机载GPS技术在民用系统的应用实用篇

1、全球定位系统全球定位系统global positioning systema-gps 通讯辅助通讯辅助gps系统系统 背景知识 全球定位系统（gps）是美国以空间为基地的无线电导航系统，任何人只要有一个接收机，这个系统就可以为他提供准确的位置和时间信息 。gps由三部分组成：围绕地球的卫星；地面上的监控站；以及用户拥有的接收机。gps卫星从空间发射可由接收机收到和识别的信号。每个接收机可以给出三维位置（经度，纬度和海拔）外加时间。 该系统的空间部分使用 24颗高度约 2.02 万千米（10900海里）的卫星组成卫星星座。 21颗工作卫星及3颗备用卫星均为近圆形轨道，分布在六个轨道面上（每轨道面

2、四颗），轨道倾角为 55 度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 gps 卫星由 rockwell international 制造，在轨道上重量约1,900 磅，太阳能接收板长度约 17 呎，于 1994 年完成第 24 颗卫星的发射。gps是美国全球战略的重要组成，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元。背景知识 gps工作频率1575.42/1227.6兆赫，其中1575.42兆赫为商用频率。 在航空领域，由于gps的精确性、连续性和全球的性能，gps可以提供完美的卫星导航服务，满

3、足航空用户的许多要求。以空间为基地的定位和导航可以在飞行的所有阶段确定三维的位置，从起飞、飞行和降落，到机场的地面导航。 gps还是一些其他航空系统的关键组成部分, 例如增强型近地警告系统（egpws）就已经被证明可以成功地减少飞行撞击地面的危险性，而这是造成很多飞机失事的主要原因。系统组成及部件位置757-200飞机gps（“用户接收机”）包括：2个天线2部mmr（多模式接收机）l天线阻抗50欧姆l内置gps接收机组件ll波段接收机l存储器内有卫星历书（简称星历），是卫星轨道参数与瞬间坐标的数据集合（任何时间卫星在轨道上的位置）l第3页显示左右gps位置另1：gps警告信息显示在cdu便签行

4、和eicas（l gps、r gps、gps）另2：传感器页报告gps ok/failgps显示：gps原理 由于卫星的位置精确可知，在gps观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(x,y,z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，x、y、z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。 由于卫星运行轨道

5、、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的sa保护政策，使得民用gps的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分gps(dgps)技术，建立基准站(差分台)进行gps观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分gps，定位精度可提高到5米。 gps工作方式 1. 自检（上电时）2. 初始化（自检通过后）3. 截获方式（若有irs位置数据可快速确认在当前位置可观测到的卫星，若无则需10分钟左右；截获并锁定4颗以上卫星后进入导航方

6、式输出实时位置、速率、加速度、时间等导航数据）4. 高度辅助方式（跟踪卫星仅3颗时，使用irs惯性高度与地球半径之和作为第4星距）5. 辅助方式（跟踪卫星少于3颗时，在30秒内，使用irs高度、航迹、地速继续导航数据的计算，此为辅助方式；30秒后，停止输出导航数据，回到截获方式寻找卫星）6. 故障（自检失败或工作中探测到故障）系统图l：系统图r：a-gps 背景知识 a-gps，通讯辅助，通讯辅助gps系统，系统，是在通讯系统的基础上，加上a-gps服务器等组成。a-gps服务器有一个参考的gps接收器，它面对空旷的天空，接收和用户接收机同样的gps卫星信号，并计算出相关辅助信息，通过cdma

7、、gsm、无线互联网等无线通讯网络，发送给终端用户。 agps工作原理： a. agps终端（如：手机等）将自身的基站地址通过网络传输到位置服务器； b. 位置服务器根据该终端的大概位置传输与该位置相关的gps辅助信息（包含gps的星历和方位俯仰角等）到终端； c. 终端agps模块根据辅助信息（以提升gps信号的第一锁定时间ttff能力）接收gps原始信号； d. 终端在接收到gps原始信号后解调信号，计算终端到卫星的伪距（伪距为受各种gps误差影响的距离），并将有关信息通过网络传输到位置服务器； e. 位置服务器根据传来的gps伪距信息和来自其他定位设备（如差分gps基准站等）的辅助信息完成对gps信息的处理，并估算该终端的位置； f. 位置服务器将该终端的位置通过网络传输到定位网关或应用平台。a-gps 背景知识 a-gps系统主要优势：1. 大大缩短首次定位时间a-gps服务器内部的gps接收机能计算出卫星信号的多普勒频偏，并将该多普勒频偏信息发送给终端用户手持gps接收机，这样手持gps接收机的搜索范围大大减少，只对很少的几个频率区（frequency bins）进行搜索，首次定位时间（ttff）也就可以减小到只有几秒。而传统的gps接收机要在整个频率范围内进行搜索。 2. 提高接收机的灵敏度。 手机gps快速定位操作方法1. （执行gps导航软件前）开启