第三篇航海仪器 .2 第一章现代电子定位仪器 第一节罗兰C导航系统 第二节 GPS卫星导航系统 第三节 船舶自动识别系统(S).16 第二章雷达定位与导航.23 第一节雷达影象的特点. 第二节雷达定位与导航 第三节雷法佳用性能和度 30 第三 回声测深仪 0。”g。gt。9tt。gtt。5t。”g。tt。”。t”。 32 第-节水声学基础.32 第二节回声测深仪.33 第四章船用计程仪.。 ,.39 第一共啊术 30 第二节电磁计程仪 30 第三节 41 第四节声相关计程仪.44 第五章磁罗经. .47 第一节地磁及船用磁罗经。 第二节磁罗经自差， .47 第三节 自差校正.5科 第六章陀螺罗经.。 第一节陀螺罗经指北原理.60 第二节陀螺罗经误差及其消除 第二节安许系列罗经 78 第四节 斯伯利系列罗经. 0 第五节阿玛一勃朗系列罗经.8
第三篇 航海仪器. 2 第一章 现代电子定位仪器 .2 第一节 罗兰C导航系统. 2 第二节 GPS卫星导航系统. 5 第三节 船舶自动识别系统（AIS）. 16 第二章 雷达定位与导航 .23 第一节 雷达影象的特点. 23 第二节 雷达定位与导航. 27 第三节 雷达使用性能和精度. 30 第三章 回声测深仪 .32 第一节 水声学基础. 32 第二节 回声测深仪. 33 第四章 船用计程仪 .39 第一节 概述. 39 第二节 电磁计程仪. 39 第三节 多普勒计程仪. 41 第四节 声相关计程仪. 44 第五章 磁罗经 .47 第一节 地磁及船用磁罗经. 47 第二节 磁罗经自差. 52 第三节 自差校正. 54 第六章 陀螺罗经 .60 第一节 陀螺罗经指北原理. 60 第二节 陀螺罗经误差及其消除. 72 第三节 安许茨系列罗经. 78 第四节 斯伯利系列罗经. 80 第五节 阿玛一勃朗系列罗经. 82
第三篇 航海仪器 第一章 现代电子定位仪器 第一节罗兰C导航系统 第二次世界 种类型，现在商船上主要使用C类型。 罗兰C是一种远程、低频、脉冲一相位测距差式双曲线导航系统，是在罗兰A基础上 发展起来的。它是通过测量主、副台脉冲包络的时间间隔粗测时间差，再通过比较载波相位 精测时间差的工作方式，提高了测量精度。该系统采用1O0k低频、长基线，并采用多脉 冲相位编码、相关接收等技术。 它的作用距离可达 000 白天地波的作用器 离为1200 nmile,最佳定位精度可达儿十米：夜间天被的作用距离为2300 nmile,定位精度可 达几百米数量级。目前世界上有20多个台链、约75个罗兰C发射台。 一、系统设置 1台结组成 罗兰C由1个主台和2一4个副台组成一个台链， 并用M表示主台，用W、X、Y、Z 分别按顺序命名各副台。为了获得较好的位置线夹角，主、副台的地理位置通常配置成如图 3-1所示。主剧台间的基线长 约为800 n mile。 a) 2信号发射格式 罗兰C导航系统只有 一种发射频率。台链叶 各合都采用同一脉冲重复周期 发射信号，主台先发射，然后 各刷台按W、Z、Y、Z的顺序 依次发射。其信号发射格式为 1)多脉冲发射 每个发身 台都发射8个为一组的脉冲信 号，其脉冲宽度为200μs,相 邻脉冲的间隔为1000us。主台 除发射一组8个脉冲外，还发 图3-1-1罗兰C主副台配置图 射第9个脉冲，它与第8个脉 冲的间隔为2000s或500us,其主要用于视觉识别主台信号，故称为识别脉冲 2)相位编码。罗兰C发射台发射的脉神组中，8个信号脉冲的载波初相位按一定规律变 化的现象称为相位编码。每一脉冲载波的初始相位只有两种状态：0相和π相，或以“+“和 来表示。主台和副台信号相位编码不同（各剧台的相位编码相同），相邻两周期信号的相位编 码也不同，但主台的第9个脉冲不参加编码。罗兰C采用的相位编码序列如表3-3-1所示 从表中可以看出， 、刷台的各奇数脉冲在两个相邻脉冲组重复周期中相位不变，称为原码 主、副台的偶数脉冲在两个相邻脉冲组重复周期中相位相反，即互为补码。利用相位编码
第三篇 航海仪器 第一章 现代电子定位仪器 第一节 罗兰 C 导航系统 罗兰（Loran）一词是远程导航（Long Range Navigation）的英文字头缩写的译音，是从 第二次世界大战开始研究发展，随后得到广泛应用的导航系统。先后有 A、B、C、D 等多 种类型，现在商船上主要使用 C 类型。 罗兰 C 是一种远程、低频、脉冲－相位测距差式双曲线导航系统，是在罗兰 A 基础上 发展起来的。它是通过测量主、副台脉冲包络的时间间隔粗测时间差，再通过比较载波相位 精测时间差的工作方式，提高了测量精度。该系统采用 100 kHz 低频、长基线，并采用多脉 冲相位编码、相关接收等技术，它的作用距离可达 1 000～2 000 n mile。白天地波的作用距 离为 1200nmile，最佳定位精度可达几十米；夜间天波的作用距离为 2300nmile，定位精度可 达几百米数量级。目前世界上有 20 多个台链、约 75 个罗兰 C 发射台。 一、系统设置 1.台链组成 罗兰 C 由 1 个主台和 2～4 个副台组成一个台链，并用 M 表示主台，用 W、X、Y、Z 分别按顺序命名各副台。为了获 3-1-1 所示。主副台间的基线长 约为 800n mile。 2.信号发射格式 罗 兰 C 导航系统 得较好的位置线夹角，主、副台的地理位置通常配置成如图 只 有 。台链中 脉冲宽度为 200μs，相 定规律变 100kHz 一种发射频率 各台都采用同一脉冲重复周期 发射信号，主台先发射，然后 各副台按 W、Z、Y、Z 的顺序 依次发射。其信号发射格式为： 1)多脉冲发射。每个发射 台都发射 8 个为一组的脉冲信 号，其 邻脉冲的间隔为 1000μs。主台 除发射一组 8 个脉冲外，还发 射第 9 个脉冲，它与第 8 个脉 冲的间隔为 2000μs 或 500μs，其主要用于视觉识别主台信号，故称为识别脉冲。 2)相位编码。罗兰 C 发射台发射的脉冲组中，8 个信号脉冲的载波初相位按一 图 3-1-1 罗兰 C 主副台配置图 化的现象称为相位编码。每一脉冲载波的初始相位只有两种状态：0 相和 π 相，或以“+”和“-” 来表示。主台和副台信号相位编码不同(各副台的相位编码相同)，相邻两周期信号的相位编 码也不同，但主台的第 9 个脉冲不参加编码。罗兰 C 采用的相位编码序列如表 3-3-1 所示。 从表中可以看出，主、副台的各奇数脉冲在两个相邻脉冲组重复周期中相位不变，称为原码； 主、副台的偶数脉冲在两个相邻脉冲组重复周期中相位相反，即互为补码。利用相位编码
使接收设备便于实现对信号的自动搜索和自动识别主、副台信号，可消除前一脉冲高次天波 对后一脉冲干扰，还能起到改善信噪比、抑制连续波干扰的作用。 表3-1-1罗兰C相位编码序列 顺 位母 脉冲顺序 12345678912345678 第一思期t帅组 + ++++++ 3)编码延时。罗兰C台链的主台先发射，各刷台分别经过不同的基线延时和编码延时后 发射信号。基线延时为电波从主台传播到副台所需的时间，是用来解决双曲线位置线的双值 性问题：编码延时是当副台接收到主台信号后开始发射脉冲组信号的延迟时间，是用来区别 名副台的信号。它可以通过计算来确定其值的大小。于是可确保接收机按照M一W一X一Y 一乙的顺序接收到主副台信号。 3,台链识另 由于罗兰C的各发射台均以100kHz的载波频率发射脉神组信号，因此台链的识别只能 依据不同的脉冲组重复周期。新型罗兰C脉冲组重复周期的范围是从00010~99990μs,每 组重复周期间隔10s。实际使用中的重复周期取40000一99990us,并用其前面四位数字4000 999分别命名对应的台链。如8390的台链（中国罗兰C的东海链）的脉冲组重复周期为 83900u5 4应用现况 目前，罗兰C台链可以从无线电信号表第二卷中查得。大多数台链的台址都可以事先 存储于罗兰C接收机中，只要进入这些罗兰C导航台链的作用范围内，罗兰C接收机既能 测出时差，也可根据存储的台链资料，将所测时差换算成经纬度，但要注意到坐标系的修正。 时差测定 罗 C接收机通过重合脉冲包络粗测时差，即测出时差值的前四位数值，即万、千、 百、十位数值：比较载波相位精测时差，测出时差值的个位及小数点的数值 三、罗兰C宗位 罗兰C接收机测得两对或两对以上的台组时差。即可利用罗兰C海图或罗兰C表册求 得观测船位。由于罗兰C系统的作用距离远，因此利用罗兰C海图定位时，其准确度总要 受到海图比例尺的限制。当对观测船位的精度要求较高时，应尽量使用罗兰 C表册为好 自动罗兰C接收机能自动进行时差一坐标转换，直接给出船舶的经纬度，无需人工利 用罗兰C海图或罗兰C表册去定位。虽然大多数船舶现在都装备了自动罗兰C接收机，但 是介绍利用罗兰C海图和罗兰C表册定位的方法还是有必要的，因为自动罗兰C接收机只 能在地波范围内使用。要利用天波定位，就必须利用罗兰C海图成罗兰C表册，同时，利 用罗兰C海图或罗兰C表册定位是最基本的方法，在某些特殊场合仍有应用。 利用罗兰C海图定位 罗兰C海图是在墨卡托海图上 125 /25 分别用绿、褐、蓝和洋红等不同领色 18 -15 1618 印有表示不同罗兰C台组的双曲线 位置线格网，位置线上标有相应罗兰 推算船位 推算船位 台组的识别符号和对应于地波 号的时差值。如所测定的是天波时差 或天地波时差/地天波时差，则必须 17 -11 -10 -1 17-10 经过天波改正量或特殊改正量的或 正，换算为所对应的地波时差方可进 图3-1-2改正量内差
使接收设备便于实现对信号的自动搜索和自动识别主、副台信号，可消除前一脉冲高次天波 对后一脉冲干扰，还能起到改善信噪比、抑制连续波干扰的作用。 表 3-1-1 罗兰 C 相位编码序列 顺序 信号 主 台 副 台 脉冲顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 91 2 3 6 7 8 4 5 第一周期脉冲组 ++-+-+-+ +++++-+ 第二周期脉冲组 +-++++++ + - + - + + - - 3 C 台 的各发射台均以 100kHz 的载波频率发射脉冲组信号，因此台链的识别只能 况 C 台链可以从无线电信号表第二卷中查得。大多数台链的台址都可以事先 存储 过重合脉冲包络粗测时差，即测出时差值的前四位数值，即万、千、 两对或两对以上的台组时差。即可利用罗兰 C 海图或罗兰 C 表册求 得 用罗 图上 )编码延时。罗兰 链的主台先发射，各副台分别经过不同的基线延时和编码延时后 发射信号。基线延时为电波从主台传播到副台所需的时间，是用来解决双曲线位置线的双值 性问题；编码延时是当副台接收到主台信号后开始发射脉冲组信号的延迟时间，是用来区别 各副台的信号。它可以通过计算来确定其值的大小。于是可确保接收机按照 M－W－X－Y －Z 的顺序接收到主副台信号。 3.台链识别 由于罗兰 C 依据不同的脉冲组重复周期。新型罗兰 C 脉冲组重复周期的范围是从 00010～99990μs，每 组重复周期间隔 10μs。实际使用中的重复周期取 40000～99990μs，并用其前面四位数字 4000 一 9999 分别命名对应的台链。如 8390 的台链(中国罗兰 C 的东海链)的脉冲组重复周期为 83900μs。 4.应用现 目前，罗兰 于罗兰 C 接收机中，只要进入这些罗兰 C 导航台链的作用范围内，罗兰 C 接收机既能 测出时差，也可根据存储的台链资料，将所测时差换算成经纬度，但要注意到坐标系的修正。 二、时差测定 罗兰 C 接收机通 百、十 位数值；比较载波相位精测时差，测出时差值的个位及小数点的数值。 三、罗兰 C 定位 罗兰 C 接收机测得 观测船位。由于罗兰 C 系统的作用距离远，因此利用罗兰 C 海图定位时，其准确度总要 受到海图比例尺的限制。当对观测船位的精度要求较高时，应尽量使用罗兰 C 表册为好。 自动罗兰 C 接收机能自动进行时差一坐标转换，直接给出船舶的经纬度，无需人工利 兰 C 海图或罗兰 C 表册去定位。虽然大多数船舶现在都装备了自动罗兰 C 接收机，但 是介绍利用罗兰 C 海图和罗兰 C 表册定位的方法还是有必要的，因为自动罗兰 C 接收机只 能在地波范围内使用，要利用天波定位，就必须利用罗兰 C 海图或罗兰 C 表册，同时，利 用罗兰 C 海图或罗兰 C 表册定位是最基本的方法，在某些特殊场合仍有应用。 1．利用罗兰 C 海图定位 罗兰 C 海图是在墨卡托海 图 3-1-2 改正量内差 分别用绿、褐、蓝和洋红等不同颜色 印有表示不同罗兰 C 台组的双曲线 位置线格网，位置线上标有相应罗兰 C 台组的识别符号和对应于地波信 号的时差值。如所测定的是天波时差 或天地波时差／地天波时差，则必须 经过天波改正量或特殊改正量的改 正，换算为所对应的地波时差方可进
行定位。天波改正量和特殊改正量标示在经纬线的交点附近。 一般所测定的时差值不恰好与海图位置线上所标示的时差值相一致，这时应在与所测定 时差相邻的两条《 置线间进行内插，画出对应于测定时差的位置 般可以采用等分 内插法，但在船位接近基线延伸线附近时，由于位置线间的间隔变化是不均匀的，应采用不 等分刻度内插法。 天波改正量和特殊改正量，须根据推算船位讲行内插而求得。内插方法加图312，先 作等分，后用直线连接各等值点，即可求得推算船位附近的天波改正量，例如图中推算船位 处的天波改正量应为-14.8μs 利用罗兰C表定位 在罗兰表册中都有详细的使用方法的介绍和范例，由于教材篇幅的限制，以下只作简单 的介绍。 (1)罗兰C位晋线 罗C位线表表列的第一行T为地波的时俏 一般是每间隔10μs列出。在整个罗 兰C的作用区域 ,表列点的间隔为纬度1°和经度1°。在接近发射台的地区 线的曲*率较大，则以5'或30'的间隔插入附加点。在距发射台20 n mile以内的区域，双曲 线的曲率更大，用两点连成的直线作为位置线，将引起明显的误差。在这种情况下，应采用 平滑曲线连接以此相邻的3个点的办法使连线较接近于双曲线位置线。在每个罗兰C表的 上方都标有罗兰C台组的名称。 (2)天波改正量表 在罗兰C表册中和罗兰C海图中一样，天波改正量也分为白天和夜间两种。用于计算 白天的天波改正量的电离层高度为3km,夜间为91km。 (3)特殊败正最表 罗兰C定位有时需要“主台天波配合别台地波或“主台地波配合别台天波”来测时差，此 注意分清是“主台天波配合剧台地波 3.利用自动罗兰C接收机定位 由于自动罗兰C接收机给出的船位大都是WGS-2坐标系下的经、纬度，因此从自动 罗兰C接收机获得的船位应根据海图所注的相应的坐标系修正量进行修正后方可画到海图 上去，尤其在大比例尺海图上作业时，中应注竞。 1.测定时差误差 (1)主、副台同步误差。对罗兰C发射台来说，主、副台发射之间的精确时间间隔不 -致仅能引起一个小量值的误差，这一误差约为0.03-006s。若同步误差超过02s的时 间达到1mn以上时，则主台信号的第九个脉冲呈闪烁状或不停地左右移动 (2)地波传播误差 地波信号经陆地传播后会产生地波传播误差。在选择台 链时，应尽量避免选择途经陆地的发射台。 (3)天波改正量误差。这项误差主要由于表册天波改正量相对应的电离层高度与实际 电离层高度不同而引起的.其误差为11.5us (4)测定时波形重合误差。为了进行精确测定，罗兰C不仅要进行信号波形重合，而 且还要使相位重合。对于手动测量的AC接收机 ,此项误差可达3：对于自动罗兰C接 收机，此项误差小于0.1山s 2.船舶与发射台组的相对位置 相同时差误差在基线上引起的位置误差最小，而在基线延伸线上引起的误差最大
行定位。天波改正量和特殊改正量标示在经纬线的交点附近。 一般所测定的时差值不恰好与海图位置线上所标示的时差值相一致，这时应在与所测定 殊改正量，须根据推算船位进行内插而求得。内插方法如图 3-1-2，先 使用方法的介绍和范例，由于教材篇幅的限制，以下只作简单 的介 兰 C 位置线表 一行“T”为地波的时差值，一般是每间隔 10µs 列出。在整个罗 兰 兰 C 海图中一样，天波改正量也分为白天和夜间两种。用于计算 白天 “主台天波配合副台地波”或“主台地波配合副台天波”来测时差，此 时， 位大都是 WGS-72 坐标系下的经、纬度，因此从自动 的因素有： 误差。对罗兰 C 发射台来说，主、副台发射之间的精确时间间隔不 一致 。在选择台 于表册天波改正量相对应的电离层高度与实际 ，罗兰 C 不仅要进行信号波形重合，而 置 置误差最小，而在基线延伸线上引起的误差最大。 时差相邻的两条位置线间进行内插，画出对应于测定时差的位置线。一般可以采用等分刻度 内插法，但在船位接近基线延伸线附近时，由于位置线间的间隔变化是不均匀的，应采用不 等分刻度内插法。 天波改正量和特 作等分，后用直线连接各等值点，即可求得推算船位附近的天波改正量，例如图中推算船位 处的天波改正量应为-14.8 µs。 2．利用罗兰 C 表定位 在罗兰表册中都有详细的 绍。 （1）罗 罗兰 C 位置线表表列的第 C 的作用区域内，表列点的间隔为纬度 1º 和经度 1º。在接近发射台的地区，双曲线位置 线的曲率较大，则以 15′或 30′的间隔插入附加点。在距发射台 20 n mile 以内的区域，双曲 线的曲率更大，用两点连成的直线作为位置线，将引起明显的误差。在这种情况下，应采用 平滑曲线连接以此相邻的 3 个点的办法使连线较接近于双曲线位置线。在每个罗兰 C 表的 上方都标有罗兰 C 台组的名称。 （2）天波改正量表 在罗兰 C 表册中和罗 的天波改正量的电离层高度为 73 km，夜间为 91 km。 （3）特殊改正量表 罗兰 C 定位有时需要 就应用特殊改正量去修正。在罗兰 C 表册的前部分均列有“特殊改正量表”。使用时必须 注意分清是“主台天波配合副台地波”，还是“主台地波配合副台天波”。 3．利用自动罗兰 C 接收机定位 由于自动罗兰 C 接收机给出的船 罗兰 C 接收机获得的船位应根据海图所注的相应的坐标系修正量进行修正后方可画到海图 上去，尤其在大比例尺海图上作业时，更应注意。 三、罗兰 C 定位精度 影响罗兰 C 船位线精度 1．测定时差误差 （1）主、副台同步 仅能引起一个小量值的误差，这一误差约为 0.03～0.06 µs。若同步误差超过±0.2μs 的时 间达到 lmin 以上时，则主台信号的第九个脉冲呈闪烁状或不停地左右移动。 （2）地波传播误差。罗兰 C 的地波信号经陆地传播后会产生地波传播误差 链时，应尽量避免选择途经陆地的发射台。 （3）天波改正量误差。这项误差主要由 电离层高度不同而引起的，其误差为 1～1.5 µs。 （4）测定时波形重合误差。为了进行精确测定 且还要使相位重合。对于手动测量的 A/C 接收机，此项误差可达 3 µs；对于自动罗兰 C 接 收机，此项误差小于 0.1 µs 。 2.船舶与发射台组的相对位 相同时差误差在基线上引起的位
综上所述，利用罗兰C测定船位的误差在测定地波时差时，有50%的误差小于1s, 船位精度几十米至0.25 n mile:测定天波时差时，有50%的误差小于1~1.5s,船位精度为 1-2 mile. 第二节GPS卫星导航系统 GPS(Global Positioning System),即全球定位系统，是一种测距卫星导航系统。GPs 利用多颗高轨卫星，测量其距离与距离变化率来精测用户位置、速度和时间参数。GS是 一种以空间卫星为基础的电子定位系统，可在全球范围内全天候地为海上、陆上、空中和空 间的用户提供连续的、高精度的三维定位、速度和时间信息。 GS是通过卫星发射两种伪随机码来进行测时、测距定位的。这两种伪随机码是P码 与CA码。P码是精测码 专为军用的、极度保密的，精度达3m(2dms.CA码是料 测码，是公开民用的，规定的精度为平面位置精度100m(2dms,垂直高度精度为157m(2 dms)。美国取消选择可用性(S)政策后，平面位置精度提高到2Om(2drms)左右。对于民用 用户来说，采用差分GPS技术可把定位精度提高到几米。 目前，GPS已经是航海上的牛要的导航系统。GS卫星导航仪已普骗地装备于船帕 DGS卫星导航仪也已经在部分船帕上装备。该设备在航海中的作用是至关重要的。 GPS系统组成 GPS由空间部分、地面部分和用户接收机三部分组成： 1.地面部分 地面部分包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。地面站的作用是跟踪所有的卫星 测量卫星轨道参数和卫星钟误差， 入站分别设在3个美国等 事基地上：大西洋的阿松森岛、印度洋的狄哥伽西亚和太平洋的卡瓦加兰，5个监测站设在 主控站和3个注入站以及夏威夷岛。 ○ GPS卫星 S波段 数据处理机 调制解调器 薇史 接收机 器网赺 数机 全器 绝钟 气象传感器 超 数据存储器和外部设备 监测站 ,主控站 注入站 图3-1-2Ps地而部分作用 地面部分的工作如图312所示。5个监测站是一种无人值守的数据采集中心，受主榜 站控制，定时将它对每颗卫星的观测数据送往主控站。5个监测站的全球分布，保证了G 卫星定轨的精度要求 由这5个监测站提供的观测数据经主控站处理就形成了卫星星历， 主控站收集监测站送来的数据进行处理分析，然后编辑成导航电文，发出对卫星的控制 指令。主控站将编辑的导航电文与要卫星执行的控制指令送到位于三大洋的3个注入站，注 入站定时地（每天1或2次）用S波段把这些信息送至GPS卫星。 2.空间部分
综上所述，利用罗兰 C 测定船位的误差在测定地波时差时，有 50％的误差小于 1μs， 船位 第二节 GPS 卫星导航系统 GPS（Global Positioning System），即全球定位系统，是一种测距卫星导航系统。GPS 利用 。这两种伪随机码是 P 码 与 C 导航仪已普遍地装备于船舶， 面部分和用户接收机三部分组成。 1 个主控站、3 个注入站和 5 个监测站。地面站的作用是跟踪所有的卫星， 测量 事基 站控 指令 精度几十米至 0.25n mile；测定天波时差时，有 50％的误差小于 1～1.5μs，船位精度为 1～2n mile。 多颗高轨卫星，测量其距离与距离变化率来精测用户位置、速度和时间参数。GPS 是 一种以空间卫星为基础的电子定位系统，可在全球范围内全天候地为海上、陆上、空中和空 间的用户提供连续的、高精度的三维定位、速度和时间信息。 GPS 是通过卫星发射两种伪随机码来进行测时、测距定位的 /A 码。P 码是精测码，是专为军用的、极度保密的，精度达 3 m (2 drms)。C/A 码是粗 测码，是公开民用的，规定的精度为平面位置精度 l00 m (2 drms)，垂直高度精度为 157 m (2 drms)。美国取消选择可用性(SA)政策后，平面位置精度提高到 20m (2 drms)左右。对于民用 用户来说，采用差分 GPS 技术可把定位精度提高到几米。 目前，GPS 已经是航海上的主要的导航系统。GPS 卫星 DGPS 卫星导航仪也已经在部分船舶上装备。该设备在航海中的作用是至关重要的。 一、GPS 系统组成 GPS 由空间部分、地 1．地面部分 地面部分包括 卫星轨道参数和卫星钟误差，预测修正模型参数，星钟同步和向卫星注入新的信息。 主控站位于科罗拉多州斯普林斯的联合空间执行中心，3 个注入站分别设在 3 个美国军 地上：大西洋的阿松森岛、印度洋的狄哥·伽西亚和太平洋的卡瓦加兰，5 个监测站设在 主控站和 3 个注入站以及夏威夷岛。 图 3-1-2 GPS 地面部分作用 地面部分的工作如图 3-1-2 所示。5 个监测站是一种无人值守的数据采集中心，受主控 制，定时将它对每颗卫星的观测数据送往主控站。5 个监测站的全球分布，保证了 GPS 卫星定轨的精度要求。由这 5 个监测站提供的观测数据经主控站处理就形成了卫星星历。 主控站收集监测站送来的数据进行处理分析，然后编辑成导航电文，发出对卫星的控制 。主控站将编辑的导航电文与要卫星执行的控制指令送到位于三大洋的 3 个注入站，注 入站定时地（每天 1 或 2 次）用 S 波段把这些信息送至 GPS 卫星。 2．空间部分
空间部分由24颗GPS导航卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星，平均 分布在6个轨道上。卫是轨道悟角550.轨首高度约为20183张m.云行周期约12h71798min 卫星每天提前 。全球任何地方的观测者。 在地平线7.5°以上至少 以看到4颗卫星，在地平线以上至少可以观测到5颗卫星。如图3-13所示。 卫星上装备有原子钟、导航电文存储器、伪码发生器、接收机、发射机、微处理器、发 现和检测核爆炸的传感器、紧急通信的卫星通信转发器。卫星可以在14天不需地面站提供 特密星历的情况下，测距精度达到10~200m. GPS BLOCK II ORBIT PLANES B 人 人 E THE ASCENDING NODE NOTE:GPS Satellite numbers refer to their PRN Numbers 图3-1-3GPS卫星分布图 卫星发射两种频率，分别为1575.42MHL1波段)和1227.60MHzL2波段)。L1波段由 导航数据码和伪随机噪声码 P和CA码调制，L2则由号 航数据码和P码进行调制： 为了提高保密性可能使用Y 已y=p④W调制。C/A码p 码的主要用途是用来识别卫 星和测量导航信号的传输时 而导航数据主要用以计 算卫位置 P码是一种连续、快速 长周期的伪随机二进制序列 码.其码率为1023MHz.困 期为7天。每个周期开始 每星期六格林尼治标准时今 夜12时。这种码具有精确的 时间和距离测量能力，但目 图3-1-4GPs测距原理 前未开放民用。每颗卫星的 码码型均不一样， 殷用 很难获得P码 CA码是一种低速，短周期的伪随机二进制序列码，码率为P码的11O,即1.023Mz 其周期为1ms。 导航电文包括卫星上各有关系统的工作状态、系统时间、卫星钟偏差校正参量、卫星行 历、卫星历书数据、卫星识别标志以及与卫星导航有关的其它信息。导航电文以城为单元， 由5个子组成一个，25组成一份完整的历书，接收 份完整的历书需要12.5min。也 就是说卫星接收机的预报功能，在初次开机时， 至少需要125min后才行
空间部分由 24 颗 GPS 导航卫星组成，其中 21 颗为工作卫星，3 颗为备用卫星，平均 分布 处理器、发 现和 卫星发射两种频率，分别为 1575.42MHz(L1 波段)和 1227.60MHz(L2 波段)。L1 波段由 导 连续、快速、 长周 制序列码，码率为 P 码的 1/10，即 1.023MHz， 其周期为 卫星上各有关系统的工作状态、系统时间、卫星钟偏差校正参量、卫星行 历、卫星历书数据、卫星识别标志以及与卫星导航有关的其它信息。导航电文以帧为单元， 在 6 个轨道上。卫星轨道倾角 55º，轨道高度约为 20183km，运行周期约 12h(717.98min)， 卫星每天提前约 4min，经过同一地点。全球任何地方的观测者，在地平线 7.5º 以上至少可 以看到 4 颗卫星，在地平线以上至少可以观测到 5 颗卫星。如图 3-1-3 所示。 卫星上装备有原子钟、导航电文存储器、伪码发生器、接收机、发射机、微 检测核爆炸的传感器、紧急通信的卫星通信转发器。卫星可以在 14 天不需地面站提供 精密星历的情况下，测距精度达到 10～200m。 航数据码和伪随机噪声码 P 和 C/A 码调制，L2 则由导 航数据码和 P 码进行调制； 为了提高保密性可能使用 Y 码(Y=P○+ W)调制。C/A 码 P 码的主要用途是用来识别卫 星和测量导航信号的传输时 间，而导航数据主要用以计 算卫星位置。 P 码是一种 期的伪随机二进制序列 码，其码率为 10.23MHz，周 期为 7 天。每个周期开始于 每星期六格林尼治标准时午 夜 12 时。这种码具有精确的 时间和距离测量能力，但目 前未开放民用。每颗卫星的 P 码码型均不一样，一般用户很 C/A 码是一种低速，短周期的伪随机二进 图 3-1-3 GPS 卫星分布图 图 3-1-4 GPS 测距原理 难获得 P 码。 1ms。 导航电文包括 由 5 个子帧组成一个帧，25 帧组成一份完整的历书，接收一份完整的历书需要 12.5min。也 就是说卫星接收机的预报功能，在初次开机时，至少需要 12.5 min 后才行
3.用户接收机 GPS接收机种类很多，按性能分X型、Y型和Z型3种。X型接收机是一种高动态运 载工具使用的接收机，适用于飞机、导弹和飞船；Y型接收机是一种中动态运载工具使用的 接收机，适用于速度低于400kmh的民用飞机：乙 型接收机是一种低动态运载工具使用的 接收机，适用于船舶、地面车辆、徒步或定点的定位。 二、GPS测量距离原理 GS接收机接收其视野内一组卫星的导航信号，根据卫星星历计算出卫星当时在空间 的位置。同时，根据卫星信号的传播时间，计算出卫星与用户间的距离，只要利用三颗卫星 就可以得到以卫星为球心，以卫星至用户的距离为半径的三个球面，三个球面的交点就是用 户的三维空间位置。一般还需要用第四颗卫星来计算出用户接收机的时钟偏差。对船舶而言 因为只要确定其二维（经度、纬度）位置，所以视野内有三颗卫星便可确定船位和用户的时 钟偏差。 由于名种误羌的在在，卫星接收机测得的距离不是用户到卫星的直实距离，而是包含有 各种误差在内的距离，故称之为“伪距离”，相对应的定位方法称为伪距法。目前大多数G 接收机都采用伪距法 GPS卫星发射两种伪随机码，即C/A码和P码。由于P码仅供美国军事部门及特许的 民间部门使用，因此在此不做讨论。下面讨论CA码伪距测量。 见图314，伪距由下式确定 R=R+c×1+C×(△1.-△1g,) 式中：一用户到第i号卫星的伪距： R一用户到第i号卫星的真实距离 △t。一第i号卫星钟对GPS时间标准的偏差： △t。—用户钟对GPS时间标准的偏差： △t6—传播延迟及其他误差； C一光速。 定位采用直角坐标系进行计算，坐标原点设在地球球心，x轴指向格林尼治子午线，z 轴指向北极，y轴与x轴、2轴组成右手直角坐标系。设卫星S,在该坐标系统中的位置为(X。 ya,Za)用户位于x,y,2,则 R=Vx-x}2+y.-yy+亿.-z 因此，伪距又可表达为： 元=Vx.-x}+yn-y+亿a-z+c×△t+c×(△t。-△t) 上式中： 卫星位置(X.,y。,Z。)和卫星钟偏差△t,从卫星的导航电文中获得：
3．用户接收机 很多，按性能分 X 型、Y 型和 Z 型 3 种。X 型接收机是一种高动态运 的导航信号，根据卫星星历计算出卫星当时在空间 的位 种误差的存在，卫星接收机测得的距离不是用户到卫星的真实距离，而是包含有 各种 随机码，即 C/A 码和 P 码。由于 P 码仅供美国军事部门及特许的 民间 见图 3-1-4，伪距 由下式确定： GPS 接收机种类 载工具使用的接收机，适用于飞机、导弹和飞船；Y 型接收机是一种中动态运载工具使用的 接收机，适用于速度低于 400 km/h 的民用飞机；Z 型接收机是一种低动态运载工具使用的 接收机，适用于船舶、地面车辆、徒步或定点的定位。 二、GPS 测量距离原理 GPS 接收机接收其视野内一组卫星 置。同时，根据卫星信号的传播时间，计算出卫星与用户间的距离，只要利用三颗卫星 就可以得到以卫星为球心，以卫星至用户的距离为半径的三个球面，三个球面的交点就是用 户的三维空间位置。一般还需要用第四颗卫星来计算出用户接收机的时钟偏差。对船舶而言， 因为只要确定其二维（经度、纬度）位置，所以视野内有三颗卫星便可确定船位和用户的时 钟偏差。 由于各 误差在内的距离，故称之为“伪距离”，相对应的定位方法称为伪距法。目前大多数 GPS 接收机都采用伪距法。 GPS 卫星发射两种伪 部门使用，因此在此不做讨论。下面讨论 C/A 码伪距测量。 ~ Ri c )( ~ ii Ai Su i Δ−Δ×+Δ×+= ttCtRR 式中： ——用户到第 i 号卫星的伪距； ——用户到第 i 号卫星的真实距离； ——第 i 号卫星钟对 GPS 时间标准的偏差； ——用户钟对 GPS 时间标准的偏差； ——传播延迟及其他误差； C— 系进行计算，坐标原点设在地球球心，x轴指向格林尼治子午线，z i i ~ R Ri i t Δ S u Δt i t Δ A —光速。 定位采用直角坐标 轴指向北极，y轴与x轴、z轴组成右手直角坐标系。设卫星S 在该坐标系统中的位置为( χ si ， ysi ， 用户位于(x， ，z)，则 ) si z ), y ( )( )( 2 si 2 si 2 i si R χχ −+−+−= zzyy 因此，伪距又可表达为： ( ) ( )( ) ( ) i siu 2 si 2 si 2 i si ttctczzyy ~ R A Δ−Δ×+Δ×+−+−+ 上式中： 置 −= χχ ， ， 和卫星钟偏差 ysi si z ) si ( Δt 卫星位 χ si 从卫星的导航电文中获得；
传播延迟误差△t,中的电离层延迟误差可利用导航电文中电离层校正参数，用传播延 迟模型估算得到。 若用户接收机测得第i号卫星的伪距延时量为△t,则 元=cxAt 所以，可以得到下列方程 AM=2z-z}+6.-y+6.-2可+a,-M。i=1234 这个方程中，共有用户三维位置x,y,z)及用户钟的偏差△t.这4个未知数。当用户 接收机接收4颗卫星的信号，也就可以得到4个方程，解这个联立方程组，就可以得到用户 的三维位置与用户钟偏差。当用户配备了精密的用户时钟，则只要接收3颗卫星的信号，就 可以解出用户三维位置。当用户高度数据已知时，只需求解二维水平位置，也只需接收3 颗卫星的信号就足够了。 当接收机能接收多于4颗卫星的信号时，接收机采用最小二乘法来自动求得最概率三维 位 三、船用GP卫星导航仪 1.种类 用GPS卫星信号进行定位和导航的GPS接收机称为GPS卫星导航仪。船用GPS卫星 导航仪是利用CA码测距定位的，按接收机通道方式分类，船用GPS卫星导航仪分为： (1)时序卫星导航仪是一种最简单的接收机。一般采用单通道或双通道，按时间分割 法以此实现对各个卫星电文的提取与伪距离测量 (2)多路复用卫星导航仪是一种单通道多路复用接收机。它能同时接收多颗卫军的信 号，而共用同一通道，以此来抵消通道问的时延差别。它能淮同步观测几颗卫星。 (3)多通道卫星导航仪，又称为并行通道接收机。它能同时接收几颗卫星的信号，且 通道间时延偏差很小。这是当前船用GS接收机的发展方向。 2.安装 GS天线安装应避免被大枪、其它导航设备天线等阻挡 不要安装在雷达垂直波束之 内，与常用的导航设备天线的距离应大于1m,与卫星通信设备天线的距离应大于5m。GPS 天线接头处应包扎好，防潮，防水。使用的导线应尽可能短并远离其它设备的发射天线。主 机应安装在避免振动、潮湿、高温、阳光直射的处所，尽量远离其它导航和通信设备，接地 要可靠。 3.启动 GS卫星导航仪的启动分为日常启动、热启动和冷肩动三种： (1)日常启动：船帕在航行或停泊期间日常的关机后的启动称为日常启动。这种情况 下由于关机前GS卫星导航仪中已存储了数据并且导航仪内置时钟在运行，启动时只需按 下电源键即可自动定位。 (2)热启动：如船位变化不大于100英里或3个月（具体参照仪器说明书）以内进行 过通电接收卫星信号，已收集过历书，进行的启动称为热启动。启动时，只需按下电源键使 参考振荡器加热（一般在20分钟内）后，GS卫星导航仪即可自动定位。 (3)冷启动：安装后第一次启动、所存的历书太陈旧或者所有数据被清除、船位变化 不大于100英里或3个月（具体参照仪器说明书）以上没有通电接收过卫星信号等三种情况
传播延迟误差 t Δ Ai 中的 离层延迟误差 用导航电文中电离层校正参数 电 可利 ，用传播延 若用户接收机测得第 i 号卫星的伪距延时量为 迟模型估算得到。 pi Δt ，则 t i pi c ~ R Δ×= 所以，可以得到下列方程： ( )( )( ) siu 2 si 2 si 2 pi si c χ ttzzyy 1 t χ Δ−Δ+−+−+−=Δ i = 1,2,3,4 这个方程中，共有用户三维位置(x， ，y z)及用户钟的偏差 u Δt 这 4 个未知数。当用户 当用户配备了精密的用户时钟，则只要接收 颗卫星的信号，就 种类 导航的 GPS 接收机称为 GPS 卫星导航仪。船用 GPS 卫星 C/A 码测距定位的，按接收机通道方式分类，船用 GPS 卫星导航仪分为： 。它能准同步观测几颗卫星。 雷达垂直波束之 内， 航设备天线的距离应大于 1m，与卫星通信设备天线的距离应大于 5m。GPS 天线 航仪的启动分为日常启动、热启动和冷启动三种。 启动：船舶在航行或停泊期间日常的关机后的启动称为日常启动。这种情况 下由 在运行，启动时只需按 下电 集过历书，进行的启动称为热启动。启动时，只需按下电源键使 参考 号等三种情况 接收机接收 4 颗卫星的信号，也就可以得到 4 个方程，解这个联立方程组，就可以得到用户 的三维位置与用户钟偏差。 3 可以解出用户三维位置。当用户高度数据已知时，只需求解二维水平位置，也只需接收 3 颗卫星的信号就足够了。 当接收机能接收多于 4 颗卫星的信号时，接收机采用最小二乘法来自动求得最概率三维 位置。 三、船用 GPS 卫星导航仪 1． 用 GPS 卫星信号进行定位和 导航仪是利用 （1）时序卫星导航仪是一种最简单的接收机。一般采用单通道或双通道，按时间分割 法以此实现对各个卫星电文的提取与伪距离测量。 （2）多路复用卫星导航仪是一种单通道多路复用接收机。它能同时接收多颗卫星的信 号，而共用同一通道，以此来抵消通道问的时延差别 （3）多通道卫星导航仪，又称为并行通道接收机。它能同时接收几颗卫星的信号，且 通道间时延偏差很小。这是当前船用 GPS 接收机的发展方向。 2．安装 GPS 天线安装应避免被大桅、其它导航设备天线等阻挡，不要安装在 与常用的导 接头处应包扎好，防潮，防水。使用的导线应尽可能短并远离其它设备的发射天线。主 机应安装在避免振动、潮湿、高温、阳光直射的处所，尽量远离其它导航和通信设备，接地 要可靠。 3．启动 GPS 卫星导 （1）日常 于关机前 GPS 卫星导航仪中已存储了数据并且导航仪内置时钟 源键即可自动定位。 （2）热启动：如船位变化不大于 100 英里或 3 个月（具体参照仪器说明书）以内进行 过通电接收卫星信号，已收 振荡器加热（一般在 20 分钟内）后，GPS 卫星导航仪即可自动定位。 （3）冷启动：安装后第一次启动、所存的历书太陈旧或者所有数据被清除、船位变化 不大于 100 英里或 3 个月（具体参照仪器说明书）以上没有通电接收过卫星信
的启动称为冷启动。冷启动后，GPS卫星导航仪需搜索卫星，重新收集历书，最多需要30min, 最少需要125m,才有初始船位数据更新。冷启动时初始化需要输入的数据如下： 个核对日期和时间 输入误差应不超过15分钟（或者1小时，具体参照仪器说明书） ②输入概略船位的经纬度 输入误差应不超过1°（或者 10 具体参照仪 器说明 ③设定HDOP数值，一般为10（二维定位）。HDOP的数值关系到卫星定位的精度。由 于HDOP随者卫星与测者的运动而变化，如HDOP的数值设定太小，则定位机会就少，因 为定位时实际的HDOP值大于设定值，GPS卫星导航仪就报警而不作GPS位置更新。一般 DOP数值范围在O099之间.但是右些简易的GPS卫星导航仪HDOP是不可以设置的. 其预设值就是10 ④输入天线高度： ⑤设定大地坐标系，使导航仪计算所用的坐标系和使用的海图坐标系一致，一般为 WGS-84. ⑥设定所在的区时 (1)GS卫星导航仪，根据卫星导航电文定时更新历书，如果提供的历书太陈旧或者 定位误差明显偏大，则应该按照说明书的操作步骤清除历书及内存，并按照上述的冷启动步 骤进行初始化操作」 2)设定合适的HDOP值 (3) 有多颗卫星可供定位或HDOP超限时 可自动或人工选择GPS星座。最佳选星 的原则是选择4颗卫星(3D)或3颗卫星(2D)仰角满足要求(5一85)、空间几何图形 能使几何精度系数值最小的一组卫星，即卫星和导航仪构成的空间儿何体的体积最大。 (4)选择合适的运动状态。定点定位时，工作状态应设定为“静止”：慢速航行时，工 作状态应设定为“低状态”：高速航行或摇摆烈时，工作状态应设定为“高动态”。 (5)利用卫星信号强度显示的状态， 「自动或手动启用或停用某卫星， (6)卫星每天约提前4min经过同一地区上空。 四、定位精度 GPS定位精度取决于伪距测量误差及定位时所选用的卫星的几何布置。GPS卫星导航 仪的误差主要来源于卫星、信号传播和导航仪。因测量误差完全可以等效为距离误差，故称 为用户等效测距误差，习惯上也称为伪距测量误差。总的定位精度可由精度几何系数和伪距 测量误差的乘积来确定 CA码伪距测量精度可以用某船用GPS卫星导航仪的伪距测量误差表来说明（表3-1-2）。 表3-1-2C/A码伪距测量精度 误差分类 误差源 估算误差 卫星时钟误差 3.1 卫星设 星历误差 2,7 电离层延迟误差 6.4 路名 对流层延迟误艺 0.4 多路径效应 3.1 2.44 用户设备 接收机噪声与量化误刻 接收机通道间偏 0.6 等效测距误差1。 8.5
的启 ）； 于 H 为定 系，使导航仪计算所用的坐标系和使用的海图坐标系一致，一般为 WGS 各种警报范围或距离，如到达报警，偏航报警等。 如果提供的历书太陈旧或者 定位 该按照说明书的操作步骤清除历书及内存，并按照上述的冷启动步 骤进 星可供定位或HDOP超限时，可自动或人工选择GPS星座。最佳选星 的原 颗卫星（2D）仰角满足要求（50 ～850 ）、空间几何图形 能使 的卫星的几何布置。GPS 卫星导航 卫星、信号传播和导航仪。因测量误差完全可以等效为距离误差，故称 表 3-1-2 C/A 码伪距测量精度 动称为冷启动。冷启动后，GPS 卫星导航仪需搜索卫星，重新收集历书，最多需要 30min， 最少需要 12.5min，才有初始船位数据更新。冷启动时初始化需要输入的数据如下： ①核对日期和时间，输入误差应不超过 15 分钟（或者 1 小时，具体参照仪器说明书）； ②输入概略船位的经纬度，输入误差应不超过 10 （或者 100 ，具体参照仪器说明书 ③设定 HDOP 数值，一般为 10（二维定位）。HDOP 的数值关系到卫星定位的精度。由 DOP 随着卫星与测者的运动而变化，如 HDOP 的数值设定太小，则定位机会就少，因 位时实际的 HDOP 值大于设定值，GPS 卫星导航仪就报警而不作 GPS 位置更新。一般 HDOP 数值范围在 00～99 之间，但是有些简易的 GPS 卫星导航仪 HDOP 是不可以设置的， 其预设值就是 10。 ④输入天线高度； ⑤设定大地坐标 -84； ⑥设定所在的区时； ⑦设定 4．使用注意事项 （1）GPS 卫星导航仪，根据卫星导航电文定时更新历书， 误差明显偏大，则应 行初始化操作。 （2）设定合适的 HDOP 值。 （3）当有多颗卫 则是选择 4 颗卫星（3D）或 3 几何精度系数值最小的一组卫星，即卫星和导航仪构成的空间几何体的体积最大。 （4）选择合适的运动状态。定点定位时，工作状态应设定为“静止”；慢速航行时，工 作状态应设定为“低状态”；高速航行或摇摆激烈时，工作状态应设定为“高动态”。 （5）利用卫星信号强度显示的状态，可自动或手动启用或停用某卫星。 （6）卫星每天约提前 4min 经过同一地区上空。 四、定位精度 GPS 定位精度取决于伪距测量误差及定位时所选用 仪的误差主要来源于 为用户等效测距误差，习惯上也称为伪距测量误差。总的定位精度可由精度几何系数和伪距 测量误差的乘积来确定。 C/A 码伪距测量精度可以用某船用 GPS 卫星导航仪的伪距测量误差表来说明(表 3-1-2)
伪距测量主要有以下误差： 1.卫星时钟误差与星历误差 子航电 文中卫星时钟校正系数、星历数据与GS时间基准及卫星真实位省 间的误差就是卫星时钟误差与星历误差。这一误差属系统误差，在同一时刻对各个用户的影 响是一样的。 2.大气层传播延迟 大气层传播延迟，包括电离层传播延迟和对流层传播延迟两部分。 电离层传播延迟是由于电波在高度为46一460km的电离层中传播时，传播速度变化及 传播路径曲折的结果 电离层传播延迟模型比较复杂，与电波频率、太阳黑子的活动情况 因素有关。采用双频测量，可以对电离层传搭延迟进行较精确的校正。采用单频测量的用广 可采用模型校正法进行修正。民用GS卫星导航仪采用8个系数的模型校正法大约可使电 离层传播延迟误差减小一半。 对流层传播延迟是由于电波在近地15km的对流层中传播速度不同于真空中的光速而 引起的 与大气温度、 压力及卫星仰角等因素有关。 卫星仰角小 10时 这项误差迅速增 大。在实际使用中，采取不选用仰角低于5”的卫星和对仰角≥5°的卫星用模型校正法修正 的措施。 电离层传播延迟误差与对流层传播延迟误差对范围不大地区内的用户来说是相近的。 3.其他误差 多路径效应是指用户设备接收到一个以上传播路径的信号，这些信号合成后，使信号特 性变 产生测量误差。这种多路径误差与用户天线位置及反射面自然特性等有关。接收机 噪声和量化误差是接收机硬件和软件处理信号所引起的噪声，会对伪距测量产生误差。量化 误差是数字信号处理所固存的。接收机利用多通道对多颗卫星进行测量时，由于各通道硬件 路径不同.会产生通道间偏差，给伪距测量带来误差。 C/A码伪距测量标准差值在接收机的说明书中往往是给出的。知道伪距测量标准差后 如何来计算定位误差呢 陆标定位中的两距离定位，其定位误差与两物标的夹角有关，也 是说与两物标与测者之间的几何位置有关。显然，GPS卫星导航仪的定位误差也应与用广 及卫星间的几何位置有关。用户与卫星间的几何位置对定位精度的影响可用精度几何因子 (GDOP)来表征。总的定位标准差，可用GDOP与用户等效测距误差的乘积来确定。若用 户等效测距标准差为p,则定位总标准差o为：=G×GDOP 实际使用中还采用以下几种精度系数 三维位置精度因子PDOP(Position DOP) 用户时钟精度因子TDOP(Time DOP): 水平位置结度因子HDOPCHorizontal dop) 垂向高度精度因子VDOP(Vertical DOP), 它们与GDOP之间的关系满足下面两公式 GDOP =(PDOP)+(TDOP) PDOP =(HDOPY +(VDOPY 知道了各精度因子，就可以根据以下公式求得各种定位标准差 O三=G×PDOP: 水平位置=O×HDOP O垂直高度=O×DOP: C用户时钟=O×TDOP
伪距测量主要有以下误差： 1．卫星时钟误差与星历误差 GPS 卫星的导航电文中卫星时钟校正系数、星历数据与 GPS 时间基准及卫星真实位置 间的误差就是卫星时钟误差与星历误差。这一误差属系统误差，在同一时刻对各个用户的影 响是一样的。 2．大气层传播延迟 大气层传播延迟，包括电离层传播延迟和对流层传播延迟两部分。 电离层传播延迟是由于电波在高度为 46～460 km 的电离层中传播时，传播速度变化及 传播路径曲折的结果。电离层传播延迟模型比较复杂，与电波频率、太阳黑子的活动情况等 因素有关。采用双频测量，可以对电离层传播延迟进行较精确的校正。采用单频测量的用户 可采用模型校正法进行修正。民用 GPS 卫星导航仪采用 8 个系数的模型校正法大约可使电 离层 近地 15 km 的对流层中传播速度不同于真空中的光速而 与对流层传播延迟误差对范围不大地区内的用户来说是相近的。 给伪距测量带来误差。 几何位置有关。用户与卫星间的几何位置对定位精度的影响可用精度几何因子 ρ，则定位总标准差 传播延迟误差减小一半。 对流层传播延迟是由于电波在 引起的，与大气温度、压力及卫星仰角等因素有关。卫星仰角小于 10º 时，这项误差迅速增 大。在实际使用中，采取不选用仰角低于 5º 的卫星和对仰角≥5º 的卫星用模型校正法修正 的措施。 电离层传播延迟误差 3．其他误差 多路径效应是指用户设备接收到一个以上传播路径的信号，这些信号合成后，使信号特 性变化，产生测量误差。这种多路径误差与用户天线位置及反射面自然特性等有关。接收机 噪声和量化误差是接收机硬件和软件处理信号所引起的噪声，会对伪距测量产生误差。量化 误差是数字信号处理所固存的。接收机利用多通道对多颗卫星进行测量时，由于各通道硬件 路径不同，会产生通道间偏差， C／A 码伪距测量标准差值在接收机的说明书中往往是给出的。知道伪距测量标准差后， 如何来计算定位误差呢？陆标定位中的两距离定位，其定位误差与两物标的夹角有关，也就 是说与两物标与测者之间的几何位置有关。显然，GPS 卫星导航仪的定位误差也应与用户 及卫星间的 （GDOP）来表征。总的定位标准差，可用 GDOP 与用户等效测距误差的乘积来确定。若用 户等效测距标准差为 σ 总 为：σ 总 = σ ×GDOP 实际使用中还采用以下几种精度系数： 三维位置精度因子 PDOP(Position DOP)； 用户时钟精度因子 TDOP(Time DOP)； 水平位置精度因子 HDOP(Horizontal DOP)； 垂向高度精度因子 VDOP(Vertical DOP)。 它们与 GDOP 之间的关系满足下面两公式： ( )( ) 2 2 GDOP = PDOP + TDOP ( )( ) 2 2 PDOP = HDOP + VDOP 知道了各精度因子，就可以根据以下公式求得各种定位标准差： σ 三维 σ ×= PDOP ； σ 水平位置 = σ × HDOP ； σ 垂直高度 σ ×= VDOP； σ 用户时钟 = σ ×TDOP