最新卫星定位系统原理及应用第一讲幻灯片.ppt
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《最新卫星定位系统原理及应用第一讲幻灯片.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《最新卫星定位系统原理及应用第一讲幻灯片.ppt(124页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、课程说明参考书课程要求基础知识基础知识定位:确定载体位置信息的技术和方法。定向:确定载体姿态、航向信息的技术和方法。导航:将载体从起始点引导到目的地的方法和技术(自主导航和目的地导航)。导航也是一种广义的动态定位。 导航系统:能够向航行体的操纵者或控制系统提供航行体的位置、速度、姿态、航向等即时运动状态的系统称为导航系统。 常用的定位导航方法常用的定位导航方法* 航标方法(目视方法)航标方法(目视方法) 借助于信标或参照物把载体从一点引导到目的地的方法。如:海上的信标(灯塔等),机场导航灯。* 航位推算法航位推算法 通过测量载体的速度和方向数据来累积求得载体在各方向分量上行驶的距离。 常用的定
2、位导航方法常用的定位导航方法* 天文导航天文导航 通过对天体的精确定时观测来确定载体的位置的方法。* 惯性导航惯性导航 通过积分安装在稳定平台上的加速度计的输出来确定载体的位置和速度的方法。* 无线电导航无线电导航 通过测量无线电波从发射台到载体的传输时间来确定载体位置的一种定位方法,也可通过测量无线电波的相位或相角来定位。 其原理是基于电磁波的恒定传播速率和路径的可预测性原理。 常用的无线电定位技术有三种:到达时间(TOA)、到达角度(AOA)和到达时间差(TDOA)。 常用的定位导航方法常用的定位导航方法TOA通过测量从多个已知位置的发射机传来的无线电信号到达接收端的时间来确定接收机的位置
3、。AOA通过三角测量法定位,信号由车载发射机发射,处在已知位置的天线阵列接收信号并计算信号到两个或多个天线单元的入射角,车辆位置由入射角的交叉点确定。TDOA采用三边测量法定位,由多个已知位置的发射机发送时间同步信号,移动接收机接收信号并测量至少两组信号的到达时间差,由此确定接收机的位置。目前地面无线电导航系统已经在航海和航空领域获得了广泛应用,大约有100种不同类型的系统正在世界各地运营,如著名的Loran-C,和OMEGA。* 卫星定位导航卫星定位导航 1957年10月,世界上第一颗人造卫星的发射成功使人类在空间建立导航无线电发射基准站的设想变成了现实,星基无线电导航系统也随之应运而生,这
4、就是卫星定位系统。 与传统的定位方法相比,卫星导航不但能够在全球范围内为陆地、海洋以及近地空间的用户提供连续准确的位置、速度和时间信息,而且用户设备体积小、重量轻、功耗小、价格低、易于操作,从而给导航技术带来了革命性的变化。 常用的定位导航方法常用的定位导航方法1.1.2 航行体对导航系统的要求 导航的作用:为运载体的航行服务,该服务应满足特定要求,不光要解决航行的目的性,更要解决安全性、服务连续性和有效性。导航系统的性能是由其信号特性和性能参数来描述的。一般说来,要衡量一个导航系统的优劣,必须考虑其精度、覆盖范围、信息更新率、可用性、可靠性、完善性、多值性、系统容量和导航信息的维数等参数。1
5、、精度导航系统为运载体所提供的位置与运载体当时的真实位置之间的重合度。精度用导航误差的大小衡量。导航误差是一个随机变化的量,常用统计的度量单位来描述,即用定位误差不超过一个数值的概率来描述。均方根差RMS(Root Mean Square Error) 测绘界的人将其称为”中误差”或”标准差” (,Standard Deviation)。它的探测概率,是以置信椭圆(二维定位)和置信椭球(三维定位)来表述。 1 的概率值为68.3; 2 的概率值为95.5; 3 的概率值为99.7。RMS圆概率误差CEP(Circular Error Probability) 一般是以载体真实位置为圆心的圆内,
6、偏离圆心概率为50的二维点位离散分布度量。 R95为95的圆概率误差。 SEP(Sphere Error Probability)是针对三维位置,以球概率误差来表示,它是以天线真实位置为球心的球内,偏离球心概率为50的三维点位精度分布度量。CEP定位精度度量表名称符号概率属性均方根差RMS681维(垂直)圆概率误差CEP502维(水平)均方根差RMS63682维(水平)圆概率误差R95952维(水平)均方根差RMS61683维球概率误差SEP503维(1)预测精度 指导航测量结果相对于地图上标出的位置的精度。(2)重复精度 指用户回到从前曾用同一导航系统测定过的位置的精度。(3)相对精度 指用
7、户测量出的位置相对于另一个同时用同一导航系统测量出的位置的精度。2、可用性与可靠性 *可用性 导航系统为运动载体提供可用的导航服务的时间的百分比 *可靠性 在给定的条件下在规定的时间内以规定的性能完成其功能的概率 可靠性指标:发生故障的频度和平均无故障工作时间(MTBF:Mean Time Between Fault) *信号可用性指从导航台发射的导航信号可以使用的时间的百分比3、覆盖范围指一个面积或立体空间。在此范围内,导航系统以规定的精度为载体提供位置。影响因素包括:系统几何关系发射信号功率接收机灵敏度大气噪声条件4、导航信息更新率5、导航信息多值性6、系统容量7、系统的完善性8、导航信息
8、的维数1.2 常用导航定位系统简介 1.2.1 陆基无线电导航系统 指以无线电技术为基础的导航台建在地球上的导航系统。*测量方式分为 测向(角)AOA测距 DOA测距差 TDOA测距测向*按作用距离分类近程:100500Km中程:5001000Km远程:10003000Km超远程:10000Km 二战期间及战后,由于军事的迫切需求,加速了陆基无线电导航系统的发展。近年来,随着无线电导航技术特别是卫星定位导航技术的发展和完善,许多陆基无线电导航系统已停用或即将停用。1、塔康(TACAN) TACAN(Tactical Air Navigation)美国于1955年研制的近程测距测向无线电导航系统
9、。*组成 塔康地面设备(塔康信标)机载设备*功能*原理:二次雷达原理2、测距器(DME)测距器(Distance Measurement Equipment)是近程测距的二次雷达系统。采用脉冲测距制。工作原理与塔康的测距原理相同。 从用途和精度分有航路用测距器、终端测距器和精密测距器。3、伏尔(VOR)伏尔(Very-High-Frequency Omnidirectional Ranging)甚高频全向测距。*组成:地面台和机载接收机。 *原理:地面台的天线方向图为一个旋转着的心脏形方向图。飞机在不同方位,飞机上伏尔接收机收到的信号幅度调制包络具有不同的相位。利用地面台辐射场调制包络的相位与
10、飞机方位角之间的一一对应关系可为飞机提供相对于地面台磁北的方位坐标 *特点:作用距离受视距限制 作用距离为370公里 方位角优于2.0度*应用:常与测距器配合使用。伏尔/测距器是陆地上无线电近程导航和非精密进场的国际标准设备。4、 罗兰罗兰C*罗兰C(Loran-long range navigation)*陆基、低频脉冲相位导航系统*中远程精密无线电导航系统*主要包括地面设施和用户设备两大部分。 地面设施:发射台组和监测站 *工作原理:双曲线无线电导航系统。 用户设备接收到两个发射台的信号到达的时间差TDOA,乘以电波传播速度,可换算为距两个台的距离差值-为一双曲线,再接收另外两个台的信息,
11、便可得另一双曲线,两条双曲线的交点,就可计算出用户位置。5、Omega6、多普勒导航系统1.2.2卫星定位导航系统(卫星定位导航系统(GNSS)GNSS:Global Navigation Satellite System.以导航定位卫星发射的信号来确定载体位置而进行导航的系统。 常用GNSS: GPS: Global Positioning System,美国 GLONASS:Global Navigation Satellite System, 俄罗斯 BDSTAR: 北斗双星,中国 GALILEO: 欧州其他典型的导航定位系统其他典型的导航定位系统1、 航位推算法航位推算法航位推算(DR
12、-Dead Reckoning),一般由里程计和惯性测量单元(IMU)或电子罗盘组成,里程计用于测量车辆的行驶距离信息,IMU或电子罗盘用于测量车辆的速度或者方向信息。航位推算系统是一种自主式(独立)导航系统,它完全依靠车载的设备自主地完成导航任务,因此很少受到周围环境的干扰和影响。(x0,y0)(x1,y1)(xn,yn)d0d1dn-1011niniininiindyydxxsincos100100其中(x0,y0)为0时刻车辆的初始位置,di是行驶距离,.是角度值i由于航位推算是累积推算位置的,方向和距离传感器的存在长时间运行的漂移问题。DR目前多与GPS等卫星定位系统组合进行组合导航。
13、一方面GPS系统可以弥补航位推算系统的累积误差随时间增加的不足,在长时间导航的过程中不断计算和纠正航位推算系统的仪器参数。而航位推算系统也可以在GPS信号暂时失效的情况下发挥补充作用。2、 惯性导航系统(惯性导航系统(INS)加速度速度位移积分积分INS-Inertial Navigation System,简称惯导包括:IMU(Inertial Measure Unit)、导航计算机。基本原理:以牛顿力学定律为基础由安装于载体内部的加速度计和陀螺仪测量载体相对于惯性空间的比力(从中可以提取载体运动的加速度)和角速度、三维位置、速度和姿态信息。分类: 平台式INS 捷联式INS(SINS:St
14、rapdown Inertial Navigation System)平台式惯导:经陀螺为基础形成一个不随载体姿态和载体在地球上的位置而变动的稳定平台。 特点:导航计算小,精度较高,但结构复杂,尺寸大,成本高。SINS:将陀螺和加速度计直接固连在运载体上。 特点:平均无故障时间长,体积小,价格低。特点:自主式导航系统 抗干扰能力强,隐蔽性好(多用于军品)缺点:陀螺漂移和加速度表的误差带来INS误差随时间累积加大。解决方法:(1)提高惯性系统的精度(2)采用组合导航3、组合导航系统、组合导航系统组合导航是指使用两种或两种以上的不同导航系统对同一种信息进行测量,利用其互补性,提高系统性能。如:GP
15、S和INS组合系统、GPS和DR等组合导航系统。惯性组合导航系统的结构框图GPS接收机里程计信息IMU信息航位推算数据融合GPS/IMU信息导航信息GPS/INS组合模式v根据不同的应用要求,GPS/INS的组合模式可以有不同水平的组合模式。从GPS和INS耦合性角度,可以分为松耦合和紧耦合两种基本组合模式。松耦合紧耦合4. 地形辅助导航系统地形辅助导航(TAN-Terrain Aided Navigation)是利用地形、地物和地貌特征进行导航的总概念。 其基本工作原理是:在系统中存储有飞行器所要飞越地区的三维数字地图;在飞行过程中,系统利用地形特征传感器得出飞行器正下方的地形剖面图或其他特
16、征;系统将所存储的数字地图与测得的地形剖面图相比较,当达到匹配时,便求出了飞行器所在点的位置。4. 地形辅助导航系统 一个实用的地形辅助导航系统通常四部分组成: 地形特征传感设备 雷达高度表、气压高度表和大气数据计算机等 推算导航设备 INS、多普勒导航雷达等 数字地图存储装置 数据处理装置 地形辅助导航系统把地形(图)数据库、地形(图)匹配技术和航位推算导航技术相结合,是一种精确的自主式全天候导航系统,很难被发现和干扰,可在电子对抗环境下很好地工作; 特别适于低空突防和超低空飞行; 要与其他导航系统组合使用,与卫星导航具有很好的互补性地形匹配导航的原理框图5. 卫星定位系统的基础知识定位时间
17、定位精度数据更新率接口方式物理特性环境适应性坐标系时间体系5.1 定位时间接收机确定用户位置所需要的时间。冷启动时间:50S温启动时间:40S热启动时间:30S重捕时间:0.5S5.2 定位精度接收机可为用户提供的位置精度,一般分为水平定位精度和垂直定位精度。在这是指接收机所测定的地面点位与其实际点位之差。如:水平1.8m (CEP)。均方根差RMS(Root Mean Square Error) 测绘界的人将其称为”中误差”或”标准差” (,Standard Deviation)。它的探测概率,是以置信椭圆(二维定位)和置信椭球(三维定位)来表述。 1 的概率值为68.3; 2 的概率值为9
18、5.5; 3 的概率值为99.7。RMS圆概率误差CEP(Circular Error Probable) 一般是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。 R95为95的圆概率误差。 SEP(Sphere Error Probable)是针对三维位置,以球概率误差来表示,它是以天线真实位置为球心的球内,偏离球心概率为50的三维点位精度分布度量。CEP定位精度度量表名称符号概率属性均方根差RMS681维(垂直)圆概率误差CEP502维(水平)均方根差RMS63682维(水平)圆概率误差R95952维(水平)均方根差RMS61683维球概率误差SEP503维5.3 数
19、据更新率每秒钟数据输出的次数,单位:Hz如:20Hz,10Hz,1Hz等5.4 接口方式一般采用串行接口,具有COM1 1 个或COM1/COM2 2个串行口电平类型:RS232或RS422,多采用RS232 信号类型:RS232:RXD,TXD,GND RS422:RXD+,RXD-,TXD+,TXD-波特率:每秒发送数据的位数(bits), 如:9600bps (bits per second)数据位,停止位和校验位接收机与CPU(2个COM口)连接方法(RS232) COM1 接 收 机 COM2COM1 中心 处理器 CPU COM2TXD RXDRXD TXDGND GNDTXD R
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 最新 卫星 定位 系统 原理 应用 第一 幻灯片
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内