛(wèi)星導航儀已收集歷書，進行啟動，稱為熱啟動。

3）冷啟動：冷啟動的初始化輸入：①輸入時間②輸入概略船位③設置HDOP值，一般置10④輸入天線高度⑤設置測地系⑥設置區(qū)時⑦設置各種報警數值2、GPS定位：3、GPS衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)顯示：可見衛(wèi)星編號、仰角、方位、所接收的衛(wèi)星編號與信號強度、導航儀工作狀態(tài)及DOP值。定位分類：5、使用GPS的注意事項：（P120）定位顯示：4、GPS導航儀顯示方式：1）標繪顯示：航跡標繪、船位、航向、航速等2）航路顯示：三維意向圖、導航數據等3）操舵顯示：方位標尺、航路點方位和距離等4）導航數據顯示：船位、航向、航速、時間等5）用戶顯示：用戶選擇的區(qū)域最佳選星原則5~854顆或3顆1）靜態(tài)定位和動態(tài)定位2）單點定位和相對（差分）定位經度、緯度、高度、航跡向、航速等參數(1)GPS衛(wèi)星導航儀，根據衛(wèi)星電文定時更新歷書。若提供的歷書的時間已隔很久，或定位誤差明顯偏大，則應按操作步驟清除歷書及內存，并且進行初始化操作。(2)不同的HDOP值，有不同的定位精度。若HDOP的實際值超限，則GPS導航中斷。當HDOP太大時，誤差有發(fā)散趨勢。(3)當有多顆衛(wèi)星定位或HDOP、PDOP超限時，可自動或人工選擇GPS星座。最佳選星原則是選擇仰角在5°和85°之間的4顆(3D)或3顆(2D)GPS衛(wèi)星，并且使GPS衛(wèi)星和測者所構成的空間幾何圖形,使精度幾何因子GDOP值為最小的一組GPS衛(wèi)星。(4)盡量采用所使用海圖的測地系。GPS衛(wèi)星導航儀自動選擇WGS-84坐標系。(5)選擇合適的運動狀態(tài)。定點定位時，工作狀態(tài)置于“靜止”；慢速航行時，置于“低狀態(tài)”；高速航行或搖擺劇烈時，置于“高動態(tài)”。工作狀態(tài)不同，濾波作用各異。(6)利用衛(wèi)星狀態(tài)顯示(例如：信號強度)可自動或人工啟用或停用某顆衛(wèi)星。（7）衛(wèi)星每天約提前4min經過某一地區(qū)上空。第四節(jié)GPS衛(wèi)星導航儀定位誤差一、偽測距誤差：1、衛(wèi)星誤差：2、信號傳播誤差：3、衛(wèi)星導航儀誤差：導航儀通道間誤差導航儀噪聲量化誤差電離層折射誤差對流層折射誤差多徑效應星歷表誤差衛(wèi)星鐘剩余誤差群延遲誤差???????íì￡￡￡￡￡mPmCAmmPmCA2.11.3

4.04.04.6：應效徑多對流層誤差：電離層誤差：信號傳播誤差???????????????íì偽測距誤差???íì￡時：延群衛(wèi)星鐘剩余誤差：差：誤表歷星差誤星衛(wèi)7.2mm1.3￡tyü???????íì￡￡：差誤化量：聲噪機本通道間偏差：差誤儀導衛(wèi)

15.06.0mPmCAmPmCA24.044.2￡￡t??yümPmCA3.46.8￡￡T?????????t?????????yü多徑效應二、幾何誤差若測距誤差為定值，用戶與衛(wèi)星的空間幾何圖形不同時，定位的誤差也不相同。精度幾何因子（GDOP）用來描述用戶與衛(wèi)星的幾何關系對定位誤差影響的大小。GDOP值越小，選用的衛(wèi)星的幾何圖形配置越理想，位置和時間的偏差值也越小。當

δ=1

時，則：GDOP——精度幾何因子；PDOP——三維位置精度幾何因子；HDOP——水平方向精度幾何因子；TDOP——時鐘偏差幾何因子；VDOP——高程精度幾何因子船上HDOP=10時，定位值可用三、測速誤差四、海圖標繪誤差：大地坐標系不同引入的誤差水平0.03~0.13m/s垂直0.05~0.21m/sGDOP同樣適用若

P

≤4.3m

HDOP=1.56.5m誤差

CA

≤8.6m

HDOP=1.5

12.9m誤差誤差表達式：偽測距誤差(σ)×PDOP=位置誤差偽測距誤差(σ)×TDOP＝時鐘誤差偽測距誤差(σ)×VDOP＝高程誤差偽測距誤差(σ)×HDOP＝水平位置誤差結束第五節(jié)DGPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)差分GPS（DifferentialGPS）DGPS組成：GPS衛(wèi)星網、基準站、數據鏈、用戶。DGPS基準站是位置已知的GPS固定監(jiān)測站。DGPS基準站跟蹤、測量衛(wèi)星的偽距、載波相位和差分校正數據，并格式化為標準的信號格式播發(fā)給用戶。DGPS基準站用GPS衛(wèi)星導航儀定位后，與其已知位置比較，計算出修正量（偽距或位置修正量），經數據鏈雙向或單向通信，對用戶測量的數據進行修正，使用戶獲得高精度定位。一、DGPS基準站基準站將每顆衛(wèi)星的偽距修正值、偽距修正值變化率和星歷數據齡期AODE用上行數據播發(fā)給作用區(qū)內的用戶，對用戶觀測偽距進行修正，求出用戶的位置；(隱蔽,用戶無限)

用戶傳送選用的衛(wèi)星和位置數據，由基準站修正，將修正后的定位數據傳輸給用戶，求出用戶的位置（GPS基準站與用戶必須同步觀測相同的衛(wèi)星）。二、DGPS分類1.偽距差分（米級）2.位置差分（米級）3.相位平滑差分（亞米級）4.載波相位差分（厘米級）5.局域差分6.廣域和廣域增強差分偽距修正值及其變化率（雙向）位置修正值及其變化率（雙向）多普勒計數或載波相位輔助偽距測量基準站載波相位和坐標送用戶處理若干基準站組成局域網基準站網和主控臺（組合處理）局域DGPS局域DGPS(LocalArea,DGPS)是在局域區(qū)(150km)內設置DGPS基準站，將DGPS修正電文，發(fā)送給用戶，使用戶獲得高精度定位。若由若干基準站組成局域差分網，用戶用最近的基準站或者用多個基準站加權差分定位。三、DGPS數據鏈★載波頻率：無線電信標頻率（RTCM104推薦）范圍：285kHz~325kHz；常用291.5kHz~318.5kHz★導航電文：差分校正相關信息（P126）格式：與GPS格式基本相同，區(qū)別子幀長度不固定我國沿海DGPS基準站：信息格式：RTCMSC-104電文類型：1、3、5、7、9、16信息速率：200bit/s發(fā)射總功率：200W，其中DGPS為140W，RBN為60WBeaconInformation：StationnameFrequencyMSKrateLocationTransmittingIDReferencestationIDFieldStrengthOperatingnotes

黃、渤海海區(qū)無線電指向標及差分全球定位系統(tǒng)分布圖如

：

DASANSHAN

3851.8N12149.5E

RANGE：160nmile

ID：DS

BEACON：301kHz，A1

DGPS：301.5kHz

REF1：602

REF2：603

BRD：601

INF：3,7,9-3,16,59差分信息調制方式：

采用最小頻移鍵控（MSK）播發(fā)類別：

調相單信道數據傳輸（G1D）信號格式：

RTCMSC-104信號格式標準差分數據傳輸率：200波特工作時間：晝夜工作四、DGPS初始化輸入1、選擇無線電信標信號搜索方式：INT、EXT、OFF2、選擇無線電信標（BEACON）：AUTO、MANUAL3、選擇無線電信標信號的發(fā)射速率和頻率：

RATE：50、100、200bit/s

FREQ：信標臺發(fā)射頻率，如301.5kHz五、DGPS的定位精度DGPS只能消除和削弱基準站和用戶GPS衛(wèi)星導航儀的公共測距誤差，包括：衛(wèi)星鐘剩余誤差、星歷表誤差、電離層和對流層折射誤差、SA與AS誤差

對于非公共誤差：多徑效應、導航儀噪聲、量化誤差、通道間偏差，DGPS不能消除和削弱

DGPS的差分效果隨著用戶與DGPS基準站之間的距離增大而逐漸變差第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航1.航路點（WAYPOINT）導航2.定點導航3.航線（ROUTE）導航：4.編輯航線：添加、刪除等5.航跡線標繪：自動、定時第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航1.航路點（WAYPOINT）導航船舶欲到達的地理位置稱為航路點航路點的作用是：A.編制航線B.作為船舶導航的目標

先將航路點鍵入GPS衛(wèi)星導航儀，編制好航路點表后;

再選中一個航路點,導航時，GPS衛(wèi)星導航儀將引導船舶駛向此航路點。第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航2.定點導航（拋錨、丟錨、人落水、特殊事件的位置）

將船舶定點位置鍵入GPS衛(wèi)星導航儀;

設定偏航界線；船舶超界時發(fā)出導航報警，第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航3.航線（ROUTE）導航：航線設計：1）用航路點表中的航路點2）用航線菜單上的航路點3）用游標（簡單）4）航跡線作為返航航線（MARK/MOB人工）實質相同GPS衛(wèi)星導航儀存儲一組包括起點、中點和終點的坐標值。船舶在航行過程中，逐個駛過各個航路點，顯示導航參數，到達目的地，這種導航為：______A.GPS定點導航B.GPS航路點導航C.GPS航線導航第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航3.航線（ROUTE）導航：GPS衛(wèi)星導航儀存儲一組包括起點、中點和終點的坐標值。船舶在航行過程中，逐個駛過各個航路點，顯示導航參數，到達目的地，這種導航為GPS航線導航.第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航3.航線（ROUTE）導航：航線設計：1）用航路點表中的航路點2）用航線菜單上的航路點3）用游標（簡單）4）航跡線作為返航航線（MARK/MOB人工）實質相同第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航4.編輯航線：添加、刪除等從航路子菜單中，選擇航線----航路點----"CHANGE?"----命名航路點，在航線上進行置換航路點操作。從航路子菜單中，選擇航線----地點----“INSERT?”----航路點，在航線上進行插入航路點操作第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航4.編輯航線：添加、刪除等從航路子菜單中，選擇航線----“CMNT”----注入注釋，在航線上進行改變航線注釋(名稱)操作從航路子菜單中，選擇航線----航路點----"SKIP?"----航路點，在航線上進行臨時從航線中刪除航路點操作第六節(jié)GPS在導航中的應用一、用GPS衛(wèi)星導航儀導航5.航跡線標繪：自動、定時GPS衛(wèi)星導航儀進行航跡線標繪時，采樣航跡點主要用來:

A.繪畫航跡線(計算機下載航跡線)

B.用于設計返航航線二、用GPS衛(wèi)星導航儀報警到達警、錨更警、偏航警、速度警、

DGPS警、

時間警和距離警DGPS信標信號丟失報警類型：短、長、固定設置報警的種類和報警范圍（報警的半徑、報警帶的寬度及限定的時間等）。報警時，用字符、音響和視覺示警。三、用GPS衛(wèi)星導航儀標繪四、用GPS衛(wèi)星導航儀計算方位與距離1.縮放圖象2.游標狀態(tài)和數據3.移動顯示4.改變航跡標繪間隔、停止標繪5.刪去航跡6.方位基準1.兩航路點之間2.始點和終點之間的距離、方位、預計航行時間和到達時間真北（TRUE）：電羅經；經緯度補償磁北（MAG）：磁羅經；磁差補償（自動、手動）第七節(jié)GPS在測量中的應用一、GPS用于船舶等載體的姿態(tài)測定1.載體姿態(tài)的確定載體坐標系相對于地平坐標系之間的空間取向，即為載體姿態(tài)。航向角θ橫搖角φ縱搖角ψ首向OXYZ第七節(jié)GPS在測量中的應用一、GPS用于船舶等載體的姿態(tài)測定1.載體姿態(tài)的確定利用三副GPS天線構成兩條獨立基線，通過6個觀測方程可求解載體姿態(tài)。O第七節(jié)GPS在測量中的應用O一、GPS用于船舶等載體的姿態(tài)測定載體姿態(tài)測量精度與基線測量精度及基線長度成正向關系?；€越長，基線長度測定精度越高，求解姿態(tài)角精度越高但基線越長，相位模糊度也越大。

GPS/DGPS羅經是一種以GPS/DGPS為基準的羅經，能提供GPS/DGPS定位、導航信息及航向信息

GPS羅經與DGPS羅經的性能不受航速、航向、緯度以及地磁等變化的影響2.GPS/DGPS羅經2.GPS/DGPS羅經3個GPS天線單元、處理器單元和顯示器單元總共三個單元組成.3個GPS天線系統(tǒng)，通過測量GPS載波相位的方法解算航向2.GPS/DGPS羅經GPS/DGPS羅經穩(wěn)定時間4min以內，隨動性能25°/sGPS羅經與DGPS羅經的特點是：電源電壓很小（12-24VDC）,用電量也很?。?5W）。B.沒有羅盤平衡環(huán)或者旋轉測量儀表等機械配件C.不需要日常維護2.GPS/DGPS羅經GPS/DGPS羅經顯示：1）刻度盤式羅經顯示2）操舵顯示3）導航數據顯示4）船首向顯示GPS/DGPS羅經輸出:真船首向和對地航向、對地航速、GPS/DGPS定位及其他導航數據二、GPS用于船舶機動性能的測定1.用于船速測量GPS測速精度為：5％～10％

DGPS測速精度為1％,相對測速精度可達0．1％。2.用于測量船舶旋回半徑在測量時，從下達轉向舵令開始，每30s記錄一次GPS或DGPS定位數據3.用于船舶舵角提前量的測量4.用于測量船舶航向穩(wěn)定性和慣性第七節(jié)GPS在測量中的應用結束三、GPS用于其他方面第七節(jié)GPS在測量中的應用1.高精度授時

GPS用于高精度授時，在取消SA以后，GPS可獲得4秒授時精度2.車輛指揮和調度車輛利用GPS衛(wèi)星導航儀和通信設備將車輛的編號、GPS車位和定位時間發(fā)送到調度中心。調度中心對GPS車位進行差分，用交通指揮控制屏，對車輛進行指揮和調度3.筑路工程4.科學研究結束根據GPS基準站的位置與GPS衛(wèi)星星歷，計算出GPS衛(wèi)星到GPS基準站的距離。此距離與GPS基準站用CA碼測量的偽距之差，稱為偽距修正值?；鶞收緦⒚款w衛(wèi)星的偽距修正值、偽距修正值變化率和星歷數據齡期AODE用上行數據播發(fā)給作用區(qū)內的用戶，對用戶觀測偽距進行修正，求出用戶的位置；(隱蔽,用戶無限)用戶用下行數據傳輸偽距測量數據和選用的衛(wèi)星，基準站修正其偽距，并用上行數據通信將修正后的偽距傳輸給用戶，求出用戶的位置。偽距DGPS是較為廣泛應用的技術，定位精度可達3～10m。(不隱蔽,用戶有限)根據GPS基準站的位置與GPS基準站用CA碼測量的位置求得的差稱為位置修正值。DGPS基準站把位置修正值、位置修正值變化率及星歷數據齡期AODE用上行數據通信播發(fā)給作用區(qū)域內的用戶，對用戶觀測位置進行修正，求出用戶的位置；由用戶傳送選用的衛(wèi)星和位置數據，由基準站將校正后的定位數據傳輸給用戶（GPS基準站與用戶必須同步觀測相同的衛(wèi)星）DGPS基準站與用戶同步觀測DGPS基準站與用戶觀測相同衛(wèi)星DGPS基準站播發(fā)4組組合的修正量廣域DGPS(WideAreaDGPS,WADGPS)是在一定區(qū)域設立DGPS基準站網，與一個或多個主控臺組網。主控臺接收來自各監(jiān)測臺的DGPS校正信號，經過處理組合后，形成在擴展區(qū)域(1000～1500km甚至更長)內的有效DGPS修正電文，發(fā)送給用戶，使用戶獲得高精度定位。廣域增強系統(tǒng)(WideAreaAugmentationDGPS,WAAS)是廣域DGPS增強系統(tǒng)，是在衛(wèi)星上加載L波段轉發(fā)器，實施導航重疊和廣域增強電文廣播，廣播類GPS信號，向用戶提供附加測距信息、廣域DGPS改正信息、改善航行安全的完善性信息，在廣泛區(qū)域內，提供DGPS定位與導航。優(yōu)點:覆蓋廣,連續(xù),可靠,遠距離,高精度.減少設臺,避免重發(fā),節(jié)省資金.發(fā)射包含DGPS數據的無線電信標稱為DGPS無線電信標。它用差分校正數據在副載頻上對無線電信標信號進行調制。DGPS無線電信標由DGPS基準臺、完善性監(jiān)視器、發(fā)射機與計算機等組成，發(fā)射差分校正數據和鍵控未調制音頻的A1A無線電測向信號。第八節(jié)北斗星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)為覆蓋范圍內的入網注冊用戶提供定位、導航、通信和增值信息的服務

是有源測距衛(wèi)星導航系統(tǒng)第八節(jié)北斗星導航系統(tǒng)一、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組成1.

組成：北斗衛(wèi)星網、地面控制中心、用戶設備地面控制中心：整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理、通信、授時和所有用戶終端位置的計算

北斗衛(wèi)星導航星座也用于全球導航系統(tǒng)的區(qū)域增強系統(tǒng)的轉發(fā)衛(wèi)星

第八節(jié)北斗星導航系統(tǒng)一、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組成2.

功能：★區(qū)域、全天候、高精度、近于實時的定位，1s內完成定位，精度優(yōu)于20m，DGPS狀態(tài)下精度為2~5m★雙向數字通信，120個漢字信息/次★授時二、北斗衛(wèi)星導航星座★衛(wèi)星數量：2+1顆，轉發(fā)裝置——中繼★軌道高度：36000km左右，同步軌道★運行周期：約24h，與地球同步★軌道傾角：0★衛(wèi)星位置：赤道面東經80、140、110.5（備）★覆蓋范圍：5N~55N，70E~145E★發(fā)射頻率：上行L頻段（1610~1626.5MHz）下行S頻段（2483.5~2500MHz）

C頻段★衛(wèi)星電源、衛(wèi)星原子鐘三、北斗衛(wèi)星導航工作原理用戶中心站r1r2s1s2rS1rS2電子高程地圖庫：提供一個以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。三、北斗衛(wèi)星導航工作原理用戶中心站r1r2s1s2rS1rS2在利用雙星定位時，衛(wèi)星必須在地面中心的視界之內，用戶則須處于衛(wèi)星工作區(qū)域之內，但并不要求也處于地面中心的視界內三、北斗衛(wèi)星導航工作原理★北斗星導航缺陷：用戶不隱蔽、容量有限、僅能二維定位、不與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容。用戶中心站r1r