GPS測(cè)速、定姿與授時(shí)

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1、GPS應(yīng)用技術(shù)1、GPS測(cè)速技術(shù)2、GPS測(cè)姿技術(shù)3、GPS測(cè)向技術(shù)4、GPS測(cè)時(shí)技術(shù)1、GPS測(cè)速技術(shù)基于GPS高精度定位結(jié)果,通過(guò)位置差分來(lái)獲取速度;利用GPS原始多普勒觀測(cè)值直接計(jì)算速度;利用載波相位中心差分所獲得的多普勒觀測(cè)值來(lái)計(jì)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(guò)由于計(jì)算思路不同，所利用的觀測(cè)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(cè)速法優(yōu)點(diǎn)：不需要新的觀測(cè)值，直接利用定位結(jié)果計(jì)，簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：是平均速度，時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)時(shí)不準(zhǔn)確，

2、不穩(wěn)定應(yīng)用場(chǎng)合：低速載體的速度測(cè)定原理：假設(shè)于歷元t1和t2測(cè)定的載體實(shí)時(shí)位置分別為X1(t1)和X2(t2)，則其運(yùn)動(dòng)速度可簡(jiǎn)單地表示為：由此可得載體運(yùn)行方向的速度為：多普勒頻移測(cè)速法fi為多普勒測(cè)速儀所發(fā)射的微波頻率；υg是載體在運(yùn)動(dòng)方向上的速度分量，稱之為地速（沿著地球表面運(yùn)動(dòng)的速度）；?為運(yùn)動(dòng)方向和回波方向之間的夾角；υr是載體相對(duì)回波方向的徑向速度；c為電磁波的傳播速度。如果測(cè)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(cè)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

3、大氣折射對(duì)偽距觀測(cè)量的影響已改正，則站星偽距觀測(cè)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(shí)間變率為：多普勒頻移測(cè)速原理多普勒頻移測(cè)速原理如果衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度已知，則有誤差方程：當(dāng)同步觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)大于4時(shí)，相應(yīng)的誤差方程組為：由此得：上述計(jì)算的條件是衛(wèi)星的運(yùn)行速度已知（根據(jù)導(dǎo)航電文所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算）。衛(wèi)星運(yùn)行速度計(jì)算的實(shí)用公式載波相位中心差分測(cè)速法利用歷元t-h和t+h的載波相位觀測(cè)值φ1和φ3,作中心差分,可以獲得歷元t多普勒頻移觀測(cè)值：其中,h為采樣間隔。然后用它代替原始多普勒頻移觀

4、測(cè)值三種測(cè)速方法的比較分析靜態(tài)測(cè)試三種測(cè)速方法的比較分析動(dòng)態(tài)測(cè)試以將原始多普勒頻移觀測(cè)值所確定的速度作為參考三種測(cè)速方法的比較分析動(dòng)態(tài)測(cè)試三種測(cè)速方法的比較分析動(dòng)態(tài)測(cè)試三種測(cè)速方法的比較分析位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(yùn)動(dòng)的近似方法，都要求1Hz甚至更高的采樣率，其測(cè)速精度主要取決于載波觀測(cè)值精度和載體運(yùn)動(dòng)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(cè)值的精度，基本不受載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響；載體勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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

5、原始多普勒觀測(cè)值所確定的速度的精度；非勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，原始多普勒頻移法測(cè)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(cè)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(cè)姿技術(shù)“GPS陀螺儀”：多GPS天線測(cè)姿技術(shù)天線布設(shè)：只要測(cè)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(gè)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(cè)出載體的橫滾角，其布局成“L”形。只要測(cè)定兩個(gè)基線在地理坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（x1，yl，z1）T和（x2，

6、y2，z2）T，就可以通過(guò)如下公式直接計(jì)算姿態(tài)角：“GPS陀螺儀”：多GPS天線測(cè)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(diǎn)：（1）、基線短，各個(gè)天線軸之間的距離很近，從幾個(gè)厘米到幾十米之間；（2）、不分基準(zhǔn)站和從觀測(cè)站，每一個(gè)天線所在的位置都是未知量；（3）、基線的長(zhǎng)度是一般經(jīng)過(guò)精密測(cè)量，作為己知值；（4）、利用多天線測(cè)姿時(shí)，天線安裝要求中心嚴(yán)格在一個(gè)水平面上，安裝技術(shù)難度大?！癎PS陀螺儀”：雙GPS天線測(cè)姿技術(shù)在一個(gè)運(yùn)

7、動(dòng)載體的兩個(gè)不同位置上分別安設(shè)GPS信號(hào)接收天線，而用GPS載波相位測(cè)量求解出運(yùn)動(dòng)載體的二維姿態(tài)參數(shù)。使用兩根GPS天線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)載體的姿態(tài)測(cè)定，只能估計(jì)出兩個(gè)姿態(tài)角。L12為A12基線的長(zhǎng)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(diǎn)，可以直接計(jì)算偏航角和俯仰角：“GPS陀螺儀”：?jiǎn)蜧PS天線測(cè)姿技術(shù)多天線GPS測(cè)姿系統(tǒng)的不足各個(gè)GPS接收機(jī)天線延遲、噪聲相互獨(dú)立；運(yùn)算量大，實(shí)時(shí)性難以保證；天線安裝時(shí)要求中心嚴(yán)格在一個(gè)水平

8、面上，安裝技術(shù)難度大。傳統(tǒng)姿態(tài)是由載體系相對(duì)于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的歐拉角來(lái)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(duì)于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的歐拉角來(lái)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(dòng)的角度?！癎PS陀螺儀”：?jiǎn)蜧PS天線測(cè)姿技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果I純GPS定姿，存在許多飛點(diǎn)，造成定姿錯(cuò)誤；試驗(yàn)結(jié)果II在