注册测绘师-叮当-GPS-导航

GPS导航GPS单点定位24颗卫星分布在6个轨道上,运行周期11小时58分钟。测定3D位置和钟差需4颗卫星。单点伪距位置精度10米,应用于导航。ρ(t)=Ro(t)–[l(t)m(t)n(t)][δxδyδz]T+c*δt(t)+ΔI(t)+ΔT(t)Ro=(xo

yo

zo)TGPS单点动态定位当GPS接收机安装在运动的载体上，并处于动态的情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位。这种定位方法，只能得到没有或很少多余观测量的实时解，它广泛的用于飞机、船舶及陆地车辆等运动载体的导航上。GPS/INS组合导航GPS导航定位系统具有全球、全天候、高精度实时定位等优点。但是其动态性能和抗干扰性能差。惯性导航系统（INS）具有极好的自主导航能力，依靠惯性测量可以独立给出载体的位置、速度和姿态等导航参数，抗干扰能差力强，但其误差会随时间积累，严重影响导航精度，因此，GPS/INS组合可以实现两种优势互补。GPS/INS集成惯性导航系统(inertialnavigationsystem)加速度积分得到速度,再积分得到位置激光陀螺激光陀螺的基本元件是环形激光器,当陀螺绕谐振回路的法线方向转动时,传播方向相反的两束激光产生光程差。三个正交的环形激光陀螺环形激光陀螺光纤陀螺采用100米到200米的光纤绕成直径为30~60mm的线圈,零偏稳定性可达0.1度/h。采用更大的光纤线圈，长500米到2000米的光纤绕成直径为80~100mm的线圈,零偏稳定性可达0.01度/h。卡尔曼滤波卡尔曼滤波(Kalmanfilter)技术是一种最优估计技术。在解决技术问题中，为对系统实现有效控制，需对系统状态进行量测。但是量测值含有随机误差或称噪声。同时量测值并非与状态一一对应，可能是系统的部分状态，也可能是部分状态的线性组合。最优估计它能将仅与部分状态有关的量测值进行处理得出估值。卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计。在组合导航系统中应用卡尔曼滤波技术，估计系统的各种误差状态，用误差状态的估值去校正系统，以达到系统组合的目的。最小二乘估计观测方程：假设X的估计量最小二乘估计就是要求所求得的使二次型

ψ()=VTPV=min

最小方差估计最小方差估计是一种以估计误差的方差为最小作为准则的估计方法。D(Δ)=E{(X–)(X–)T}参数的最小方差估值为：=E(X/l)线性最小方差估计线性最小方差估计是放宽对概率密度的要求，只要求已知L和X的数学期望和方差、协方差，以及限定所求的估计量是观测向量L的线性函数。再以估计量的均方误差达到极小为求最优估计量的准则。这样得到的估计量称为线性最小方差估计量。设已知L的数学期望和方差为μL

和DL,参数向量X的先验期望和方差为μx

和Dx,L和X的协方差为DLX。线性最小方差估计量为：

=μx+DXLDL–1(L–μL)离散随机线性系统的卡尔曼滤波假定动态系统的一阶线性状态方程为：

Xk=Φk，k-1Xk-1+Γk-1Wk-1

Lk=Bk

Xk+Vk式中，Xk为在k时刻的m维状态向量，Lk为n维观测向量，Φk，k-1为在k-1时刻到k时刻的系统状态转移矩阵，Bk为在k时刻的观测矩阵，Wk-1为r维动态噪声向量，Γk-1为系统噪声矩阵,Vk为n维观测噪声向量。其中Wk-1和Vk都是零均值的白噪声。离散系统卡尔曼滤波方程为：

离散随机线性系统的卡尔曼滤波2)状态一步预测方程误差方差阵

Dxk=(E–JkBk)Dx

k|k–11）状态估计方程离散随机线性系统的卡尔曼滤波滤波增益矩阵

Jk=Dx

k|k-1B

kT(Bk

Dx

k|k-1B

kT+Dv

k)-1由观测数据LK计算状态估计和误差方差阵Dxk时，即可计算下一步。因此由Xo和Dxo开始计算Xk和Dk是一个循环递推过程。4)一步预测误差方差阵

Dx

k|k-1=Φk,k-1Dx

k-1Φk,k-1T

+Γk,k-1Dw

k-1Γk,k-1T

GPS/INS硬件一体化组合当INS的惯性测量部件IMU被卡尔曼滤波器的误差估计反馈校正后，在一段时间内，即使GPS接收机失锁，此时由INS的位置、速度可以精确的预报出GPS的位置，从而提高了GPS接收机捕获卫星信号的速度。实践证明，由0.1o/h的陀螺和1*10-3

g的加速度计构成的IMU与接收机实现一体化组合后，可使GPS接收机的卫星信号捕获时间由2min提高到5s。GPS/INS软件组合将GPS接收机的输出信息与INS的惯性测量信息送到计算机中，首先进行时空同步，然后利用卡尔曼滤波器进行最优组合处理。在计算机上可以实现校正计算。GPS接收机载体的速度测量GPS接收机载体的平均速度：

Vx=[X(t2)–X(t1)]/dt

Vy=[Y(t2)–Y(t1)]/dt

Vz=[Z(t2)–Z(t1)]/dtGPS接收机载体的姿态测量在载体的纵轴方向安装两根GPS天线，两根GPS天线接收中心之间的连线称为基线，由两根GPS天线接收中心，即可确定方位角和俯仰角。如在纵轴的垂直方向再加一根GPS天线，则可确定横向倾角。WGS84坐标GPS卫星的参考系-----WGS84,它是一个地固坐标系。大地经纬度（λ，φ）和大地高(h)。与三维直角坐标（xyz)T。x=(n+h)cos

φ

cos

λ

y=(n+h)cos

φsinλz=[n(1-e2)+h]sinφ

φ=tan-1[tanB(1+ae2sinφ/(zw)]

λ=tan-1(y/x)h=RcosB/cos

φ-nw=(1-e2sin2φ)1/2n为椭球的卯酉圈半径,n=a/w。地固坐标系和大地坐标系地固坐标系:地面一点坐标Re=(XeYeZe)大地坐标系:地面一点坐标

Rg=(XgYgZg)大