gps測量基礎(chǔ)知識(shí)(編輯修改稿)
2025-09-26 09:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 層干擾和影響，而且在主控站附近常會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)，收不到信號。它的優(yōu)點(diǎn)是通信設(shè)備低廉，集成度高。 3）差分 GPS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信 差分 GPS 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信往往采用星基的差分?jǐn)?shù)據(jù)播發(fā)站，例如可以采用 HF 和衛(wèi)星通訊。衛(wèi)星通信中 的 Inmarsat 系統(tǒng)和公共電話網(wǎng)相聯(lián)，也和 Inter 網(wǎng)相聯(lián)，具有 64kb/s 的傳輸速率，是一種比較理想的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，但價(jià)格比較昂貴。 偽衛(wèi)星方案 一、概述 傳統(tǒng)的差分 GPS 的組成包括一個(gè)位置已知的固定監(jiān)測站，它實(shí)時(shí)接收 GPS 信號并確定出測距誤差，把此誤差作為改正數(shù)提供給本地用戶，用戶則用此改正自己測得的偽距，使計(jì)算出的位置精度更高。這樣，采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備就能使監(jiān)測站附近幾百公里范圍內(nèi)的定位精度提高到 5m。 除了獲得較好的定位精度外，通過對 GPS 信號的監(jiān)測改正，差分 GPS還能提高導(dǎo)航的可靠性，甚至當(dāng) GPS衛(wèi)星顯示不健康信號時(shí)仍能工作。由于基準(zhǔn)站在衛(wèi)星測距信號無法校正時(shí)，能立刻通知用戶，所以改進(jìn)了系統(tǒng)的完整性。 但是，不管差分 GPS 如何提高導(dǎo)航精度、可靠性和完善性，也不能克服掉由于衛(wèi)星星座幾何圖形不佳而造成的缺陷。 18 顆衛(wèi)星的配置方案使這一缺陷更加突出。 21+3 顆衛(wèi)星的配置方案彌補(bǔ)了這一缺陷?，F(xiàn)在正在運(yùn)行著的 26顆衛(wèi)星，已完全消除了這一缺陷。現(xiàn)在正在運(yùn)行著的26 顆衛(wèi)星，已完全消除了這一缺陷。但是，將來 BLOCK 1 型試驗(yàn)衛(wèi)星壽命終結(jié)， GPS 衛(wèi)星保持著 21+3 的 配置方案運(yùn)行。一旦有一顆衛(wèi)星發(fā)生故障，或者由于某種原因接收不到 GPS 信號，幾何配置不當(dāng)?shù)娜毕萑詴?huì)存在。為了保證 GPS 在一些特定地區(qū)為特殊用途時(shí)的精確性和可靠性， SC104分會(huì)提出了偽衛(wèi)星的概念，即在該地區(qū)建立類似于 GPS 衛(wèi)星的固定基準(zhǔn)站，行使 GPS 和基準(zhǔn)站的功能。 從本質(zhì)上看，偽衛(wèi)星僅僅是差分 GPS應(yīng)用的特殊方案。因此偽衛(wèi)星電文格式也和其他差分 GPS 的電文格式一樣。 下圖為偽衛(wèi)星系統(tǒng)配置圖。監(jiān)測站接收所有可見的 GPS 衛(wèi)星信號和偽衛(wèi)星信號，并把它們和已知監(jiān)測站位置及偽衛(wèi)星天線位置進(jìn)行 比較。監(jiān)測站控制偽衛(wèi)星發(fā)射并提供差分 GPS電文。因?yàn)閭涡l(wèi)星是精確地在 GPS L1頻率 ，所以 GPS 用戶設(shè)備可以同時(shí)接收GPS 信號和偽衛(wèi)星信號。 概括起來，利用偽衛(wèi)星系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1. 根據(jù)國際和美國無線電管理的規(guī)定， 1559～ 1610MHZ 頻段用于航空導(dǎo)航與天線電衛(wèi)星導(dǎo)航。 GPS 采用了其中一個(gè)頻率 ，而偽衛(wèi)星仍選用這一頻率。所以， GPS 用戶設(shè)備可同時(shí)接收 GPS 信號和偽衛(wèi)星信號，不必再設(shè)置另一套接收差分 GPS 基準(zhǔn)站信號的設(shè)備。 2. 由于偽衛(wèi)星信號處相在 GPS 時(shí)間中是被精確確定的，所以用戶設(shè)備能從偽衛(wèi)星獲得一個(gè)附加的偽距測量，這樣就增大了衛(wèi)星覆蓋面積，改善了導(dǎo)航幾何配置。結(jié)果，即使某個(gè)衛(wèi)星工作不健康或其他原因造成衛(wèi)星幾何配置不良，仍能獲得優(yōu)良的導(dǎo)航性能。 3. 差分 GPS 偽衛(wèi)星體制比傳統(tǒng)體制所需費(fèi)用要少，因?yàn)樗恍枰獑为?dú)的接收設(shè)備。天線前置放大器等部分是與 GPS 接收機(jī)相同的。對用戶來說，沒有增加更多的負(fù)擔(dān)。 4. 在偽衛(wèi)星作用范圍內(nèi)，偽衛(wèi)星能提供許多比利用傳統(tǒng)差分 GPS 或普通 GPS 更多的導(dǎo)航功能。特別是通過偽衛(wèi)星能減少或限制高度誤差，能為飛機(jī)（包括直升飛機(jī)）提供非精密進(jìn) 場能力。 5. 利用 GPS 的非精密進(jìn)場并不限定在直線段，飛機(jī)不是跟蹤一個(gè)窄波信號波束。對于從任何航線進(jìn)場的飛機(jī)都能把位置計(jì)算并顯示出來，這對于復(fù)雜地形非常有用，因?yàn)樗试S在任何需要的時(shí)候都可以改變進(jìn)場航線，而不影響地面設(shè)備的安裝和運(yùn)行。 二、方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)偽衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要問題是對 GPS 衛(wèi)星信號的干擾問題。假如用戶在距偽衛(wèi)星 50km 處，偽衛(wèi)星信號與 GPS衛(wèi)星信號一樣強(qiáng)，那麼當(dāng)用戶靠近偽衛(wèi)星只有 50m 時(shí)，則此偽衛(wèi)星信號將比 GPS衛(wèi)星信號強(qiáng) 60dB。因此偽衛(wèi)星的信號結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決這種遠(yuǎn) 近效應(yīng)問題 。即在最大范圍內(nèi)能提供足夠強(qiáng)的偽衛(wèi)星信號，又能在距偽衛(wèi)星很近時(shí)不干擾 GPS 衛(wèi)星信號。這樣要求設(shè)計(jì)的接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍至少在 60dB以上。 要達(dá)到 60dB 的動(dòng)態(tài)范圍，有三種方法可供選擇。 — 碼分多址技術(shù) 利用不同 C/A碼進(jìn)行碼間互相關(guān)，只能分離 25dB，因此還剩下 35dB必須考慮采用其他手段。如果要應(yīng)用偽隨機(jī)碼來分離這 60dB,則必須使此碼率比 C/A 碼率提高若干倍 ,以降低偽衛(wèi)星信號對可接收值的噪聲電平 .根據(jù)不同的假定和試驗(yàn) ,此碼率必須達(dá)到 25～ 50MHZ,并具有類似的帶寬 . 但是 ,現(xiàn)在 GPS 的 帶寬是 30MHZ,所以現(xiàn)有的 GPS接收機(jī)是無法達(dá)到的。 解決這個(gè)問題的另一條途徑是提高碼元的碼率 .但這在硬件上也存在著困難 .這種技術(shù)將減少 GPS 信號的兼容性 ,而且顯著增加接收機(jī)的成本 .因此 ,利用一種新碼來解決遠(yuǎn) 近效應(yīng)似乎是不現(xiàn)實(shí)的。 — 頻率偏值技術(shù) 使偽衛(wèi)星信號偏離標(biāo)稱值 約 10～ 20MHZ。這樣可隔離正常碼的 25dB。下表示出了干擾衰減與頻率分離的關(guān)系。
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