測量與傳感器位置確定課時

位置的確定：航向測量系統(tǒng)給出飛機在大氣空間相對于某一基準線的方位角，也就是指明了其飛行的方向，現(xiàn)在面臨的是如何給出其在地球坐標系中的位置？在GPS衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)發(fā)明之前，飛機是如何進行飛行位置的確定呢？飛機航向+導航地圖+地標；無線電；地面引導；4/6/20231位置的確定：時間：1988年7月11日；機型：Tupolev-154M/B2603；公司：中國新疆航空公司；航線：烏魯木齊－廣州－上海。飛機進入湖北、安徽、江西三省交界區(qū)域，由于遇雷雨區(qū)，飛機作機動飛行，離開正常航路，進行繞飛。之后由于航向儀故障，無法確定飛機飛行方向，導致無法進入正確航道，途中遇飛機燃油報警。再因地面雷達設(shè)備的落后，無法給出飛機準確位置。飛行員只能降低飛機高度尋找地標，但天氣條件不好，風險極大！這時，地面導航人員終于報告飛機較為準確位置，并引導飛機改變航向飛向南昌機場。同時，飛行員發(fā)現(xiàn)附近有一簡易機場，考慮到備降燃油不足，飛行員決定就地降落。此機場為一軍用機場，1972年廢棄，跑道長1250米，寬50米，砂石土質(zhì)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)擴建為民航廬山機場。雖然空中能迷路，不過開戰(zhàn)機出身的飛行員技術(shù)上確實不含糊，在如此復(fù)雜環(huán)境、天氣狀況、能見度差的情況下，完全沒有地面設(shè)備輔助，成功迫降十里堡機場，162名中外旅客及11名機組人員全部安全。'2603'空中迷航事件4/6/20232位置的確定：定位：所謂定位就是通過測定飛機到地面上的兩個已知其精確位置的導航臺的距離，或利用測定到一個導航臺的距離和方位角，來確定飛機的位置。4/6/20233位置的確定：定位：無線電導航是利用無線電保障運載工具安全、準時地從一地航行到另一地的技術(shù)和方法。導航和定位密切相關(guān)，連續(xù)定位實質(zhì)上就是導航。發(fā)展歷史：

20世紀20～30年代，無線電測向是航海和航空僅有的一種導航手段，而且一直沿用至今，不過它后來已成為一種輔助手段。第二次世界大戰(zhàn)期間，無線電導航技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種導航系統(tǒng)。雷達也開始在艦船和飛機上用作導航手段。飛機著陸開始使用雷達和儀表著陸系統(tǒng)。60年代出現(xiàn)子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)。70年代微波著陸引導系統(tǒng)研制成功。80年代，同步測距全球定位系統(tǒng)研制成功。

無線電導航(RadioNavigation)4/6/20234位置的確定：定位：基本特性：無線電導航主要利用電磁波傳播的基本特性：電磁波在在均勻理想媒質(zhì)中，沿直線（或最短路徑）傳播；電磁波在自由空間的傳播速度是恒定的；電磁波在傳播路線上遇到障礙物或在不連續(xù)媒質(zhì)的界面上時會發(fā)生反射。無線電導航就是利用上述特性：通過無線電波的接收、發(fā)射和處理，導航設(shè)備能測量出所在載體相對于導航臺的方向、距離、距離差、速度等導航參量（幾何參量）；通過測量無線電導航臺發(fā)射信號(無線電電磁波)的時間、相位、幅度、頻率參量，可確定運動載體相對于導航臺的方位、距離和距離差等幾何參量，從而確定運動載體與導航臺之間的相對位置關(guān)系，據(jù)此實現(xiàn)對運動載體的定位和導航。無線電導航(RadioNavigation)4/6/20235位置的確定：無線電測高和雷達測高：飛行高度是飛機的重要飛行參數(shù)，前面介紹的是利用大氣靜壓隨高度升高而減小的規(guī)律進行飛行高度測量的方法，這一方法具有普遍性。但對于精度要求較高的場合，該方法是不能保證的。無線電測高和雷達測高是利用無線電波的反射特性進行飛行高度測量的方法。4/6/20236位置的確定：無線電測距：無線電測距，即用無線電的方法測量距離，基本原理是利用無線電的恒速直線傳播特性。分類：脈沖測距（直接測量方法）：相位測距（間接測量方法）；頻率測距（間接測量方法）。4/6/20237位置的確定：無線電測距：無線電測距，即用無線電的方法測量距離，基本原理是利用無線電的恒速直線傳播特性。分類：脈沖測距：ABD直接測時一類測距儀稱為脈沖式測距儀，該儀器因其精度較低通常只用于精度較低的遠距離測量、地形測量和炮瞄雷達測距4/6/20238位置的確定：無線電測距：無線電測距，即用無線電的方法測量距離，基本原理是利用無線電的恒速直線傳播特性。分類：相位和頻率測距:

用一種連續(xù)波（無線電波，精密光波測距儀采用光波）作為“運輸工具”（稱為載波），通過一個調(diào)制器使載波的振幅或頻率按照調(diào)制波的變化做周期性變化。測距時，通過測量調(diào)制波在待測距離上往返傳播所產(chǎn)生的相位變化，間接地確定傳播時間t，進而求得待測距離D。4/6/20239位置的確定：無線電測距：無線電測距，即用無線電的方法測量距離，基本原理是利用無線電的恒速直線傳播特性。脈沖測距之獨立定時器測距：要求t10=t20；脈沖頻率要精確相等；要求回報！精度差！只能適用于遠距離導航參數(shù)測量！4/6/202310位置的確定：無線電測距：無線電測距，即用無線電的方法測量距離，基本原理是利用無線電的恒速直線傳播特性。脈沖測距之無源反射式測距：發(fā)射機功率要大；接收機靈敏度要高；雷達運行的基本方式。4/6/202311位置的確定：無線電測距：無線電測距，即用無線電的方法測量距離，基本原理是利用無線電的恒速直線傳播特性。脈沖測距之詢問問答式測距：應(yīng)用范圍較廣；雷達監(jiān)測回饋系統(tǒng)常用的方式。4/6/202312位置的確定：衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位系統(tǒng)是借助于在預(yù)訂空間軌道上運行的人造地球衛(wèi)星進行定位的一種導航技術(shù)，基本模式還是采用無線電波。工作原理：導航衛(wèi)星位于高空軌道，作有規(guī)律運動，其位置在每時每刻都是精確確定的。當具有無線電接收機時，可接收衛(wèi)星發(fā)出的無線電導航信號，通過時間測距或者多普勒測速便可分別獲得接收機相對于衛(wèi)星的距離及速度等導航參數(shù)；并根據(jù)衛(wèi)星發(fā)送的時間、軌道等參數(shù)便可直到是哪一顆衛(wèi)星是信號源，從而解算出接收機的坐標。一般來說，衛(wèi)星的位置精確可知，在觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。

事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

4/6/202313位置的確定：衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位系統(tǒng)是借助于在預(yù)訂空間軌道上運行的人造地球衛(wèi)星進行定位的一種導航技術(shù)，基本模式還是采用無線電波。主要衛(wèi)星定位系統(tǒng)：中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；美國GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位系統(tǒng)；俄羅斯GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)衛(wèi)星導航系統(tǒng)；歐盟伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)…。4/6/202314位置的確定：衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位系統(tǒng)是借助于在預(yù)訂空間軌道上運行的人造地球衛(wèi)星進行定位的一種導航技術(shù)，基本模式還是采用無線電波。

GPS全球定位系統(tǒng)：是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。

全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：地面控制部分，由主控站(負責管理、協(xié)調(diào)整個地面控制系統(tǒng)的工作)、地面天線(在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文)、監(jiān)測站(數(shù)據(jù)自動收集中心)和通訊輔助系統(tǒng)(數(shù)據(jù)傳輸)組成；空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個道平面上；用戶裝置部分，主要由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成。

4/6/202315位置的確定：衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位系統(tǒng)是借助于在預(yù)訂空間軌道上運行的人造地球衛(wèi)星進行定位的一種導航技術(shù)，基本模式還是采用無線電波。

GPS全球定位系統(tǒng)：全球定位系統(tǒng)的主要特點：全天候；全球覆蓋；三維定速定時高精度；快速省時高效率；應(yīng)用廣泛等。定位精度高：定位精度優(yōu)于10m，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。應(yīng)用實踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50KM以內(nèi)可達10-6，100-500KM可達10-7，1000KM可達10-9。在300-1500M工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm,校差中誤差為0.3mm。觀測時間短：隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。

4/6/202316位置的確定：衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位系統(tǒng)是借助于在預(yù)訂空間軌道上運行的人造地球衛(wèi)星進行定位的一種導航技術(shù)，基本模式還是采用無線電波。

GPS全球定位系統(tǒng)：全球定位系統(tǒng)的主要用途：陸地應(yīng)用，主要包括車輛導航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等；海洋應(yīng)用，包括遠洋船最佳航程航線測定、船只實時調(diào)度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；航空航天應(yīng)用，包括飛機導航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導彈制導、航空救援和載人航天器防護探測等。4/6/202317位置的確定：衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位系統(tǒng)是借助于在預(yù)訂空間軌道上運行的人造地球衛(wèi)星進行定位的一種導航技術(shù)，基本模式還是采用無線電波。

GPS全球定位系統(tǒng)：GPS衛(wèi)星接收機：種類很多，根據(jù)型號分為測地型