GPS測速定姿與授時

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1、GPS應(yīng)用技術(shù)1、GPS測速技術(shù)2、GPS測姿技術(shù)3、GPS測向技術(shù)4、GPS測時技術(shù)1、GPS測速技術(shù)基于GPS高精度定位結(jié)果,通過位置差分來獲取速度;利用GPS原始多普勒觀測值直接計算速度;利用載波相位中心差分所獲得的多普勒觀測值來計算速度。3種方法之間有一的聯(lián)系，源于速度數(shù)學(xué)定義公式。不過由于計算思路不同，所利用的觀測量也不同，部分方法還作了不同程度的近似假設(shè)，所以它們所確定的速度的精度也不同。位置差分測速法優(yōu)點：不需要新的觀測值，直接利用定位結(jié)果計，簡單方便缺點：是平均速度，時間間隔過長時不準(zhǔn)確，不穩(wěn)定應(yīng)用場合：低速載體的速度測定原理：假設(shè)于歷元t1和t2測定

2、的載體實時位置分別為X1(t1)和X2(t2)，則其運動速度可簡單地表示為：由此可得載體運行方向的速度為：多普勒頻移測速法fi為多普勒測速儀所發(fā)射的微波頻率；υg是載體在運動方向上的速度分量，稱之為地速（沿著地球表面運動的速度）；?為運動方向和回波方向之間的夾角；υr是載體相對回波方向的徑向速度；c為電磁波的傳播速度。如果測得多普勒頻移fd，便可解算出載體的航行速度υg或υr如果測得多普勒頻移fd，便可解算出衛(wèi)星與用戶之間的距離變化率，即如果大氣折射對偽距觀測量的影響已改正，則站星偽距觀測方程：考慮衛(wèi)星鐘差可由導(dǎo)航電文給出的參數(shù)加以修正，則偽距的時間變率為：多普勒頻移

3、測速原理多普勒頻移測速原理如果衛(wèi)星的運動速度已知，則有誤差方程：當(dāng)同步觀測的衛(wèi)星數(shù)大于4時，相應(yīng)的誤差方程組為：由此得：上述計算的條件是衛(wèi)星的運行速度已知（根據(jù)導(dǎo)航電文所提供的數(shù)據(jù)進行計算）。衛(wèi)星運行速度計算的實用公式載波相位中心差分測速法利用歷元t-h和t+h的載波相位觀測值φ1和φ3,作中心差分,可以獲得歷元t多普勒頻移觀測值：其中,h為采樣間隔。然后用它代替原始多普勒頻移觀測值三種測速方法的比較分析靜態(tài)測試三種測速方法的比較分析動態(tài)測試以將原始多普勒頻移觀測值所確定的速度作為參考三種測速方法的比較分析動態(tài)測試三種測速方法的比較分析動態(tài)測試三種測速方法的比較分析位

4、置中心差分法和載波相位中心差分法都是假設(shè)載體作勻速運動的近似方法，都要求1Hz甚至更高的采樣率，其測速精度主要取決于載波觀測值精度和載體運動狀態(tài)；原始多普勒頻移法比較精確。其速度精度主要取決于多普勒頻移觀測值的精度，基本不受載體運動狀態(tài)影響；載體勻速運動時，位置差分和載波相位中心差分確定的速度的精度基本相同，但稍優(yōu)于原始多普勒觀測值所確定的速度的精度；非勻速運動時，原始多普勒頻移法測速精度最好，載波相位中心差分法次之，位置中心差分法最差。2、GPS測姿技術(shù)載體坐標(biāo)系（BFS)地平坐標(biāo)系（LLS)慣導(dǎo)系統(tǒng)（INS）測姿技術(shù)“GPS陀螺儀”：多GPS天線測姿技術(shù)天線布設(shè)：

5、只要測出此基線在地理坐標(biāo)系中的指向（或基線矢量），即可確定俯仰角θ和航向角ψ，如果再用一個天線位于載體右橫軸，形成另一條基線，且兩條基線互相垂直，則可測出載體的橫滾角，其布局成“L”形。只要測定兩個基線在地理坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（x1，yl，z1）T和（x2，y2，z2）T，就可以通過如下公式直接計算姿態(tài)角：“GPS陀螺儀”：多GPS天線測姿技術(shù)基線矢量坐標(biāo)（x2，y2，z2）T繞地理坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)ψ，再繞地理坐標(biāo)系X軸方向旋轉(zhuǎn)θ得到坐標(biāo)值（）T，橫滾角為：特點：（1）、基線短，各個天線軸之間的距離很近，從幾個厘米到幾十米之間；（2）、不分基準(zhǔn)站和從觀測站，每一個天線所在的

6、位置都是未知量；（3）、基線的長度是一般經(jīng)過精密測量，作為己知值；（4）、利用多天線測姿時，天線安裝要求中心嚴(yán)格在一個水平面上，安裝技術(shù)難度大?！癎PS陀螺儀”：雙GPS天線測姿技術(shù)在一個運動載體的兩個不同位置上分別安設(shè)GPS信號接收天線，而用GPS載波相位測量求解出運動載體的二維姿態(tài)參數(shù)。使用兩根GPS天線進行運動載體的姿態(tài)測定，只能估計出兩個姿態(tài)角。L12為A12基線的長度。天線A1到天線A2的矢量方向可以確定偏航角，天線A2的坐標(biāo)（L12，0，0），將天線A1設(shè)置為載體坐標(biāo)系和當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系的原點，可以直接計算偏航角和俯仰角：“GPS陀螺儀”：單GPS天線測姿技

7、術(shù)多天線GPS測姿系統(tǒng)的不足各個GPS接收機天線延遲、噪聲相互獨立；運算量大，實時性難以保證；天線安裝時要求中心嚴(yán)格在一個水平面上，安裝技術(shù)難度大。傳統(tǒng)姿態(tài)是由載體系相對于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的歐拉角來描述的，即偏航角、俯仰角、橫滾角。利用單天線GPS確定的姿態(tài)為偽姿態(tài)，與傳統(tǒng)姿態(tài)不同，由穩(wěn)定坐標(biāo)系相對于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的歐拉角來描述的。偽偏航角：載體速度矢量在水平面中的投影與地理坐標(biāo)系的Y軸之間的夾角；偽橫滾角：在穩(wěn)定坐標(biāo)系下，Xs軸繞Ys軸轉(zhuǎn)動的角度?！癎PS陀螺儀”：單GPS天線測姿技術(shù)試驗結(jié)果I純GPS定姿，存在許多飛點，造成定姿錯誤；試驗結(jié)果II在