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GpS組成原理及導航電子地圖的制作

時間:2012-06-12 21:10來源:未知 整理:寂涯網絡 點擊:

 GPS工作原理
GPS導航是無線電導航的一種,無線電導航用于通訊幾乎是沒有延遲的。無線電最
初用于飛機和船只導航時用定向天線測量到兩個或者更多的無線電信標的方位。二戰
后,引導飛機航行的無線電導航得到快速的發展,比較著名的無線電導航系統有伏爾、
塔康、儀表著陸系統,微波著陸系統四。根據實際定位方法的不同,無線電定位的方式
分為測邊交會法、雙曲線定位和多普勒定位。
2.1.1測邊交會法
由于無線電以恒定的光速。進行傳播,所以如果能夠測出無線電波從發射臺到信號
接收臺之間的傳輸時間,那么他們之間的距離也就能夠確定了。當測得傳播時間為t時,
利用公式R=tc,就得到了發射臺與待測點之間的距離。這種利用測量待測點與已知點之
間的距離,從而求得待測點坐標的方法稱為測邊交會法,也稱作 Time of arrival(T0A)
方式。
如果待測點到已知點51的真實距離為Rl,那么待測點的位置一定
在以51為球心,RI為半徑的球面cl上,同理,如果待測點到己知點S:的真實距離為
RZ,那么待測點的位置也一定在以S:為球心,R:為半徑的球面C:上。同樣如果再有一
個以53為球心R:為半徑的球面C3,則三個球面必定相交于一點P,也就是待測點的位
置,這就是測邊交會法的幾何原理。GPS、GLONASS、GAULEO等衛星定位系統las]的
定位原理就是按照測邊交會法建立的。第2章GPS組成原理及導航電子地圖的制作
2.1.2雙曲線定位
雙曲線定位,主要是采用腸   meoifferenceOfArrival(TDOA)的方式,它的原理是
通過測量無線電波到達兩個基站的時間差來確定待測點的位置,而不是像測邊交會法中
的通過測量到達的時間來確定。待測點必須位于以兩個基站為焦點的雙曲線上,確定待
測點的二維位置坐標需要建立兩個以上的雙曲線方程,兩雙曲線的交點即為待測點的二
維位置坐標。
圖2.2雙曲線定位原理

如圖2.2所示,在平面上,用戶站到基站的距離差和基站的間距決定一條雙曲線。
同樣,可以得到用戶站與其他基站決定的雙曲線,曲線的交點即為用戶站的坐標。設(x,
y)為待測點的待估計位置,(x,,Yi)為第i(i=1,2,3)個基站的已知位置,則待測點和第i
個基站之間的距離為

那么相應的距離差為

對上面的方程組求解,即可得到用戶站的坐標(x,y)。利用雙曲線原理建立的無線
電導航系統有羅蘭A、羅蘭C、臺卡和奧米邇等。
2.1.3多普勒定位
如圖2.3所示,多普勒定位原理是通過測定同一信號發射源不同間隔時段其信號的
多普勒頻移,從而確定發射源在各時段相對觀察者的視向速度和視向位移,再利用發
射源所給定的tl,tZ,t3,t4,…時刻的空間坐標,結合對應的視向位移解算出測站空間
坐標P(X,Y,z)。多普勒定位的幾何原理是:發射源在tl,tZ,t3,t4,…點上的坐標是
已知的,而任意兩個相鄰已知點到待定點P的距離差,是根據給定發射源經過期間,發
射源和觀測點P之間距離改變引起的頻移的測量值求得。信號發射已知的頻率信號fS,哈爾濱_「程大學碩士學位論文
由觀測點信號接收機跟蹤。接收機與發射器之間的相對運動ds/dt產生的接收頻率
隨時間變化的關系為
(2一4)
這就是多普勒效應式(2一4)中C為光速。給定時間間隔tj,tk上觀測到的頻移,并
轉換為距離差值州‘。與此相關的觀測方程四為


多普勒定位原理
從數學上我們知道,一個動點到兩個定點的距離差為一定時,該動點P則構成一個
旋轉雙曲面,這兩個定點就是該雙曲面的焦點。于是以衛星所在的tl,tZ,t3,腸,…任
意兩個相鄰己知定點作焦點,未知點P作動點構成對應的特定旋轉雙曲面。其中,兩個
雙曲面相交為一曲線(P點必在該曲線上),曲線與第三個雙曲面相交于兩點(其中一
點必為P點),第四個雙曲面必與其中一點相交—該點就是待定的P點。因此,要解
算P點的三維坐標,必須對同一發射器有四個積分間隔時段的觀測,得出發射器在四段
時間間隔的視向位移,從而獲得四個旋轉雙曲面,它們的公共交點就是待定點P(X,Y,

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