载波相位平滑伪距单点定位精度分析

载波相位平滑伪距单点定位精度分析

焦海松,杨海强,马国元,罗兆文

(63880部队,河南洛阳471003)

摘要:介绍了载波相位平滑伪距单点定位原理,分析了在用GPS接收机导航解误差因

素。通过对静态和动态条件下实测数据的检测与分析,检验了观测噪声、飞行速度和高度等因素与GPS导航解精度的关系。

关键词:载波相位;平滑伪距;定位;精度分析中图分类号:P207

文献标志码:A

文章编号:1008—9268(2009)一04—0041—06

引言

R’(£)为GPS接收机至第_『颗GPS卫星在时元t的真实距离;

GPS测量系统航显数据一般为接收机导航解

跗(£)为电离层效应引起的距离偏差;

(Prtka),由于机载GPS原始测量数据难以及时送渐(£)为对流层效应引起的距离偏差;

回并进行事后差分处理,当任务要求提供航迹数据3t’(£)为卫星-『钟差;较急时,常常采用航显数据作为参考进行比对,然&(£)为接收机钟差;而GPS导航解精度究竟如何,仅靠资料上给出的C为电磁波传播速度。

指标是远远不够的。地面测量时,导航解精度高,若在两个相邻时元(£。和tH)之间,对GPS

易让人误信其精度,另外鉴于GPS自身定位精度较高,目前尚没有更高精度的设备对其精度进行鉴载波相位测量求差,可消除对第j颗GPS卫星作定,本文拟从导航解工作原理和实测数据的处理出载波相位测量的波数,而依式(1)求得

发对其精度进行分析和检测。舡△N’(“)一△Ⅳ(£卜1)]+矿(“)一矿(“一1)=

尉(“)一R(“一1)+C[矽(tD一甜(“一1)]一

载波相位平滑伪距单点定位原理

c[&(“)-o"t(tk一1)]一[龋(“)一涮(“一1)]+

目前GPS接收机导航解一般采用载波相位平

[酗(“)一黼(“一。)]

(2)

滑伪距的单点定位法,它只要求所用的接收机能够由式(2)可知,时元t。的站星距离为

测得伪距和载波滞后相位。

尉(“)=Rj(“一1)+A[△N。(tt)一△M(“一1)]+

GPS接收机所测得的载波滞后相位表达式可矿(£^)一一(“一1)--C[atj(“)一艿∥(£I—1)]+写成[1’21:

c[&(“)-3t(tH)]+[蹦(“一。)一

.:lⅣ+A△N。(£)+矿(£)=

(3)

R’(£)+CE艿ti(£)--艿t(t)]-耐(f)+渐(£)(1)

酗(“一,)卜[渐(“)一黼(“一t)]

依式(1)可知,在时元t。和t川的伪距观测值

式中:|;I为以m为单位的GPS载波波长;

Ⅳ为GPS接收机对第_『颗GPS卫星载波相

7为

位测量的整周数;

∥(£卜1)=Rj(t,--1)+c[&7(tk---i)一

△Ⅳ(£)为GPS接收机对第j颗GPS卫星载

&(£卜1)]一印{(£卜1)+酗々(£卜1)

波相位测量在时元t的多普勒计数;

l口f(“)一R’(“)+CE&j(“)一&(“)]一

矿(£)为GPS接收机对第歹颗GPS卫星载波

酗;(“)+酗{r(“)

(4)

相位测量在时元t的小于一个周期的观测值(以m现将式(3)代入式(4),则有

为单位);

∥(厶)一尉(“~1)+.:【∽(“)一△N=『(“一1)]+矿(厶)一

收稿日期:2009—04—29

2009.4/全球定位系统

・41・

矿(“一1)+c[夥(tk—1)一&(“一1)3-酾(“一1)+

NovAtel

RT2双频接收机的导航解(Prtka)采用了

渐(“一。)=A[△Ⅳ(tk)一△Ⅳ(“一1)]+

∥(“)一矿(“一1)+一(“一1)

(5)

载波相位平滑后的伪距单点定位。GPS单点定位解包含多种误差,虽然其精度较差,但由于其解算速度快、实时性强在实时航迹显示中的作用依然不可替代。下面将通过与事后单点、事后载波相位差分处理结果进行比对并分析其定位精度。

2.1

式(5)表明,某一时元的伪距观测值,等于前一时元的伪距观测值和这个时元的载波相位测量值之差。用多个时元的伪距观测值和载波相位测量值,可以求得同一个时元的多个伪距值,取其平均值,即为伪距平均值。由此解算出的二维用户位置,其精度不仅可达土10m以内,而且能够保持稳定可靠。2

静态条件下GPS导航解精度分析

为检验静态条件下GPS接收机导航解的精

度,选取基准站GPS接收机实时记录的导航解(Prtka)与该点位精确坐标进行比较,图1为GPS导航解与载波相位差分数据一次差,图2为GPS事后伪距单点定位数据与载波相位差分数据一次

差。

GPS导航解定位精度分析

由于载波相位存在整周模糊度问题,目前

GPS接收机实时导航解采用的大多是伪距定位,

\}|}|j鹰

64

2O

262470

262570

262670

262770

262870

GPST/s

图1

基准站GPS导航解与载波相位双差数据一次差

剿堡

图2基准站GPS伪距单点解与载波相位双差数据一次差

从图1和图2中可以看出,静态条件下GPS导航解精度相对伪距单点解精度要平滑得多,说明经过载波相位平滑后的伪距值观测噪声误差明显减小。

2.2

使同一载体在不同条件下其速度也不相同,如飞机起飞、降落与空间飞行时的速度就不同。概括起来按运动速度可归纳为三类[3]:一是低动态用户,其运动速度为每秒几米至几十米;二是中动态用户,

中低动态条件下GPS导航解精度分析GPS动态定位的载体运动速度差异很大,即

其运动速度为每秒100m至1000m;三是高动态用户,其运动速度为每秒lkm以上,结合实际,下

GNSS

・42・

World

of

China/2009.4

面主要对中低动态条件下的GPS导航解精度进行记录PRTKA(位置)、VLHA(速度)、RGEA(原始研究。

观测量)和REPA(卫星星历)等信息,车载加速段1)低动态(车载)条件下GPS导航解精度与速GPS实时导航解数据与事后载波相位差分数据的度关系检测

一次差如图3所示,横坐标为对应时刻的运动速检测方法:将GPS接收机天线固定于车顶上度。

方,车辆沿某机场跑道加速行使,GPS接收机实时

Prtka—Traj(跑车加速段)

2.5

糊1.5

0.50

2.9

4.6

7.7

10.9

12.9

15.i16.817.0

17.818.3

速度/(m/s)

图3车载GPS导航解与载波相位双差数据一次差(加速段)

从图3可以看出,随着车辆运动速度的增加,度关系检测

GPS接收机实时动态定位数据的偏差并未随之增检测方法:将GPS接收机天线固定于某型飞大,说明低动态条件下GPS单点定位精度与运动机顶部,比较飞机起飞段GPS接收机实时单点定速度没有直接关系。

位数据与事后载波相位差分定位数据,一次差曲线2)中动态(机载)条件下GPS导航解精度与速

如图4所示,横坐标为对应时刻的运动速度。

\目

j4l}蛞l

速度(m/s)

图4机载GPS导航解与载波相位双差数据一次差(起飞段)

从图4可以看出,随着飞机运动速度的增加,开研究。

GPS接收机导航解并未随之增大,说明中动态条1)飞机拐弯段

件下GPS单点定位精度与运动速度也没有直接关

图5为某机载GPS接收机在飞机拐弯段记录系。

的导航解与载波相位差分数据一次差.曲线。

原因分析:中低动态直线运动条件下,GPS信从图5可以看出,机载GPS导航解在飞机拐号多普勒频移处于线性变化过程中,公式(5)中

弯段精度发生了跳变,说明GPS导航解精度与天△M(£)未发生跳变。

线运动状态的改变有关。

2.3观测噪声对GPS导航解精度的影响

2)直升机起降段

由于GPS导航解精度易受外界环境干扰,为特选择某任务直升机降落于基准站附近时的研究其抗干扰能力,下面分别结合飞机拐弯、直升GPS数据进行分析,图6为该直升机降落和起飞机起降以及天线圆周转动条件下的导航解数据展

段导航解和载波相位差分数据一次差曲线,图7为

2009.4/全球定位系统

・43・

该直升机降落和起飞段飞行高度变化曲线。

2520

藕15

{S

1050

522620

522630

522640

522650

522660

522670

GPST/s

图5机载GPS导航解与载波相位差分数据一次差I拐弯段)

制g趟删

图6某机载GPS导航解与载波相位差分解一次差(直升机起降段)

\置

越超靶

珊喜|渤瑚m啪∞

o181400

181483

181577

181664

181744

GPST/s

图7某机载GPS在直升机降落和起飞段记录高度变化曲线

从图6和图7可以看出,在直升机飞行和降落为200m,基线长对差分精度的影响又可忽略)。

后的静止阶段,导航解与载波相位差分解相差在3)天线圆周运动条件H3

5m之内,而在直升机降落和起飞阶段,由于螺旋测试方法:将GPS接收机天线置于圆周转动桨改变转动速度和多路径效应等因素造成的干扰条件下,接收机实时记录或发送定位信息PRT—t会对导航解精度造成较大干扰,精度可下降至60mKA,地面电台接收后经“GPS动态测量精度测试甚至更高(载波相位差分动态解精度已在“GPS动软件”将该数据的偏差曲线实时显示出来。图8显态测量精度的检测与分析”项目中得到充分的验示在不同转速条件下PRTKA数据相对某点位的证,精度可达厘米级,同时由于距基准站非常近,仅

位置偏差。

・44・GNSS

World

of

China/2009.4

耥褒20咖趟

10

静态

50536373

7883

转速/(转/分)

圈8不同转速条件下PRTKA数据相对某点位偏差

从图8可以看出,在飞机拐弯段、直升机起降变。

2.4飞行高度与导航解精度关系

图9为某飞机起飞段实时导航解(Prtka)与双原因分析:观测噪声造成了GPS接收机对载

差载波相位定位数据一次差曲线,图lO为事后单点伪距定位解(对流层采用Hopfield模型修正模型)与双差载波相位定位数据一次差曲线。

铷懿坩埔M挖加8

642O

飞行高度/Ⅲ

图9实时导航解与载波相位差分数据一次差曲线图【起飞上升段)

PAW(单)一Pauto

棚捌赵l

飞行高度/m

图lO事后单点解与双差载波相位解一次差曲线图(起飞上升段)

从图9可以看出,在地面静止段GPS实时导从图10可以看出,采用Hopfield模型修正后的事后单点伪距定位解的精度与飞行高度无关,由此可rn之内,随着飞机起飞高度的增加,二者差异得出结论:飞行高度与精度密切相关。

原因分析:公式(4)中对流层延迟误差随着高度的增加发生了改变,导致观测伪距和导航解精度

・45・

段以及天线圆周运动条件下,GPS导航解精度受影响严重。

波相位信号跟踪的失锁,即公式(5)△M(r)中值发

生了跳变,从而影响到了伪距和导航解精度的改

航解与事后载波相位差分后的数据一次差较小,约在5逐渐增大,最高处可达17m,说明GPS实时导航解确实与飞行的高度(对流层修正精度)有关。另外,

2009.4/全球定位系统

发生了变化。

2.5

lutionof

precision),t它对测距误差起着“放大”的

GDOP对导航解精度的影响

GPS用户的位置误差包括两大类型:(1)是

作用。图11为某全航路导航解与载波相位差分一次差数据变化曲线,图12为GPS接收机记录的GDOP值变化曲线。

GPS信号的测距误差,(2)是GPS定位星座的几何结构,即几何精度因子,记作GDOP(geometric

di一

\j}llj划《

图11机载GPS实时单点与载波相位双差数据一次差

山。口o

图12机载GPS实时记录GDOP值变化曲线

从图11和图12中可以看出,两个图中的趋势线总体趋势基本一致,说明GDOP与导航解的精度密切相关,GDOP值越大,导航解精度越低。

参考文献

[1]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京:科

学出版社,2006・3[23

张守信.GPS卫星测量定位理论与应用[M].长沙:国防科技大学出版社,1996.7[3]

王惠南.GPS导航原理与应用[M].北京:科学出版

社,2003.8

:八

耋口此j

通过对以上测试数据分析可以看出,GPS导航解精度受外界因素影响严重,地面静态或低动态测量数据采用导航解基本可以满足精度要求,但当高度超过3000m高空时,导航解误差逐渐增大,实际应用中,对精度要求较高时建议采用载波相位差分数据。

[4]王福志,焦海松.GPS转动测试平台的设计与应用[J].全球定位系统,2008,33(6):47—50.

(下转第51页)

・46・

GNSS

World

of

Chlna/2009.4

Study

on

the

MBOC

signalcommon-usedbyGPSandGalileo

LIChun—xia,CHUNHeng-lin

(BeijingP.o.Box5136,Beijing100094China)

Abstract:Thederivingprocessofthesignalcommon—usedbyGPSandGalileoisintroduced.The

characteristicsoftheBOC(1,1)signal

on

compatibilityandinteroperab订ity

are

given,Comparedwith

BOC,thecharacteristicoftheMBOC(6,1,1/11)signaloncompatibilityandinteroperability

are

de-

scribed.Thestudyinthispaper

can

beusedforreference

tO

thesignalsystemdesignofChinasatellite

navigation.SOisthedesignofGPS/Galileoreceiver.

Keywords:GPS,Galileo,MBOC,compatibility,interoperability

作者简介:

李春霞(1977一),女,湖北人,工程师,研究方向为卫星导航与定位技术。楚恒林(1973一),男,甘肃人,高工,研究方向为卫星导航与定位技术。(上接第40页)

Analysis

on

SpaceborneScanSAR

Mode

ImagingAlgorithm

JIAOMing-lianl。JIANGTing-chenl’2

(1.School

ofGeodesy&GeomaticsEngineering,Huaihai

Institute

of

Technology,Lianyungang222001China;

2.GPSEngineeringResearchCenterofWufianUniversity,Wuhan

430079China)

Abstract:ScansARmodeiSnow

one

oftheSARsatellitemode,ithastheadvantagesof

widthand

shorttimeinterval.TheprincipleofScanSARimagingisintroducedinthispaper.Full—apertureRDal—

gorithmisfocused

on

analyzing,ImprovedSPECANalgorithmsandECSalgorithm

are

suitablefor

ScanSARmodeimagingradaralgorithm,Itscharacteristicsisanalgedandcompared.

Keywords:ScanSAR;imagingalgorithm;characteristics

作者简介:

焦明连

(1963一),男,河南商丘人,副教授,主要研究方向为空间信息处理和测绘教育。

(上接第46页)

AccuracyAnalysisofCarrierPhaseSmoothing

PseudorangeSinglePointPositioning

JIAOHai-song,YANGHai-qiang,MAGuo-yuan,LUOZhao-wen

(63880troop,HenanLuoyang471003

China)

Abstract:Theprincipleofcarrierphase

smoothingpseudorangesinglepointpositioningisintro’

ducedinthispaper.ErrorfactorsofnavigationpositioningresultfromGPSreceiverisanalyzed.Bytes—

tingandanalysingofactualmeasurement

datainstaticandkinematiccondition,therelationshipsbe—

tweenGPSnavigationpositioningaccuracyandfactorsoftheobservationnoise,flightspeedandheight

etc

are

tested.

Keywords:Carrierphase,smoothingpseudorange;positioning;accuracyanalysis

作者简介:

焦海松

(1973一),男,河南林州人,63880部队工程师,硕士研究生,主要从事GPS导航测量和干扰

对抗方面的研究。

2009.4/全球定位系统

・51

载波相位平滑伪距单点定位精度分析

作者:作者单位:

焦海松, 杨海强, 马国元, 罗兆文63880部队,河南,洛阳,471003

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2. 张成军. 杨力. 陈军. Zhang Chengjun. Yang Li. Chen Jun 提高GPS载波相位平滑伪距定位精度的算法研究[期刊论文]-大地测量与地球动力学2009,29(4)

3. 常志巧. 郝金明. 李军正. CHANG Zhi-qiao. HAO Jin-ming. LI Jun-zheng 载波相位平滑伪距及其在差分定位中的应用[期刊论文]-海洋测绘2009,29(3)

4. 唐卫明. 刘智敏. TANG Weiming. LIU Zhimin GPS载波相位平滑伪距精度分析与应用探讨[期刊论文]-测绘信息与工程2005,30(3)

5. 载波相位平滑伪距单点定位精度分析[期刊论文]-全球定位系统2009,34(4)

6. 高成发. 谢玉忠. GAO Cheng-fa. XIE Yu-zhong 各种星历在相位平滑伪距单点定位中的对比分析[期刊论文]-现代测绘2010,33(6)

7. 沈国康. 张乾隆. 汪平. SHEN Guo-kang. ZHANG Qian-long. WANG Ping 相位平滑P1码伪距及其单点定位精度分析[期刊论文]-测绘工程2009,18(6)

8. 周泽波. 沈云中. 李博峰. Zhou Zebo. Shen Yunzhong. Li Bofeng 基于相位平滑伪距与多普勒数据的GPS动态定位[期刊论文]-大地测量与地球动力学2008,28(3)

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10. 杨春燕. 吴德伟. 卢艳娥. 张辉. YANG Chun-yan. WU De-wei. LU Yan-e. ZHANG Hui 基于补充卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法[期刊论文]-空军工程大学学报(自然科学版)2008,9(5)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7282908.aspx

载波相位平滑伪距单点定位精度分析

焦海松,杨海强,马国元,罗兆文

(63880部队,河南洛阳471003)

摘要:介绍了载波相位平滑伪距单点定位原理,分析了在用GPS接收机导航解误差因

素。通过对静态和动态条件下实测数据的检测与分析,检验了观测噪声、飞行速度和高度等因素与GPS导航解精度的关系。

关键词:载波相位;平滑伪距;定位;精度分析中图分类号:P207

文献标志码:A

文章编号:1008—9268(2009)一04—0041—06

引言

R’(£)为GPS接收机至第_『颗GPS卫星在时元t的真实距离;

GPS测量系统航显数据一般为接收机导航解

跗(£)为电离层效应引起的距离偏差;

(Prtka),由于机载GPS原始测量数据难以及时送渐(£)为对流层效应引起的距离偏差;

回并进行事后差分处理,当任务要求提供航迹数据3t’(£)为卫星-『钟差;较急时,常常采用航显数据作为参考进行比对,然&(£)为接收机钟差;而GPS导航解精度究竟如何,仅靠资料上给出的C为电磁波传播速度。

指标是远远不够的。地面测量时,导航解精度高,若在两个相邻时元(£。和tH)之间,对GPS

易让人误信其精度,另外鉴于GPS自身定位精度较高,目前尚没有更高精度的设备对其精度进行鉴载波相位测量求差,可消除对第j颗GPS卫星作定,本文拟从导航解工作原理和实测数据的处理出载波相位测量的波数,而依式(1)求得

发对其精度进行分析和检测。舡△N’(“)一△Ⅳ(£卜1)]+矿(“)一矿(“一1)=

尉(“)一R(“一1)+C[矽(tD一甜(“一1)]一

载波相位平滑伪距单点定位原理

c[&(“)-o"t(tk一1)]一[龋(“)一涮(“一1)]+

目前GPS接收机导航解一般采用载波相位平

[酗(“)一黼(“一。)]

(2)

滑伪距的单点定位法,它只要求所用的接收机能够由式(2)可知,时元t。的站星距离为

测得伪距和载波滞后相位。

尉(“)=Rj(“一1)+A[△N。(tt)一△M(“一1)]+

GPS接收机所测得的载波滞后相位表达式可矿(£^)一一(“一1)--C[atj(“)一艿∥(£I—1)]+写成[1’21:

c[&(“)-3t(tH)]+[蹦(“一。)一

.:lⅣ+A△N。(£)+矿(£)=

(3)

R’(£)+CE艿ti(£)--艿t(t)]-耐(f)+渐(£)(1)

酗(“一,)卜[渐(“)一黼(“一t)]

依式(1)可知,在时元t。和t川的伪距观测值

式中:|;I为以m为单位的GPS载波波长;

Ⅳ为GPS接收机对第_『颗GPS卫星载波相

7为

位测量的整周数;

∥(£卜1)=Rj(t,--1)+c[&7(tk---i)一

△Ⅳ(£)为GPS接收机对第j颗GPS卫星载

&(£卜1)]一印{(£卜1)+酗々(£卜1)

波相位测量在时元t的多普勒计数;

l口f(“)一R’(“)+CE&j(“)一&(“)]一

矿(£)为GPS接收机对第歹颗GPS卫星载波

酗;(“)+酗{r(“)

(4)

相位测量在时元t的小于一个周期的观测值(以m现将式(3)代入式(4),则有

为单位);

∥(厶)一尉(“~1)+.:【∽(“)一△N=『(“一1)]+矿(厶)一

收稿日期:2009—04—29

2009.4/全球定位系统

・41・

矿(“一1)+c[夥(tk—1)一&(“一1)3-酾(“一1)+

NovAtel

RT2双频接收机的导航解(Prtka)采用了

渐(“一。)=A[△Ⅳ(tk)一△Ⅳ(“一1)]+

∥(“)一矿(“一1)+一(“一1)

(5)

载波相位平滑后的伪距单点定位。GPS单点定位解包含多种误差,虽然其精度较差,但由于其解算速度快、实时性强在实时航迹显示中的作用依然不可替代。下面将通过与事后单点、事后载波相位差分处理结果进行比对并分析其定位精度。

2.1

式(5)表明,某一时元的伪距观测值,等于前一时元的伪距观测值和这个时元的载波相位测量值之差。用多个时元的伪距观测值和载波相位测量值,可以求得同一个时元的多个伪距值,取其平均值,即为伪距平均值。由此解算出的二维用户位置,其精度不仅可达土10m以内,而且能够保持稳定可靠。2

静态条件下GPS导航解精度分析

为检验静态条件下GPS接收机导航解的精

度,选取基准站GPS接收机实时记录的导航解(Prtka)与该点位精确坐标进行比较,图1为GPS导航解与载波相位差分数据一次差,图2为GPS事后伪距单点定位数据与载波相位差分数据一次

差。

GPS导航解定位精度分析

由于载波相位存在整周模糊度问题,目前

GPS接收机实时导航解采用的大多是伪距定位,

\}|}|j鹰

64

2O

262470

262570

262670

262770

262870

GPST/s

图1

基准站GPS导航解与载波相位双差数据一次差

剿堡

图2基准站GPS伪距单点解与载波相位双差数据一次差

从图1和图2中可以看出,静态条件下GPS导航解精度相对伪距单点解精度要平滑得多,说明经过载波相位平滑后的伪距值观测噪声误差明显减小。

2.2

使同一载体在不同条件下其速度也不相同,如飞机起飞、降落与空间飞行时的速度就不同。概括起来按运动速度可归纳为三类[3]:一是低动态用户,其运动速度为每秒几米至几十米;二是中动态用户,

中低动态条件下GPS导航解精度分析GPS动态定位的载体运动速度差异很大,即

其运动速度为每秒100m至1000m;三是高动态用户,其运动速度为每秒lkm以上,结合实际,下

GNSS

・42・

World

of

China/2009.4

面主要对中低动态条件下的GPS导航解精度进行记录PRTKA(位置)、VLHA(速度)、RGEA(原始研究。

观测量)和REPA(卫星星历)等信息,车载加速段1)低动态(车载)条件下GPS导航解精度与速GPS实时导航解数据与事后载波相位差分数据的度关系检测

一次差如图3所示,横坐标为对应时刻的运动速检测方法:将GPS接收机天线固定于车顶上度。

方,车辆沿某机场跑道加速行使,GPS接收机实时

Prtka—Traj(跑车加速段)

2.5

糊1.5

0.50

2.9

4.6

7.7

10.9

12.9

15.i16.817.0

17.818.3

速度/(m/s)

图3车载GPS导航解与载波相位双差数据一次差(加速段)

从图3可以看出,随着车辆运动速度的增加,度关系检测

GPS接收机实时动态定位数据的偏差并未随之增检测方法:将GPS接收机天线固定于某型飞大,说明低动态条件下GPS单点定位精度与运动机顶部,比较飞机起飞段GPS接收机实时单点定速度没有直接关系。

位数据与事后载波相位差分定位数据,一次差曲线2)中动态(机载)条件下GPS导航解精度与速

如图4所示,横坐标为对应时刻的运动速度。

\目

j4l}蛞l

速度(m/s)

图4机载GPS导航解与载波相位双差数据一次差(起飞段)

从图4可以看出,随着飞机运动速度的增加,开研究。

GPS接收机导航解并未随之增大,说明中动态条1)飞机拐弯段

件下GPS单点定位精度与运动速度也没有直接关

图5为某机载GPS接收机在飞机拐弯段记录系。

的导航解与载波相位差分数据一次差.曲线。

原因分析:中低动态直线运动条件下,GPS信从图5可以看出,机载GPS导航解在飞机拐号多普勒频移处于线性变化过程中,公式(5)中

弯段精度发生了跳变,说明GPS导航解精度与天△M(£)未发生跳变。

线运动状态的改变有关。

2.3观测噪声对GPS导航解精度的影响

2)直升机起降段

由于GPS导航解精度易受外界环境干扰,为特选择某任务直升机降落于基准站附近时的研究其抗干扰能力,下面分别结合飞机拐弯、直升GPS数据进行分析,图6为该直升机降落和起飞机起降以及天线圆周转动条件下的导航解数据展

段导航解和载波相位差分数据一次差曲线,图7为

2009.4/全球定位系统

・43・

该直升机降落和起飞段飞行高度变化曲线。

2520

藕15

{S

1050

522620

522630

522640

522650

522660

522670

GPST/s

图5机载GPS导航解与载波相位差分数据一次差I拐弯段)

制g趟删

图6某机载GPS导航解与载波相位差分解一次差(直升机起降段)

\置

越超靶

珊喜|渤瑚m啪∞

o181400

181483

181577

181664

181744

GPST/s

图7某机载GPS在直升机降落和起飞段记录高度变化曲线

从图6和图7可以看出,在直升机飞行和降落为200m,基线长对差分精度的影响又可忽略)。

后的静止阶段,导航解与载波相位差分解相差在3)天线圆周运动条件H3

5m之内,而在直升机降落和起飞阶段,由于螺旋测试方法:将GPS接收机天线置于圆周转动桨改变转动速度和多路径效应等因素造成的干扰条件下,接收机实时记录或发送定位信息PRT—t会对导航解精度造成较大干扰,精度可下降至60mKA,地面电台接收后经“GPS动态测量精度测试甚至更高(载波相位差分动态解精度已在“GPS动软件”将该数据的偏差曲线实时显示出来。图8显态测量精度的检测与分析”项目中得到充分的验示在不同转速条件下PRTKA数据相对某点位的证,精度可达厘米级,同时由于距基准站非常近,仅

位置偏差。

・44・GNSS

World

of

China/2009.4

耥褒20咖趟

10

静态

50536373

7883

转速/(转/分)

圈8不同转速条件下PRTKA数据相对某点位偏差

从图8可以看出,在飞机拐弯段、直升机起降变。

2.4飞行高度与导航解精度关系

图9为某飞机起飞段实时导航解(Prtka)与双原因分析:观测噪声造成了GPS接收机对载

差载波相位定位数据一次差曲线,图lO为事后单点伪距定位解(对流层采用Hopfield模型修正模型)与双差载波相位定位数据一次差曲线。

铷懿坩埔M挖加8

642O

飞行高度/Ⅲ

图9实时导航解与载波相位差分数据一次差曲线图【起飞上升段)

PAW(单)一Pauto

棚捌赵l

飞行高度/m

图lO事后单点解与双差载波相位解一次差曲线图(起飞上升段)

从图9可以看出,在地面静止段GPS实时导从图10可以看出,采用Hopfield模型修正后的事后单点伪距定位解的精度与飞行高度无关,由此可rn之内,随着飞机起飞高度的增加,二者差异得出结论:飞行高度与精度密切相关。

原因分析:公式(4)中对流层延迟误差随着高度的增加发生了改变,导致观测伪距和导航解精度

・45・

段以及天线圆周运动条件下,GPS导航解精度受影响严重。

波相位信号跟踪的失锁,即公式(5)△M(r)中值发

生了跳变,从而影响到了伪距和导航解精度的改

航解与事后载波相位差分后的数据一次差较小,约在5逐渐增大,最高处可达17m,说明GPS实时导航解确实与飞行的高度(对流层修正精度)有关。另外,

2009.4/全球定位系统

发生了变化。

2.5

lutionof

precision),t它对测距误差起着“放大”的

GDOP对导航解精度的影响

GPS用户的位置误差包括两大类型:(1)是

作用。图11为某全航路导航解与载波相位差分一次差数据变化曲线,图12为GPS接收机记录的GDOP值变化曲线。

GPS信号的测距误差,(2)是GPS定位星座的几何结构,即几何精度因子,记作GDOP(geometric

di一

\j}llj划《

图11机载GPS实时单点与载波相位双差数据一次差

山。口o

图12机载GPS实时记录GDOP值变化曲线

从图11和图12中可以看出,两个图中的趋势线总体趋势基本一致,说明GDOP与导航解的精度密切相关,GDOP值越大,导航解精度越低。

参考文献

[1]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京:科

学出版社,2006・3[23

张守信.GPS卫星测量定位理论与应用[M].长沙:国防科技大学出版社,1996.7[3]

王惠南.GPS导航原理与应用[M].北京:科学出版

社,2003.8

:八

耋口此j

通过对以上测试数据分析可以看出,GPS导航解精度受外界因素影响严重,地面静态或低动态测量数据采用导航解基本可以满足精度要求,但当高度超过3000m高空时,导航解误差逐渐增大,实际应用中,对精度要求较高时建议采用载波相位差分数据。

[4]王福志,焦海松.GPS转动测试平台的设计与应用[J].全球定位系统,2008,33(6):47—50.

(下转第51页)

・46・

GNSS

World

of

Chlna/2009.4

Study

on

the

MBOC

signalcommon-usedbyGPSandGalileo

LIChun—xia,CHUNHeng-lin

(BeijingP.o.Box5136,Beijing100094China)

Abstract:Thederivingprocessofthesignalcommon—usedbyGPSandGalileoisintroduced.The

characteristicsoftheBOC(1,1)signal

on

compatibilityandinteroperab订ity

are

given,Comparedwith

BOC,thecharacteristicoftheMBOC(6,1,1/11)signaloncompatibilityandinteroperability

are

de-

scribed.Thestudyinthispaper

can

beusedforreference

tO

thesignalsystemdesignofChinasatellite

navigation.SOisthedesignofGPS/Galileoreceiver.

Keywords:GPS,Galileo,MBOC,compatibility,interoperability

作者简介:

李春霞(1977一),女,湖北人,工程师,研究方向为卫星导航与定位技术。楚恒林(1973一),男,甘肃人,高工,研究方向为卫星导航与定位技术。(上接第40页)

Analysis

on

SpaceborneScanSAR

Mode

ImagingAlgorithm

JIAOMing-lianl。JIANGTing-chenl’2

(1.School

ofGeodesy&GeomaticsEngineering,Huaihai

Institute

of

Technology,Lianyungang222001China;

2.GPSEngineeringResearchCenterofWufianUniversity,Wuhan

430079China)

Abstract:ScansARmodeiSnow

one

oftheSARsatellitemode,ithastheadvantagesof

widthand

shorttimeinterval.TheprincipleofScanSARimagingisintroducedinthispaper.Full—apertureRDal—

gorithmisfocused

on

analyzing,ImprovedSPECANalgorithmsandECSalgorithm

are

suitablefor

ScanSARmodeimagingradaralgorithm,Itscharacteristicsisanalgedandcompared.

Keywords:ScanSAR;imagingalgorithm;characteristics

作者简介:

焦明连

(1963一),男,河南商丘人,副教授,主要研究方向为空间信息处理和测绘教育。

(上接第46页)

AccuracyAnalysisofCarrierPhaseSmoothing

PseudorangeSinglePointPositioning

JIAOHai-song,YANGHai-qiang,MAGuo-yuan,LUOZhao-wen

(63880troop,HenanLuoyang471003

China)

Abstract:Theprincipleofcarrierphase

smoothingpseudorangesinglepointpositioningisintro’

ducedinthispaper.ErrorfactorsofnavigationpositioningresultfromGPSreceiverisanalyzed.Bytes—

tingandanalysingofactualmeasurement

datainstaticandkinematiccondition,therelationshipsbe—

tweenGPSnavigationpositioningaccuracyandfactorsoftheobservationnoise,flightspeedandheight

etc

are

tested.

Keywords:Carrierphase,smoothingpseudorange;positioning;accuracyanalysis

作者简介:

焦海松

(1973一),男,河南林州人,63880部队工程师,硕士研究生,主要从事GPS导航测量和干扰

对抗方面的研究。

2009.4/全球定位系统

・51

载波相位平滑伪距单点定位精度分析

作者:作者单位:

焦海松, 杨海强, 马国元, 罗兆文63880部队,河南,洛阳,471003

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1. 陈怡. 刘瀛. 聂磊. CHEN Yi. LIU Ying. NIE Lei 载波相位平滑在GPS伪距提取中的应用[期刊论文]-航天控制2011,29(1)

2. 张成军. 杨力. 陈军. Zhang Chengjun. Yang Li. Chen Jun 提高GPS载波相位平滑伪距定位精度的算法研究[期刊论文]-大地测量与地球动力学2009,29(4)

3. 常志巧. 郝金明. 李军正. CHANG Zhi-qiao. HAO Jin-ming. LI Jun-zheng 载波相位平滑伪距及其在差分定位中的应用[期刊论文]-海洋测绘2009,29(3)

4. 唐卫明. 刘智敏. TANG Weiming. LIU Zhimin GPS载波相位平滑伪距精度分析与应用探讨[期刊论文]-测绘信息与工程2005,30(3)

5. 载波相位平滑伪距单点定位精度分析[期刊论文]-全球定位系统2009,34(4)

6. 高成发. 谢玉忠. GAO Cheng-fa. XIE Yu-zhong 各种星历在相位平滑伪距单点定位中的对比分析[期刊论文]-现代测绘2010,33(6)

7. 沈国康. 张乾隆. 汪平. SHEN Guo-kang. ZHANG Qian-long. WANG Ping 相位平滑P1码伪距及其单点定位精度分析[期刊论文]-测绘工程2009,18(6)

8. 周泽波. 沈云中. 李博峰. Zhou Zebo. Shen Yunzhong. Li Bofeng 基于相位平滑伪距与多普勒数据的GPS动态定位[期刊论文]-大地测量与地球动力学2008,28(3)

9. 郭建锋. 欧吉坤. 袁运斌. 王海涛 双频GPS数据的最优相位平滑伪距算法研究[期刊论文]-自然科学进展2008,18(2)

10. 杨春燕. 吴德伟. 卢艳娥. 张辉. YANG Chun-yan. WU De-wei. LU Yan-e. ZHANG Hui 基于补充卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法[期刊论文]-空军工程大学学报(自然科学版)2008,9(5)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7282908.aspx


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