第八章 GPS卫星导航系统

第一章卫星导航系统（Satellitenavigation）第一节卫星导航系统概述一、卫星导航系统简介卫星导航系统由导航卫星、地面站、用户设备组成。★GPS定位精度：

P码——1m；CA码——20~30mCA码定位精度受SA和AS政策影响。★GPS特点：

全球、全天候、高精度、连续、近于实时的三维

定位与导航功能。1、GPS卫星导航系统（美国）★NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem——NAVSTAR/GPS。★1973年开始研制，1995年进入全部运作。★GPS卫星：

24（21工作卫星+3备用卫星）颗高轨卫星，分布在

6个轨道面内，轨道倾角约55°，双频发射，全球范围内可视性良好。2、GLONASS卫星导航系统（前苏联）★1978年开始研制，1982年开始部署，1995年底全部星座部署完毕。★GlobalNavigationSatelliteSystem——GLONASS★GLONASS定位精度：

P码——1m；CA码——20~30m无任何政策影响，不限制民用。★GLONASS特点：全球、全天候、高精度、连续、近于实时的三维

定位与导航功能。★GLONASS卫星：25（24+1）颗中轨卫星，分布3个轨道面，轨道倾角约64°，双频发射，全球范围内可视性良好。3、“北斗”卫星导航系统（中国）★2000年发射2颗“北斗”地球静止卫星（GEO），2003年5月25日又发射了第三颗备份星，2003年6月正式运营。★特点：区域性、全天候、高精度、连续、快速、近于实时的定位导航系统。★“北斗”卫星：2+1颗地球同步轨道（36000km）卫星。★定位精度：在1s内完成定位，精度优于20m。4、INMARSAT卫星导航系统（国际海事卫星组织IMO）★利用带有导航舱的INMARSAT的中轨道卫星，发射GPS信号、DGPS校正值等信息，为全球

提供通信、定位、导航及完善性监测。5、伽利略卫星导航系统（欧洲+中国）★1999由欧盟提出计划，2004下半年开始发射实验卫星，2008年全面投入使用。★卫星：

27+3颗卫星颗中轨卫星，分布3个轨道面，轨道倾角约55，运行周期52810.10s。3颗覆盖的GEO卫星，辅以GPS和本地差分增强系统，定位精度达几米。★特点：

全球、全天候、高精度、连续、近于实时的三维定位和导航；是针对商业和军用的高精度卫星导航系统。6、GNSS卫星导航系统（国际民航组织ICAO）

组合系统（INMARSAT）（GPS）（GLONASS）（GAIT）地面增强和完善性系统（RAIM）机载独立完善性监控系统GNSS是为全球提供定位、导航、通信、授时的全球卫星导航系统的总称。地球同步卫星二、卫星导航系统的特点与分类1、卫星导航系统的特点：（P112）2、卫星导航系统的分类：（P112）优点：(1)卫星不受地理、气象或其他条件限制，可按需要在各种轨道上配置。(2)覆盖效率高：只要有少数几颗卫星就可覆盖全球。(3)范围广：卫星导航范围可从地面、水面、近地空间延伸到外层空间。(4)全天候导航：卫星导航不受气象及时间限制。(5)选择方便：用户选择最好的一组卫星进行高精度三维定位与导航。(6)使用简便：直接显示经、纬度船位和其他导航数据，不需特种图表。(7)接收效果好：卫星发射的平均功率小。(8)系统功能多：(定位、导航、通信、识别、授时)抗干扰，保密性强。(9)卫星导航仪体积小、重量轻、操作简便，减轻工作强度。缺点：(10)卫星轨道有飘移，需改进卫星上的设备，增加扰动补偿系统，需地面站精确测定卫星的轨道参数和精确地预报。(11)地面工程庞大，设备昂贵，维修费用高，卫星寿命短，有些卫星导航系统不能连续、实时导航定位或只能区域导航定位。(12)卫星导航系统还不能为水下运载体提供导航。(13)卫星导航系统易受少数国家的垄断和控制，服务于所设国家的最高利益；在战争中不能为全球提供可靠的导航。1、卫星导航系统的特点：（P112）2、卫星导航系统的分类：（P112）★按测量的导航定位参量分：测角、测距、测速、测多种参量系统★按工作原理分：多普勒型、距离型、多普勒和距离混合型★按卫星运行轨道的高度分：低轨（900~2700km）中轨（13000~20000km）高轨（20000~48000km）★按获得定位数据的及时性分：间断和连续、实时和非实时★按工作区域分：全球覆盖系统、区域覆盖系统、连续性全球覆盖系统、连续性地带覆盖系统和连续性区域覆盖系统。★按工作方式分：无源系统和有源系统同步轨道：公转速度与自转速度同步的轨道；静止卫星：同步轨道面和地球赤道面重合时，卫星相对不动。三、卫星轨道参数1、开普勒定律：说明卫星在地球中心引力场作用下的运动卫星轨道：导航卫星绕地球运行的路径卫星轨道参数：描述卫星轨道的形状、大小、轨道面

在空间的位置和卫星在轨道上的位置。1）卫星（行星）在不同的椭圆轨道上围绕地球（太阳）

运动，地球（太阳）是这些椭圆的一个焦点2）卫星（行星）的向径（地球/太阳和卫星/行星的连线）在相等的时间内扫过相等的面积3）卫星（行星）绕地球（太阳）运行周期的平方和其椭圆轨道长半轴的三次方成正比（T2

a3）卫星赤道卫星轨道参数VS2、卫星无摄动运行的轨道参数1）升交点赤经Ω：2）轨道倾角i：3）近地点幅角:4）轨道长半径a:5）轨道偏心率e:6）平近点角M:Ωi春分点投影近地点P远地点AM轨道投影N＇N升交点及其投影Ox卫星轨道轨道平面的空间取向长半轴在轨道平面内的方向椭圆的大小和形状计算卫星在轨道上的瞬时位置右手坐标系：过定点O，作三条互相垂直的数轴，它们都以O为原点且一般具有相同的长度单位.这三条轴分别叫做x轴(横轴）、y轴(纵轴)、z轴(竖轴)；统称坐标轴.通常把x轴和y轴配置在水平面上，而z轴则是铅垂线；它们的正方向要符合右手规则，即以右手握住z轴，当右手的四指从正向x轴以π/2角度转向正向y轴时，大拇指的指向就是z轴的正向，这样的三条坐标轴就组成了一个空间直角坐标系，点O叫做坐标原点。判断方法：在空间直角坐标系中，让右手拇指指向x轴的正方向，食指指向y轴的正方向，如果中指能指向z轴的正方向，则称这个坐标系为右手直角坐标系．同理左手直角坐标系。复习：3、卫星的地心直角坐标系GPS采用WGS84坐标系格林经线零度S（x,y,z）Oxzy东90度GPS定位计算时必须进行坐标系的转换。（WGS84坐标系转换成地理坐标系）地轴H4、卫星覆盖区OROH卫星R观测者卫星若卫星的高度越高、最小仰角越小，则卫星的覆盖区越大。但升到一定高度时，覆盖面积几乎不再增加。卫星可观测时间，与测者位置及速度，卫星临空路径及运转速度有关。卫星路径长，运转速度慢，测者纬度高，移动距离小，卫星可观测时间较长。第二节GPS导航系统设置一、GPS地面站1.跟踪站：接收包括环境数据在内的卫星的各种信息，并将测定的信息传送到主控站；所测伪距1.5s更新一次，电离层气象数据15min平滑一次。2.主控站：收集、评价数据，计算各卫星原子钟的校正参量、卫星历书、卫星星历、系统状态并形成导航信息码，送注入站；控制和调整偏离轨道的卫星，启用备用卫星。3.注入站：地面站或地面天线，将导航信息送给卫星。GPS卫星导航系统由GPS导航卫星、地面站及用户设备组成。二、GPS导航卫星网1、GPS导航卫星☆24（21+3）颗高轨20200km）卫星，分布在6个轨道面上，轨道倾角约55度，地平线7.5度以上至少可以看到4颗，地平线上至少看到5颗，最多11颗；运行周期约11h58m（717.88min），约12h。☆双频发射：L1波段（1575.42MHz），

P码、CA码和导航数据码调制；L2波段（1227.60MHz），

P码和导航数据码调制；以后增加L5（1176MHz）☆电源：太阳能、镉镍电池☆卫星钟：原子钟1980.1.6.UTC0000☆微处理器、存储器、收发机、监测传感器、应急通信转发器、30度波束圆极化天线卫星导航电文由L1和L2两种载波频率播发。L1由导航数据码、伪随机噪声码P、CA码调制。L2仅由导航数据码、P码调制。2、GPS卫星导航电文（卫星发射的导航信息）1）P码和CA码CA码：低速、短周期的伪随机二进制序列码，（1.023MHz、1ms），测距精度低，协助捕获P码P码：快速、长周期的伪随机二进制序列码，（10.23MHz、7day），测距精度高，难于捕获优点:a.抗干扰CA（P）码有良好的自相关函数，使其易于在噪声背景中被识别；不同的CA（P）码间有良好的互相关函数，则不同的卫星信号间的相互干扰很小。b.用码分多址识别卫星：CA码：1025种；P码：1444种c.伪码（CA码与P码）加密GPS数据经过CA（P）码扩频发射，又需经解扩提取d.精确测时和测距2）GPS卫星导航电文（导航信息）a、卫星导航电文的内容各有关系统的工作状态、系统时间、卫星钟偏差校正参量、卫星历书、卫星星历、卫星识别标志等，主要用于计算卫星的位置及卫星钟差校正。b、卫星导航电文的传输过程导航数据码（电文）50HZCA码、P码调制L1（或L2）载波调制发射计算卫星位置识别卫星、测量信号传播时间运载并发射信号c、卫星导航电文的接收过程L1（或L2）高频信号本机CA码或P码（相关输出）解调（滤波）导航数据（电文）50Hz可同时测伪距可计算出卫星的位置GPS卫星导航仪将接收到的GPS卫星信号变为中频信号后，经过锁相环路相关检测，解调出伪随机码、载波及导航数据。TLMHOW数据块I（卫星钟校正）TLMHOW数据块II（星历）TLMHOW数据块II（星历）TLMHOW数据块III（历书）TLMHOW数据块III（历书）þýüþýü本星þýü更新/h

所有星更新/注入后6s，10字，30码/字子帧30s50字1500码d、卫星导航电文的结构54123214365871096s0.6s0.02s30s1帧＝5个子帧1个子帧＝10个字1个字＝30bit4、5子帧分25页1、2、3子帧全相同历书完整历书帧结构三、GPS的定位原理用户地面站卫星1、定位原理GPS属球面导航系统卫星的位置根据卫星历书计算可得(x,y,z)用户连续测到3颗卫星的距离，即可得到三个球面，其交点即为用户的位置2、伪测距由于卫星钟误差、用户钟误差、信号传播误差（电离层折射误差和对流层折射误差）等的影响，GPS接收机测得的用户到卫星的距离不是真实距离，称为伪距离。用户到第i颗卫星的真实距离:：X、Y、Z及Xsi、Ysi、Zsi分别是用户和卫星在空间三维坐标。△tAitu△tAitu3、定位计算1）导航仪根据其内存储的GPS历书，计算卫星的概略位置2）导航仪根据键入的推算船位、时间、精度几何因子数值选择仰角≥5°、几何配置最好的4颗或3颗卫星3）导航仪对GPS卫星进行频率和伪码的二维搜索，码同步后转入载波相位跟踪、检测和存储导航电文；4）导航仪根据所测的伪距、从卫星星历算出的卫星位置、及传播延时的计算和修正，计算出用户的位置GPS导航仪可以同时接收4颗卫星的信号进行定位；也可以用一个接收通道依次选择不同的卫星进行时序接收卫星信号定位。定位计算过程如下：三维定位需选四颗卫星★伪测距伪测距即为测量伪距，GPS通常采用伪码法进行测距。伪码法：又称码相关法，即用户设备产生一组与卫星相同的伪码，二者进行比相，求得用户到卫星的伪距离的方法。伪距测量示意图：t全“1”状态发射伪码全“1”状态t收到的带噪声伪码t本地跟踪伪码tττ第三节GPS卫星导航仪一、定义：用GPS卫星信号进行定位和导航的接收设备。二、组成：硬件、机内软件、GPS数据的后处理软件包。三、电源：采用机内、机外两种直流电源机外电源自动向机内电源充电更换外电源时，用机内电源定位关机后，内存储器由机内电源供电四、GPS接收机对信号的接收处理CA码、单频GPS接收机变频与中放相关检测伪码、载波跟踪锁相环路数据检测伪码与多普勒频率测量微处理器五、CA码单频GPS接收机的主要技术性能和功能1.主要技术指标（P118）2.主要功能1）显示定位和导航数据2）设置参数：HDOP等3）位置更新约1s，导航数据更新3~5s4）显示卫星信息：编号、仰角等5）存储、设计航线和航路点6）报警功能：偏航、锚位监视、故障等7）接口：输入输出(1)接收频率为1575．42MHz±1MHz（L１），接收码为CA码。(2)接收通道：接收通道必须能跟踪4颗以上的卫星。(3)接收灵敏度小于－130dBm(仰角5°以上的卫星)，跟踪速度为100kn左右。(4)精度（视美国的政策确定）：定位20m，(HDOP≤3，CA码)，速度0．1kn。六、GPS接收机的安装（P118）①>0.5m②>1m③>4m④>1.5m⑨>3m⑩>5m⑤避开雷达波束（30或40）⑥>1m⑦距离视钢柱直径⑧大小而定（若⑧≤10cm,则>1.5m；若⑧≥30cm，则>3m）七、GPS接收机的操作方法1、启动的方法1）日常启动：日常的关机后的启动称为日常启动。

2）热启动：船位变化不大于100英里或3个月以内进行过通电接收，卫星导航仪已收集历书，进行启动，称为热启动。

3）冷启动：冷启动的初始化输入：①输入时间②输入概略船位③设置HDOP值，一般置10④输入天线高度⑤设置测地系⑥设置区时⑦设置各种报警数值2、GPS定位：3、GPS卫星跟踪状态显示：可见卫星编号、仰角、方位、所接收的卫星编号与信号强度、导航仪工作状态及DOP值。定位分类：5、使用GPS的注意事项：（P120）定位显示：4、GPS导航仪显示方式：1）标绘显示：航迹标绘、船位、航向、航速等2）航路显示：三维意向图、导航数据等3）操舵显示：方位标尺、航路点方位和距离等4）导航数据显示：船位、航向、航速、时间等5）用户显示：用户选择的区域最佳选星原则5~854颗或3颗1）静态定位和动态定位2）单点定位和相对（差分）定位经度、纬度、高度、航迹向、航速等参数(1)GPS卫星导航仪，根据卫星电文定时更新历书。若提供的历书的时间已隔很久，或定位误差明显偏大，则应按操作步骤清除历书及内存，并且进行初始化操作。(2)不同的HDOP值，有不同的定位精度。若HDOP的实际值超限，则GPS导航中断。当HDOP太大时，误差有发散趋势。(3)当有多颗卫星定位或HDOP、PDOP超限时，可自动或人工选择GPS星座。最佳选星原则是选择仰角在5°和85°之间的4颗(3D)或3颗(2D)GPS卫星，并且使GPS卫星和测者所构成的空间几何图形,使精度几何因子GDOP值为最小的一组GPS卫星。(4)尽量采用所使用海图的测地系。GPS卫星导航仪自动选择WGS-84坐标系。(5)选择合适的运动状态。定点定位时，工作状态置于“静止”；慢速航行时，置于“低状态”；高速航行或摇摆剧烈时，置于“高动态”。工作状态不同，滤波作用各异。(6)利用卫星状态显示(例如：信号强度)可自动或人工启用或停用某颗卫星。（7）卫星每天约提前4min经过某一地区上空。第四节GPS卫星导航仪定位误差一、伪测距误差：1、卫星误差：2、信号传播误差：3、卫星导航仪误差：导航仪通道间误差导航仪噪声量化误差电离层折射误差对流层折射误差多径效应星历表误差卫星钟剩余误差群延迟误差ïïïîïïïí죣£££mPmCAmmPmCA2.11.3

4.04.04.6：应效径多对流层误差：电离层误差：信号传播误差ïïïïïïïîïïïïïïïíì伪测距误差ïîïíì£时：延群卫星钟剩余误差：差：误表历星差误星卫7.2mm1.3£þýüïïïîïïïí죣：差误化量：声噪机本通道间偏差：差误仪导卫

15.06.0mPmCAmPmCA24.044.2££þïïýümPmCA3.46.8££Þïïïïïïïïïþïïïïïïïïïýü多径效应二、几何误差若测距误差为定值，用户与卫星的空间几何图形不同时，定位的误差也不相同。精度几何因子（GDOP）用来描述用户与卫星的几何关系对定位误差影响的大小。GDOP值越小，选用的卫星的几何图形配置越理想，位置和时间的偏差值也越小。当

δ=1

时，则：GDOP——精度几何因子；PDOP——三维位置精度几何因子；HDOP——水平方向精度几何因子；TDOP——时钟偏差几何因子；VDOP——高程精度几何因子船上HDOP=10时，定位值可用三、测速误差四、海图标绘误差：大地坐标系不同引入的误差水平0.03~0.13m/s垂直0.05~0.21m/sGDOP同样适用若

P

≤4.3m

HDOP=1.56.5m误差

CA

≤8.6m

HDOP=1.5

12.9m误差误差表达式：伪测距误差(σ)×PDOP=位置误差伪测距误差(σ)×TDOP＝时钟误差伪测距误差(σ)×VDOP＝高程误差伪测距误差(σ)×HDOP＝水平位置误差结束第五节DGPS卫星导航系统差分GPS（DifferentialGPS）DGPS组成：GPS卫星网、基准站、数据链、用户。DGPS基准站是位置已知的GPS固定监测站。DGPS基准站跟踪、测量卫星的伪距、载波相位和差分校正数据，并格式化为标准的信号格式播发给用户。DGPS基准站用GPS卫星导航仪定位后，与其已知位置比较，计算出修正量（伪距或位置修正量），经数据链双向或单向通信，对用户测量的数据进行修正，使用户获得高精度定位。一、DGPS基准站基准站将每颗卫星的伪距修正值、伪距修正值变化率和星历数据龄期AODE用上行数据播发给作用区内的用户，对用户观测伪距进行修正，求出用户的位置；(隐蔽,用户无限)

用户传送选用的卫星和位置数据，由基准站修正，将修正后的定位数据传输给用户，求出用户的位置（GPS基准站与用户必须同步观测相同的卫星）。二、DGPS分类1.伪距差分（米级）2.位置差分（米级）3.相位平滑差分（亚米级）4.载波相位差分（厘米级）5.局域差分6.广域和广域增强差分伪距修正值及其变化率（双向）位置修正值及其变化率（双向）多普勒计数或载波相位辅助伪距测量基准站载波相位和坐标送用户处理若干基准站组成局域网基准站网和主控台（组合处理）局域DGPS局域DGPS(LocalArea,DGPS)是在局域区(150km)内设置DGPS基准站，将DGPS修正电文，发送给用户，使用户获得高精度定位。若由若干基准站组成局域差分网，用户用最近的基准站或者用多个基准站加权差分定位。三、DGPS数据链★载波频率：无线电信标频率（RTCM104推荐）范围：285kHz~325kHz；常用291.5kHz~318.5kHz★导航电文：差分校正相关信息（P126）格式：与GPS格式基本相同，区别子帧长度不固定我国沿海DGPS基准站：信息格式：RTCMSC-104电文类型：1、3、5、7、9、16信息速率：200bit/s发射总功率：200W，其中DGPS为140W，RBN为60WBeaconInformation：StationnameFrequencyMSKrateLocationTransmittingIDReferencestationIDFieldStrengthOperatingnotes

黄、渤海海区无线电指向标及差分全球定位系统分布图如

：

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差分信息调制方式：

采用最小频移键控（MSK）播发类别：

调相单信道数据传输（G1D）信号格式：

RTCMSC-104信号格式标准差分数据传输率：200波特工作时间：昼夜工作四、DGPS初始化输入1、选择无线电信标信号搜索方式：INT、EXT、OFF2、选择无线电信标（BEACON）：AUTO、MANUAL3、选择无线电信标信号的发射速率和频率：

RATE：50、100、200bit/s

FREQ：信标台发射频率，如301.5kHz五、DGPS的定位精度DGPS只能消除和削弱基准站和用户GPS卫星导航仪的公共测距误差，包括：卫星钟剩余误差、星历表误差、电离层和对流层折射误差、SA与AS误差

对于非公共误差：多径效应、导航仪噪声、量化误差、通道间偏差，DGPS不能消除和削弱

DGPS的差分效果随着用户与DGPS基准站之间的距离增大而逐渐变差第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航1.航路点（WAYPOINT）导航2.定点导航3.航线（ROUTE）导航：4.编辑航线：添加、删除等5.航迹线标绘：自动、定时第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航1.航路点（WAYPOINT）导航船舶欲到达的地理位置称为航路点航路点的作用是：A.编制航线B.作为船舶导航的目标

先将航路点键入GPS卫星导航仪，编制好航路点表后;

再选中一个航路点,导航时，GPS卫星导航仪将引导船舶驶向此航路点。第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航2.定点导航（抛锚、丢锚、人落水、特殊事件的位置）

将船舶定点位置键入GPS卫星导航仪;

设定偏航界线；船舶超界时发出导航报警，第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航3.航线（ROUTE）导航：航线设计：1）用航路点表中的航路点2）用航线菜单上的航路点3）用游标（简单）4）航迹线作为返航航线（MARK/MOB人工）实质相同GPS卫星导航仪存储一组包括起点、中点和终点的坐标值。船舶在航行过程中，逐个驶过各个航路点，显示导航参数，到达目的地，这种导航为：______A.GPS定点导航B.GPS航路点导航C.GPS航线导航第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航3.航线（ROUTE）导航：GPS卫星导航仪存储一组包括起点、中点和终点的坐标值。船舶在航行过程中，逐个驶过各个航路点，显示导航参数，到达目的地，这种导航为GPS航线导航.第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航3.航线（ROUTE）导航：航线设计：1）用航路点表中的航路点2）用航线菜单上的航路点3）用游标（简单）4）航迹线作为返航航线（MARK/MOB人工）实质相同第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航4.编辑航线：添加、删除等从航路子菜单中，选择航线----航路点----"CHANGE?"----命名航路点，在航线上进行置换航路点操作。从航路子菜单中，选择航线----地点----“INSERT?”----航路点，在航线上进行插入航路点操作第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航4.编辑航线：添加、删除等从航路子菜单中，选择航线----“CMNT”----注入注释，在航线上进行改变航线注释(名称)操作从航路子菜单中，选择航线----航路点----"SKIP?"----航路点，在航线上进行临时从航线中删除航路点操作第六节GPS在导航中的应用一、用GPS卫星导航仪导航5.航迹线标绘：自动、定时GPS卫星导航仪进行航迹线标绘时，采样航迹点主要用来:

A.绘画航迹线(计算机下载航迹线)

B.用于设计返航航线二、用GPS卫星导航仪报警到达警、锚更警、偏航警、速度警、

DGPS警、

时间警和距离警DGPS信标信号丢失报警类型：短、长、固定设置报警的种类和报警范围（报警的半径、报警带的宽度及限定的时间等）。报警时，用字符、音响和视觉示警。三、用GPS卫星导航仪标绘四、用GPS卫星导航仪计算方位与距离1.缩放图象2.游标状态和数据3.移动显示4.改变航迹标绘间隔、停止标绘5.删去航迹6.方位基准1.两航路点之间2.始点和终点之间的距离、方位、预计航行时间和到达时间真北（TRUE）：电罗经；经纬度补偿磁北（MAG）：磁罗经；磁差补偿（自动、手动）第七节GPS在测量中的应用一、GPS用于船舶等载体的姿态测定1.载体姿态的确定载体坐标系相对于地平坐标系之间的空间取向，即为载体姿态。航向角θ横摇角φ纵摇角ψ首向OXYZ第七节GPS在测量中的应用一、GPS用于船舶等载体的姿态测定1.载体姿态的确定利用三副GPS天线构成两条独立基线，通过6个观测方程可求解载体姿态。O第七节GPS在测量中的应用O一、GPS用于船舶等载体的姿态测定载体姿态测量精度与基线测量精度及基线长度成正向关系。基线越长，基线长度测定精度越高，求解姿态角精度越高但基线越长，相位模糊度也越大。

GPS/DGPS罗经是一种以GPS/DGPS为基准的罗经，能提供GPS/DGPS定位、导航信息及航向信息

GPS罗经与DGPS罗经的性能不受航速、航向、纬度以及地磁等变化的影响2.GPS/DGPS罗经2.GPS/DGPS罗经3个GPS天线单元、处理器单元和显示器单元总共三个单元组成.3个GPS天线系统，通过测量GPS载波相位的方法解算航向2.GPS/DGPS罗经GPS/DGPS罗经稳定时间4min以内，随动性能25°/sGPS罗经与DGPS罗经的特点是：电源电压很小（12-24VDC）,用电量也很小（15W）。B.没有罗盘平衡环或者旋转测量仪表等机械配件C.不需要日常维护2.GPS/DGPS罗经GPS/DGPS罗经显示：1）刻度盘式罗经显示2）操舵显示3）导航数据显示4）船首向显示GPS/DGPS罗经输出:真船首向和对地航向、对地航速、GPS/DGPS定位及其他导航数据二、GPS用于船舶机动性能的测定1.用于船速测量GPS测速精度为：5％～10％

DGPS测速精度为1％,相对测速精度可达0．1％。2.用于测量船舶旋回半径在测量时，从下达转向舵令开始，每30s记录一次GPS或DGPS定位数据3.用于船舶舵角提前量的测量4.用于测量船舶航向稳定性和惯性第七节GPS在测量中的应用结束三、GPS用于其他方面第七节GPS在测量中的应用1.高精度授时

GPS用于高精度授时，在取消SA以后，GPS可获得4秒授时精度2.车辆指挥和调度车辆利用GPS卫星导航仪和通信设备将车辆的编号、GPS车位和定位时间发送到调度中心。调度中心对GPS车位进行差分，用交通指挥控制屏，对车辆进行指挥和调度3.筑路工程4.科学研究结束根据GPS基准站的位置与GPS卫星星历，计算出GPS卫星到GPS基准站的距离。此距离与GPS基准站用CA码测量的伪距之差，称为伪距修正值。基准站将每颗卫星的伪距修正值、伪距修正值变化率和星历数据龄期AODE用上行数据播发给作用区内的用户，对用户观测伪距进行修正，求出用户的位置；(隐蔽,用户无限)用户用下行数据传输伪距测量数据和选用的卫星，基准站修正其伪距，并用上行数据通信将修正后的伪距传输给用户，求出用户的位置。伪距DGPS是较为广泛应用的技术，定位精度可达3～10m。(不隐蔽,用户有限)根据GPS基准站的位置与GPS基准站用CA码测量的位置求得的差称为位置修正值。DGPS基准站把位置修正值、位置修正值变化率及星历数据龄期AODE用上行数据通信播发给作用区域内的用户，对用户观测位置进行修正，求出用户的位置；由用户传送选用的卫星和位置数据，由基准站将校正后的定位数据传输给用户（GPS基准站与用户必须同步观测相同的卫星）DGPS基准站与用户同步观测DGPS基准站与用户观测相同卫星DGPS基准站播发4组组合的修正量广域DGPS(WideAreaDGPS,WADGPS)是在一定区域设立DGPS基准站网，与一个或多个主控台组网。主控台接收来自各监测台的DGPS校正信号，经过处理组合后，形成在扩展区域(1000～1500km甚至更长)内的有效DGPS修正电文，发送给用户，使用户获得高精度定位。广域增强系统(WideAreaAugmentationDGPS,WAAS)是广域DGPS增强系统，是在卫星上加载L波段转发器，实施导航重叠和广域增强电文广播，广播类GPS信号，向用户提供附加测距信息、广域DGPS改正信息、改善航行安全的完善性信息，在广泛区域内，提供DGPS定位与导航。优点:覆盖广,连续,可靠,远距离,高精度.减少设台,避免重发,节省资金.发射包含DGPS数据的无线电信标称为DGPS无线电信标。它用差分校正数据在副载频上对无线电信标信号进行调制。DGPS无线电信标由DGPS基准台、完善性监视器、发射机与计算机等组成，发射差分校正数据和键控未调制音频的A1A无线电测向信号。第八节北斗星导航系统北斗卫星导航系统为覆盖范围内的入网注册用户提供定位、导航、通信和增值信息的服务

是有源测距卫星导航系统第八节北斗星导航系统一、北斗卫星导航系统的组成1.

组成：北斗卫星网、地面控制中心、用户设备地面控制中心：整个系统的监控管理、通信、授时和所有用户终端位置的计算

北斗卫星导航星座也用于全球导航系统的区域增强系统的转发卫星

第八节北斗星导航系统一、北斗卫星导航系统的组成2.

功能：★区域、全天候、高精度、近于实时的定位，1s内完成定位，精度优于20m，DGPS状态下精度为2~5m★双向数字通信，120个汉字信息/次★授时二、北斗卫星导航星座★卫星数量：2+1颗，转发装置——中继★轨道高度：36000km左右，同步轨道★运行周期：约24h，与地球同步★轨道倾角：0★卫星位置：赤道面东经80、140、110.5（备）★覆盖范围：5N~55N，70E~145E★发射频率：上行L频段（1610~1626.5MHz）下行S频段（2483.5~2500MHz）

C频段★卫星电源、卫星原子钟三、北斗卫星导航工作原理用户中心站r1r2s1s2rS1rS2电子高程地图库：提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。三、北斗卫星导航工作原理用户中心站r1r2s1s2rS1rS2在利用双星定位时，卫星必须在地面中心的视界之内，用户则须处于卫星工作区域之内，但并不要求也处于地面中心的视界内三、北斗卫星导航工作原理★北斗星导航缺陷：用户不隐蔽、容量有限、仅能二维定位、不与其他卫星导航系统兼容。用户中心站r1r