实时载波相位差分GPS在靶场测量系统中的应用

导 航 2OO4年 实时载波相位差分GPS在靶场测量系统中的应用 王延萍，刘建军 (中国电子科技集团公司第20研究所，西安 710068) 摘 要：介绍了利用实时载波相位差分GPS技术进行靶场测量的原理及具体 实现，为靶场解决了试验弹着点快速、高精度、实时测量的问题。 关键词：差分GPS；载波相位：靶场 中图分类法：P228．4 文献识别码：A 随着靶场试验任务的不断增加和对测量精度 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的提高，希望能有一种测量速度快， 精度高的测量方法解决弹着点测量问题。用实时载波相位差分GPS进行弹着点测量能满足 上述要求。针对某基地提出的弹着点测量要求，根据我们多年来组建差分GPS测量系统的 经验和靶场测量过程中能够高精度稳定可靠工作的要求，研制了一种实时载波相位差分 GPS靶场测量系统，为基地的试验靶场解决了试验弹着点快速、高精度、实时测量的问题。 1载波相位差分GPS定位原理 1．1 GPS定位原理 GPS定位的基本原理是利用接收机同时接收到4颗GPS卫星发出的无线电信号中的测 距信号，测算出接收机该时刻与这4颗卫星之间的距离(伪距)。从而利用无线电信号中导 航电文中卫星的位置信息和接收机与这4颗卫星之间的距离，便可以求出该时刻接收机的 位置。 1．2差分GPS 差分技术实际上是在一个观测站对两个目标的观测量、两个观测站对一个目标的观测 量或一个观测站对一个目标的两次观测量之间求差，其目的是消除公共误差项和公共参数 项，因而定位精度能大大提高。 载波相位观测量中存在着各种误差源，如电离层误差，对流层误差，时钟误差等。但 对于同一颗卫星，不同接收机同时接收其信号时，卫星的时钟误差是不变的。同一个接收 机接收不同卫星的载波相位信号时接收机时钟误差也是相同的。也就是说不同的载波相位 测量值之间的误差具有很大的相关性。可以通过在载波相位测量值之间作差分来消除各种 收稿日期：2004-09．03。修回日期：2004．11．29。 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 第4期 王延萍等：实时载波相位差分GPS在靶场测量系统中的应用 ·113· 误差源对解算精度的影响。从而求出用户接收机所处的精确位置坐标。 2靶场测量系统组成及工作原理 实时载波相位差分GPS靶场测量系统，包括基准站1套，移动站2套。基准站每2S 广播一次全部可见星的RTK校正数据，移动站接收差分校正信息自行差分定位并在 ls内 以时分方式上行传送各自的定位数据到基准站用户信息监控计算机。 2．1基准站的组成及工作原理 基准站设在靶场试验楼内 包括差分GPS基准接收机，UHF电台、基准站GPS监控 计算机、基准站甩户信息监控计算机、电源及天线等。连接示意图如图1所示。 通信帆天线 图l基准站组成框图 基准站工作原理：GPS接收机接收GPS卫星信号并解算出所有卫星的Ⅺ1(校正数据， 由corn2口送给UHF电台发给移动站，UHF电台又接收移动站发回的弹着点位置数据，计 算机将相应的弹着点位置数据显示在基准站用户信息监控计算机上。 2．2移动站的组成及工作原理 移动站由用户GPS接收机、通信接口、UHF电台、PDA(或笔记本电脑)和电池组成。 连接示意图如图2所示。 移动站背包内装有GPS接收机、通信机、蓄电池、GPS天线、GPS天线电缆、电源开 关、通信天线、定向通信天线电缆；背包外有电源开关接口、天线电缆接口、通信天线杆、 蓄电池电压表。另配有GPS天线三角架、定向天线及其三角架各一套。 移动站工作原理：用户GPS接收机接收GPS卫星信号，同时接收由UHF电台接收到 的RTK差分修正数据 (由差分基准站发出)，并进行差分定位。其定位结果也就是弹着点 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 导 航 20O4年 的测量数据，再由UHF电台将弹着点的测量数据发送给基准站。通信接口作用是在UHF 电台和差分GPS接收机之间起到接口转换协调作用。 3 注意事项 图2 移动站组成框图 GPS天线 3．1基准站 (1)基准站天线应安置在比较开阔的地方； (2)要求基准站所在点的WGS．84坐标值为已知： (3)实践证明适当升高数传电台发射天线的高度，能增大数据通信的有效半径。 3。2移动站 (1)移动站接收机只有经过初始化完成后方能进行RTK测量； (2)如果测区面积大，可以使用多台移动站同时进行作业，这样可以大大加快整个作业 的进度。 3．3坐标转换 RTK GPS提供的坐标是WGS．84系统，需要转换为当地坐标系统中的坐标，转换精 度直接影响着弹着点的测量。二者之间的转换是通过基准站的已知坐标及两个坐标系间的 转换参数来进行的。 4结束语 实时载波相位差分GPS靶场测量系统，可为靶场提供实时、高精度的测量基准。这种 系统在各种靶场作为一种测量系统应用来讲潜能很大，该系统有着非常广阔的应用前景。 参考文献： 【l】 邱致和，王万义译．GPS原理与应用【M】．北京：电子工业出版社，2002 【2】 刘徐德．差分GPS文集【Z】．西安导航技术研究所，1993 【3】 栗恒义等．GPS理论与应用【Z】．西安导航技术研究所，1999 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 铅笔 第4期 王延萍等：实时载波相位差分GPS在靶场测量系统中的应用 ·l】5· Application of RTK in Shooting Range Surveying System WANG Yanping,LIUJianj121"1 Abstract： The prix：ciple of RTK in shooting range surveying and its application is presented in thc paper,which resolved the problem ofshooting point survey must be speediness，high accuracy，real time． Keywords： Di．ff~ GPS；CarriesPhase； ShootingRange ■—t' ，'■'’'''．，■，I，t，t，I，l，'，■，I ，t，■，'，tI，I，I，t 导航定位技术 (自主式导航系统与组合导航)(续1O) 1 推算导航 *dead reckoningnavigation 初始出发位置已知的运动体 (如飞机、舰船和地面车辆等) 在航行过程中，对其航向、航速和所经历的时间保持不断测量，并以这些测量值为基础进 行运算，以获知其当前位置的导肮方法。推算导航是自古有之的导航方式之一。从最古老 的利用记里鼓、 指南 验证指南下载验证指南下载验证指南下载星度指南下载审查指南PDF 车等简单工具来推算路程，刭现在飞机上借助于磁罗盘、空速表和航 空时钟来推算位置，都是推算导航的实际例子 当今广泛使用的惯性导航系统( S)和多 普勒导航系统 (DNS)也都是基于推算导航的原理，所不同的只是它们测量速度和测量航 向的方法各异，性能也不一样。推算导航系统不依赖于外界的导航台，居于自主导航 统， 而需要有设在地面或其他地方的导航台才能产生导航信息的系统叫做非自主式导航系统。 2 惯性导航系统 inertial navigation system fiNS) 属于一种推算导航方式，即从一已知点的位置，根据 连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位 置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐 标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积 分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。惯性导航系统有如下主要优点： (1)由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好且 不受外界电磁干扰的影响：(2)可全天候、全球、全时间地工作于空中、地球表面乃至水 下；(3)能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低： (4)数据更新率高、短期精度和稳定性好。其缺点是：(1)由于导航信息经过积分而产生， 定位误差随时间而增大，长期精度差：(2)每次使用之前需要较长的初始对准时间 (一股 为10～30min)；(3)设备的价格昂贵；(4)不能给出时间信息。 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔