交通信息采集技术智慧交通陈思睿课件

交通信息采集技术智慧交通学院陈思睿chensirui@签到问题2卫星定位采用三球定位原理，但是确定接收机具体位置需要引入第4颗卫星，主要是为了消除什么误差?A.卫星轨道误差B.时钟误差C.多径误差B.时钟误差3课前回顾RDSS:卫星无线电测定服务（RadioDeterminationSatelliteService）用户至卫星的距离测量和位置计算由外部系统通过用户的应答来完成。特点是定位与通信相结合。有源定位系统。RNSS:卫星无线电导航服务（RadioNavigationSatelliteSystem）由用户接收卫星无线电导航信号，自主完成至少到4颗卫星的距离测量，进行用户位置，速度等参数计算。无源定位系统。GNSS：全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem）GNSS是一个能在地球表面或近地空间的任何地点为特定装备的用户提供24小时、三维位置坐标、速度以及时间信息的空基无线电定位系统，包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统。[1998年联合国第三届太空探索与和平使用大会框架文件A/CONF.184/BP/4]浮动车技术4GNSSGlobalNavigationSatelliteSystem泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务目前在轨运行/正在建设的GNSS实例全球系统区域卫星导航系统星基增强系统卫星导航提供的主要服务类型公开服务◆标准定位服务(StandardPositioningService,SPS)◆免费、公开。◆精度一般，无保障。◆民用用户。授权服务◆精密定位服务(PrecisionPositioningService,PPS)◆不公开。◆精度高，有保障。◆军事用户、公共特许用户、商业用户。精度的定义精密度(precision)是用来表示测量结果中各独立测量结果间的分散性。准确度/精确度(accuracy)是指测量结果与被测量真值的一致程度精度：用来表征一个量的观测值与其“真值”接近或一致的程度，常用误差(error)来表示。通常指的是准确度/精确度accuracy。卫星导航常用精度描述方法最大误差（MaximumError）均方根误差（RootMeanSquare，RMS)圆概率误差（CircularErrorProbable，CEP)球概率误差（SphericalErrorProbable，SEP)均方根误差（RootMeanSquare，RMS)均方差(MSE)的算术平方根；若估计是无偏的，则RMS等于标准差，因此RMS也称为“中误差”或“标准差”。均方根误差（RootMeanSquare，RMS)在卫星导航领域，通常可以认为估计结果是无偏的，并且测量误差服从正太分布，因此，常用标准差中的σ，2σ，3σ来表征探测概率。对于二维测量，探测概率以置信椭圆（用于二维定位）来描述样本的分布情况，分别表示二维位置坐标的分量的标准差。由于椭圆误差在实际使用中没有重要的意义，因此，通常会采用“等概率误差圆”来表示。其半径是根据定位点落在该圆内的概率与落在椭圆内的概率相等（或成比例）计算确定，这个误差圆的半径DRMS（距离均方根误差或称为圆径向误差）即为沿椭圆长半轴和短半轴的1倍σ误差分量的平方和的平方根。均方根误差（RootMeanSquare，RMS)σx=1.554mσy=1.500mDRMS=2.16m2DRMS=2*DRMS=4.32m圆概率误差（CircularErrorProbable，CEP)是在以天线真实位置为圆心的圆内，偏离圆心概率为50%的二维点位离散分布度量，记做:CEP或R50。95%概率的二维点位精度是在以天线真实位置为圆心的圆内，偏离圆心概率为95%的二维点位精度分布度量，记做:CEP95或R95。球概率误差（SphericalErrorProbable，SEP)以天线真实位置为球心的球内，偏离球心概率50%的三维点位精度分布度量。对同一组样本，按误差概率大小可知：CEP<DRMS<R95<2DRMS常见的接收机精度表示示例定位精度水平：≦2.5m(CEP)垂直：≦5m(CEP)测速精度≦0.2m/s(CEP)定位精度水平：≦10m(1σ或RMS，PDOP<6)垂直：≦10m(1σ或RMS，PDOP<6)测速精度≦0.2m/s(1σ或RMS，PDOP<6测量误差测量误差空间段误差源：卫星钟差、相对论效应地面控制段误差源：星历误差（轨道误差）用户段误差源：接收机噪声、接收机钟差、天线相位中心偏差。信号传播误差源：电离层延迟、对流层延迟、多径效应就定位而言，由于星历误差直接影响卫星位置速度的计算精度，因此，通常将误差源分为四大类：①与卫星有关的误差；②与接收机有关的误差；③与信号传播有关的误差；④其他误差星历误差由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。产生原因：地面控制段在推算卫星星历时，使用不同的模型来预测卫星的轨迹，此过程存在模型误差，从而导致控制段发布的星历存在误差。广播星历（预报星历）的误差约为2m。星历误差/星历误差卫星钟差产生原因：卫星钟差是卫星上所安装的原子钟的钟面时与GNSS时之间的误差。修正方法：一般可由主控站通过对卫星时钟运行状态的连续监测确定，通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后，各卫星之间的同步差可保持在20ns以内。显然，修正后仍然会存在残差。与信号传播有关的误差对流层，大气有强烈的对流运动，对流层由此得名。对流运动的强度和伸展的高度随纬度、季节而变化。电离层，也称热层，是指中间层顶到800km高度之间的气层。热层中的气体成分在强烈太阳紫外辐射和宇宙射线作用下，处于高度电离状态，故而得名。热层中不同高度电离程度不均匀。与信号传播有关的误差大气折射：信号在穿过大气层时，速度将发生变化，传播路径也将发生弯曲，也称大气延迟。在卫星导航测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化。色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应不同；非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同。对卫星导航信号而言，电离层是色散介质，对流层是非色散介质。电离层电离层对信号传播的影响电离层中的电子含量与太阳活动密切相关。太阳活动剧烈时，电子含量增加。太阳活动周期约为11年。对流层延迟对流层的粒子多数是中性离子，对频率低于30GHz的无线电信号没有散射作用。对流层的折射与地面气候、大气压力、温度和湿度变化密切相关，这也使得对流层折射比电离层折射更复杂。卫星信号在通过对流层的过程中，不仅速度发生变化，而且传播方向也发生变化，传播路径呈曲线。对流层折射的影响与卫星的高度角有关，观测卫星的高度角越小，对流层对信号传播的影响越大。在天顶方向的影响约2~3m，在地面方向的影响可达20m。因此，在应用卫星导航时，通常避免观测高度角低于15°的卫星，以减弱对流层的影响多路径效应接收机接收信号时，如果接收机周围物体所反射的信号也进入天线，反射信号和来自卫星的直达信号相互叠加，则产生衰落。这种由于多径信号传播所引起的衰落被称作多路径效应。时钟误差接收机钟差是GNSS接收机所使用时钟的钟面时与GNSS时之间的差异。卫星导航接收机一般设有较高精度的时钟，如果接收机钟与卫星钟之间的同步差为1s，则引起的等效距离误差为300m。卫星定位原理28BDS发展历程BDS试验系统（北斗一代）：1983年陈芳允院士提出，1994年开始研制，2003年完成组建伽利略系统合作计划正式系统（北斗二\三代）：2004年-2020年空间段由导航卫星构成，保证地球上任何一点存在一定数量的可视卫星。向用户播发导航信号，为用户段提供导航服务。与地面控制段通信。接收地面控制段发送的导航电文、响应地面控制段的控制信号等。空间段导航卫星的轨道高度范·艾伦带——选择卫星轨道高度的重要因素之一，当高度低于700km时还要考虑大气阻力对卫星运动的影响。因此，通常确定卫星高度的3个窗口是：●700～1500km；●5000～13000km附近；●20000km以上。范·艾伦带（VanAllenBelts）：以范·艾伦命名的带电粒子组成的高能粒子带，它由高度分别从大约1500～5000km和从13000～20000km的内外两层组成，具有强电磁辐射。因为范·艾伦带中的α粒子、质子和高能粒子的穿透力强，对电路破坏性大，所以为了避开强电磁辐射对卫星的影响，卫星运行轨道高度的选择受到限制。空间段事实上，目前导航卫星的轨道只有三类中地球轨道(MediumEarthOrbit,MEO)倾斜同步轨道(InclinedGeosynchronousOrbit,IGSO)地球静止轨道(GeostationaryEarthOrbit,GEO)大量的导航信号可以使用空间段包括：主控站、监测站、注入站（又称上行任务站）地面控制段接收卫星信号、采集气象信息，并送给主控站。(监测站)对监测站发送的数据进行处理，产生卫星测控信息、编算导航电文等。(主控站)将卫星轨道测控信息、导航电文等通过上行链路注入卫星。(注入站)通常主控站有1~2个（备份），注入站和监测站可在全球范围内以一定数量进行布设。包括：主控站、监测站、注入站（又称上行任务站）地面控制段用户段用以接收、处理导航卫星发射的电磁波信号并获得PVT信息的设备。卫星导航系统中的导航服务使用者。卫星导航系统中唯一一个未被定义和不受控制的部分。因此这一部分为研究者留下了最多的想象、设计和发挥的空间。交