GPS测速、定姿与授时

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1、GPS应用技术1、GPS测速技术2、GPS测姿技术3、GPS测向技术4、GPS测时技术1、GPS测速技术基于GPS高精度定位结果,通过位置差分来获取速度;利用GPS原始多普勒观测值直接计算速度;利用载波相位中心差分所获得的多普勒观测值来计算速度。3种方法之间有一的联系，源于速度数学定义公式。不过由于计算思路不同，所利用的观测量也不同，部分方法还作了不同程度的近似假设，所以它们所确定的速度的精度也不同。位置差分测速法优点：不需要新的观测值，直接利用定位结果计，简单方便缺点：是平均速度，时间间隔过长时不准确，

2、不稳定应用场合：低速载体的速度测定原理：假设于历元t1和t2测定的载体实时位置分别为X1(t1)和X2(t2)，则其运动速度可简单地表示为：由此可得载体运行方向的速度为：多普勒频移测速法fi为多普勒测速仪所发射的微波频率；υg是载体在运动方向上的速度分量，称之为地速（沿着地球表面运动的速度）；为运动方向和回波方向之间的夹角；υr是载体相对回波方向的径向速度；c为电磁波的传播速度。如果测得多普勒频移fd，便可解算出载体的航行速度υg或υr如果测得多普勒频移fd，便可解算出卫星与用户之间的距离变化率，即如果

3、大气折射对伪距观测量的影响已改正，则站星伪距观测方程：考虑卫星钟差可由导航电文给出的参数加以修正，则伪距的时间变率为：多普勒频移测速原理多普勒频移测速原理如果卫星的运动速度已知，则有误差方程：当同步观测的卫星数大于4时，相应的误差方程组为：由此得：上述计算的条件是卫星的运行速度已知（根据导航电文所提供的数据进行计算）。卫星运行速度计算的实用公式载波相位中心差分测速法利用历元t-h和t+h的载波相位观测值φ1和φ3,作中心差分,可以获得历元t多普勒频移观测值：其中,h为采样间隔。然后用它代替原始多普勒频移观

4、测值三种测速方法的比较分析静态测试三种测速方法的比较分析动态测试以将原始多普勒频移观测值所确定的速度作为参考三种测速方法的比较分析动态测试三种测速方法的比较分析动态测试三种测速方法的比较分析位置中心差分法和载波相位中心差分法都是假设载体作匀速运动的近似方法，都要求1Hz甚至更高的采样率，其测速精度主要取决于载波观测值精度和载体运动状态；原始多普勒频移法比较精确。其速度精度主要取决于多普勒频移观测值的精度，基本不受载体运动状态影响；载体匀速运动时，位置差分和载波相位中心差分确定的速度的精度基本相同，但稍优于

5、原始多普勒观测值所确定的速度的精度；非匀速运动时，原始多普勒频移法测速精度最好，载波相位中心差分法次之，位置中心差分法最差。2、GPS测姿技术载体坐标系（BFS)地平坐标系（LLS)惯导系统（INS）测姿技术“GPS陀螺仪”：多GPS天线测姿技术天线布设：只要测出此基线在地理坐标系中的指向（或基线矢量），即可确定俯仰角θ和航向角ψ，如果再用一个天线位于载体右横轴，形成另一条基线，且两条基线互相垂直，则可测出载体的横滚角，其布局成“L”形。只要测定两个基线在地理坐标系中的坐标（x1，yl，z1）T和（x2，

6、y2，z2）T，就可以通过如下公式直接计算姿态角：“GPS陀螺仪”：多GPS天线测姿技术基线矢量坐标（x2，y2，z2）T绕地理坐标系Z轴旋转ψ，再绕地理坐标系X轴方向旋转θ得到坐标值（）T，横滚角为：特点：（1）、基线短，各个天线轴之间的距离很近，从几个厘米到几十米之间；（2）、不分基准站和从观测站，每一个天线所在的位置都是未知量；（3）、基线的长度是一般经过精密测量，作为己知值；（4）、利用多天线测姿时，天线安装要求中心严格在一个水平面上，安装技术难度大。“GPS陀螺仪”：双GPS天线测姿技术在一个运

7、动载体的两个不同位置上分别安设GPS信号接收天线，而用GPS载波相位测量求解出运动载体的二维姿态参数。使用两根GPS天线进行运动载体的姿态测定，只能估计出两个姿态角。L12为A12基线的长度。天线A1到天线A2的矢量方向可以确定偏航角，天线A2的坐标（L12，0，0），将天线A1设置为载体坐标系和当地水平坐标系的原点，可以直接计算偏航角和俯仰角：“GPS陀螺仪”：单GPS天线测姿技术多天线GPS测姿系统的不足各个GPS接收机天线延迟、噪声相互独立；运算量大，实时性难以保证；天线安装时要求中心严格在一个水平

8、面上，安装技术难度大。传统姿态是由载体系相对于当地地理坐标系的欧拉角来描述的，即偏航角、俯仰角、横滚角。利用单天线GPS确定的姿态为伪姿态，与传统姿态不同，由稳定坐标系相对于当地地理坐标系的欧拉角来描述的。伪偏航角：载体速度矢量在水平面中的投影与地理坐标系的Y轴之间的夹角；伪横滚角：在稳定坐标系下，Xs轴绕Ys轴转动的角度。“GPS陀螺仪”：单GPS天线测姿技术试验结果I纯GPS定姿，存在许多飞点，造成定姿错误；试验结果II在