第九章G容卫星导航 《习题1) 试述GS导航分类与特征。并建立各类导就实现原理模型。 (习题2) 试述两单点动老定位与单点静志定位的主要异同之处，并详细说明书单点动态定位 实现原理
第九章 GPS 卫星导航 〈习题 1〉 试述 GPS 导航分类与特征。并建立各类导航实现原理模型。 〈习题 2〉 试述 GPS 单点动态定位与单点静态定位的主要异同之处。并详细说明 GPS 单点动态定位 实现原理
第四章Gs卫星导款 习四一参考答案 GPS号航分三类(1》GPS单机导航(2)差分GPS导航(3)GPS假性筹合导航 (1)一台Gs接收机具要能接受到4颜以上的卫星情号便能测定所处的位置，配合适 当的辅助设备，操作和使用非常荷单，价格也便宜。而且具有全天候，全球性，较高精度及 实时三雀定位和测速能力。 (2)有两种工作方式：①位置位置差分法②伪距差分法 现有的差分G。一个地面站的工作距离大致为20M,以用户接收机和地面接收机具 有相同的误差前提。两台接牧机所处的位置不羽。接收机本身的不一样，误差不可能相同， 两台接收机阿距离越大，修政效果越差。 (3)工作完全自主。导航定位随时间增长，难以长时间的独立工作，对候导系统可以 实现惯性传感器的校准，惯导系统的空中对准，惯导系统高度通道的稳定，其还可以提高其 银踪卫星的能力，提高接收机的动态特性和抗干扰性。GS惯性综合还可实现G西完整的松 测，提高了可能性，其还可以实现一体化，把GS接收机败入惯导部件中，使系统的体积、 重量和成本都可以减小，便于实现候导和GS的同步，减小非同步误差。 取理棱型 G5单机导航的原理在航体上仅装配一台G5接牧机，单独实熊导航 伪距(C/AoD》定位 授(Xj Yj zj)一t0时刻j卫星位置 (XaYn2n)-一Tb时刻u接收机位置 定位方程： 一公式 即单机导航也线是G3单点动态定位，至少需要四颗卫星， 差分导航的原理 在地面已知为位置设置一个地面站，地面站由一个Gs差分接收机和一个差分发射机组 成，差分接收机接受卫星信号，监测GS差分系统的误差，并阿按规定的时阿间隔把修正信 息发运给用户，用户修正信息校正白己的测量成位置解。 图(1) (1)位置差分法：通过伪距测量确定自己的位置。把测量南定的位置数据和已如位置 数据比较，既得位置校正量△X。△Y,△Z,通过发射机把这些位置修正信息发送给用户接牧
第四章 GPS 卫星导航 习题一参考答案: GPS 导航分三类（1）GPS 单机导航（2）差分 GPS 导航（3）GPS 惯性综合导航 （1）一台 GPS 接收机只要能接受到 4 颗以上的卫星信号便能测定所处的位置，配合适 当的辅助设备，操作和使用非常简单，价格也便宜，而且具有全天候、全球性、较高精度及 实时三维定位和测速能力。 （2）有两种工作方式：①位置位置差分法②伪距差分法 现有的差分 GPS，一个地面站的工作距离大致为 200 ㏎，以用户接收机和地面接收机具 有相同的误差前提。两台接收机所处的位置不同，接收机本身的不一样，误差不可能相同， 两台接收机间距离越大，修改效果越差。 （3）工作完全自主。导航定位随时间增长，难以长时间的独立工作，对惯导系统可以 实现惯性传感器的校准，惯导系统的空中对准，惯导系统高度通道的稳定、其还可以提高其 跟踪卫星的能力，提高接收机的动态特性和抗干扰性。GPS 惯性综合还可实现 GPS 完整的检 测，提高了可能性，其还可以实现一体化，把 GPS 接收机放入惯导部件中，使系统的体积、 重量和成本都可以减小，便于实现惯导和 GPS 的同步，减小非同步误差。 原理模型 GPS 单机导航的原理在航体上仅装配一台 GPS 接收机，单独实施导航 伪距（C/A orp）定位 设 （Xj Yj Zj）---t0 时刻 j 卫星位置 （Xn Yn Zn）---Tb 时刻 u 接收机位置 定位方程：----------公式------------------------------------- ---- 即单机导航也就是 GPS 单点动态定位，至少需要四颗卫星。 差分 GPS 导航的原理 在地面已知为位置设置一个地面站，地面站由一个 GPS 差分接收机和一个差分发射机组 成，差分接收机接受卫星信号，监测 GPS 差分系统的误差，并阿按规定的时间间隔把修正信 息发送给用户，用户修正信息校正自己的测量或位置解。 图（1） （1）位置差分法：通过伪距测量确定自己的位置。把测量确定的位置数据和已知位置 数据比较，既得位置校正量△X, △Y,△Z。通过发射机把这些位置修正信息发送给用户接收
机.用户接收机用以校正自己的输出坐标. (2)T为距差分法：地面接收机对所有可见卫星测量距离，并根据星历数据和已知位 置计算用户到卫星的距离，两者相诚得到伪距误差.把伪距误差作为修正信息发送给用户接 收机.用户接收机用来修正白己测量的伪距，然后进行定位计算。 GPS/惯性综合导航 1)松散综合：GPS和惯导仍独立工作，综合作用仅表现在用GPS辅助惯导. ≤1>用GPS重调惯好 ①用G5给出的位置，速度信息直接重调惯导系统的输出。在G5工作啊间，惯导显示 的是GP5的位置和速度，G停止工作时，惯导在原显示的基础上变化，即G5停止工作时 的位置和速度作为惯导系统的初值 ②把惯导和G5输出的位置和速度信息选行加权平均：长时同工作时，由于惯导误差随 时间增长，因此惯导输出的加权随工作时间增长而减小. 图 用位置、速度信息缘合 这是采用综合卡尔曼滤波器的一种综合模式，用G5和惯导输出的位置和速度信息的作 为量测值，经综合卡尔曼滤波，估计惯导系统的误差，然后对惯导系统进行校正。 2)紧密综合：PS接收机和惯导系统相互辅助，属于综合的基本模式是伪距，伪距率 的途合以及在伪距、伪！率棕合基础上再加上用候导位置和速度G鸭接收机烈踪环进行辅 助，也可以再增加G鸭接收机导航功能的辅助。 用伪距，伪距率综合 用GS给初的星历数据和INS给初的位置和速度计算相应于惯导位置和速度的伪距 PI和伪距率PI'把PI和PT与G5测量的Pa和Pa'相比较作为量测值，通过缘合卡尔曼 油波器估计惯导系统和G5的误差量，然后对两个系统进行校正。由于GS的测距误差容易 建模，因而可以把它扩充为状态，通过综合滤波加以估计，然后对5接收机进行校正。 2)用惯性速度信息辅助S接牧机环路。可以有效地提高环路的等效带宽，提高接 收机的抗干扰性，减少动态误差，提高银踪和捕获性能。 (3)用惯性位置和速度信皂辅助C导航功旋 对高动老接收机。其导航浅被器的状态为3个位置，3个速度，用户时钟误差和时钟频 率误差共1】个。而低状态接收机则去掉3个加速度状态，只有8个状态。如：果把5接收 机导航池波器的位置、，速度状态看作领导系统简化的位置、速度误差状态，则用GS花波器
机．用户接收机用以校正自己的输出坐标． （2）Ｔ为距差分法：地面接收机对所有可见卫星测量距离，并根据星历数据和已知位 置计算用户到卫星的距离，两者相减得到伪距误差．把伪距误差作为修正信息发送给用户接 收机．用户接收机用来修正自己测量的伪距，然后进行定位计算． ＧＰＳ／惯性综合导航 １）松散综合：ＧＰＳ和惯导仍独立工作，综合作用仅表现在用ＧＰＳ辅助惯导． ＜１＞用ＧＰＳ重调惯导 ①用 GPS 给出的位置，速度信息直接重调惯导系统的输出．在 GPS 工作期间，惯导显示 的是 GPS 的位置和速度，GPS 停止工作时，惯导在原显示的基础上变化，即 GPS 停止工作时 的位置和速度作为惯导系统的初值． ②把惯导和 GPS 输出的位置和速度信息进行加权平均：长时间工作时，由于惯导误差随 时间增长，因此惯导输出的加权随工作时间增长而减小． 图 ＜２＞用位置、速度信息综合 这是采用综合卡尔曼滤波器的一种综合模式，用 GPS 和惯导输出的位置和速度信息的作 为量测值，经综合卡尔曼滤波，估计惯导系统的误差，然后对惯导系统进行校正。 ２）紧密综合：GPS 接收机和惯导系统相互辅助，属于综合的基本模式是伪距，伪距率 的综合以及在伪距、伪距率综合基础上再加上用惯导位置和速度 GPS 接收机跟踪环进行辅 助，也可以再增加 GPS 接收机导航功能的辅助。 ＜１＞用伪距、伪距率综合 用 GPS 给初的星历数据和ＩＮＳ给初的位置和速度计算相应于惯导位置和速度的伪距 PI 和伪距率 PI' 把 PI 和 PI'与 GPS 测量的 Pa 和 Pa'相比较作为量测值，通过综合卡尔曼 滤波器估计惯导系统和 GPS 的误差量，然后对两个系统进行校正。由于 GPS 的测距误差容易 建模，因而可以把它扩充为状态，通过综合滤波加以估计，然后对 GPS 接收机进行校正。 〈2〉用惯性速度信息辅助 GPS 接收机环路，可以有效地提高环路的等效带宽，提高接 收机的抗干扰性，减少动态误差，提高跟踪和捕获性能。 〈3〉用惯性位置和速度信息辅助 GPS 导航功能 对高动态接收机，其导航滤波器的状态为 3 个位置，3 个速度，用户时钟误差和时钟频 率误差共 11 个。而低状态接收机则去掉 3 个加速度状态，只有 8 个状态。如果把 GPS 接收 机导航滤波器的位置、速度状态看作惯导系统简化的位置、速度误差状态，则用 GPS 滤波器
的估计值校正候导输出的位置和速度信息，即得到G5的导航解。 习题二参考答案： 相同点： 《1)利用S确定用户接牧机天线在GPS一84中的绝对位置 (2)所依据的观测量都是所测卫星至观测站的伪距 (3)都分为测码伪距和测相伪距定位 ()都被广泛的应用于导航和测量中的单点定位的工作 不同点： (1)动志单点定位时，用户找收设备安置在运动的载体上，并处于动老情况下，用于 确定载体瞬间绝对位置。静态单点定位时，接收机天线处于静止状态，它可以确定观测 站的绝对坐标。 (2)单点动态定位，一般只能得到没有（成很少）多余观测量的实时解： 单点静态定位，由于可以连续的测量卫星及观测站的伪距，所以可以获得充分的多余观 测量，以便在观测后，通过数据处理提高定位的精度。 (3)单点动态定位，蔽广泛应用于飞机船的以及运动车辆等运动载体的导航！在航空 物体和卫星遥感额域也有着广泛的应用： 单点静老定位，主要用于大地测量，以精确测定观测站在协议地球坐标系中的绝对坐标， 《)动态定位具有多样性，速度多样性，觉位实时性，数解短时性，精度要求多变性 等特点：静态定位没有。 单点动态定位原理：以测距伪码为观测量的定位法以说明。 伪距(C/A或P码)定位： 设 定位方程， 实现：(1)初始化 (2)计算坐标改正数 (3)计算后续位置坐标改正数 (4)确定运动平台的位置
的估计值校正惯导输出的位置和速度信息，即得到 GPS 的导航解。 习题二参考答案: 相同点： （1）利用 GPS 确定用户接收机天线在 GPS—84 中的绝对位置 （2）所依据的观测量都是所测卫星至观测站的伪距 （3）都分为测码伪距和测相伪距定位 （4）都被广泛的应用于导航和测量中的单点定位的工作 不同点： （1）动态单点定位时，用户接收设备安置在运动的载体上，并处于动态情况下，用于 确定载体瞬间绝对位置。静态单点定位时，接收机天线处于静止状态，它可以确定观测 站的绝对坐标。 （2）单点动态定位，一般只能得到没有（或很少）多余观测量的实时解； 单点静态定位，由于可以连续的测量卫星及观测站的伪距，所以可以获得充分的多余观 测量，以便在观测后，通过数据处理提高定位的精度。 （3）单点动态定位，被广泛应用于飞机船舶以及运动车辆等运动载体的导航；在航空 物体和卫星遥感领域也有着广泛的应用； 单点静态定位，主要用于大地测量，以精确测定观测站在协议地球坐标系中的绝对坐标。 （4）动态定位具有多样性，速度多样性，定位实时性，数据短时性，精度要求多变性 等特点；静态定位没有。 单点动态定位原理：以测距伪码为观测量的定位法以说明。 伪距（C/A 或 P 码）定位： 设 定位方程： 实现：（1）初始化 （2）计算坐标改正数 （3）计算后续位置坐标改正数 （4）确定运动平台的位置