GPS定位

GPS定位（精选十篇）

GPS定位篇1

GPS是全球电子定位系统的简称, 最早的时候由美国的国防部研发, 主要作为卫星的无线定位导航和报时工具, 有着跨时代的重大意义。

最初美国海军为了开发出更好的海军导航卫星, 委托当时著名的霍普金斯大学的物理研究实验室进行研究。这项研发始于上世纪50 年代的后期, 经过不懈努力在1964 年的时候宣告研究成功。刚开始用于北极星级别的核潜艇, 在定位导航方面起到了至关重要的作用, 由于效果明显很快就在军队特别是在军舰导航定位中投入应用。但是由于当时技术还不够成熟, 存在一些严重的不足之处, 主要体现在:每台接收机确定达到10 米的单位定点精度需要至少15 次的卫星通过, 而且是必须是合格的通过才行, 得到的结果也仅仅是二维坐标, 只有经纬度而没有高程。虽然使用广泛, 但基于其存在的缺陷, 迫使美国在上世纪70 年代初的时候重新开始GPS的研发工作, 经过近20 年的努力建成了一套由21 颗工作卫星及3 颗备用的在轨卫星组成的完善的GPS导航系统, 为GPS重新定义。

二、GPS系统的组成

现在的GPS可以称之为一套系统, 是因为其运转更加复杂也更加准确, 首先来说其是由导航星座、地面控制系统及接收机等3 个部分组成的。其中导航星座也是由21 颗工作卫星和在轨的3 颗备用卫星组成, 它们分别分布在地球周围的6 条轨道上, 轨道的形状呈圆形, 偏心率为0.01, 额定的轨道高度是20200 千米, 倾角是55 度, 每12 个小时就能绕地球一圈, 并且每颗卫星都能以两种频率对军事用户发射经过加密的高精度的导航数据, 这些数据经过破解分析能够将定位物体的位置定位误差缩小在10 米左右, 测速的精度能够达到0.1 米每秒。 GPS后来也开始在民间使用, 其定位精度大概在100 米左右。

GPS的地面控制系统主要部分由5 个监测站、3 个注入站及一个主控站组成。监测站的主要作用是对在轨的21 颗卫星进行不间断的观察, 时间间隔为6 秒, 也就是说每6 秒就可以进行一次伪距测量;其次, 可以采集必要的气象要素, 定时向主控站进行数据传送, 在主控站内会有专业大型计算机进行数据整合, 经过整合的数据会经由注入站注入卫星, 再由卫星进行用户的播送。

整个GPS系统的工作流程是定制好的, 采用的是无源工作的原理, 也就是说, 每个GPS用户都不需要向GPS系统发送任何的询问或者其他问题, 而只是接收GPS系统的卫星传送出来的数据, 这些数据会通过专业的导航接收设备或者接收机进行显示, 进而达到为人所用的目的。

三、GPS的原理及差分GPS技术

想要利用GPS就需要首先了解其工作的原理。现在的GPS系统运转极为复杂, 但是其工作的基本原理就是测试出已知卫星到用户使用的接收机的位置的距离, 进而通过多颗的卫星数据就能计算出接收机在地球上所处的位置了。

地理知识告诉我们地球进行自转, 这样一来所有的坐标系在地球自转的过程中都可能处在不断变化的情况之中, 所以导航系统并不适用于对宇宙空间的卫星定位, 在应用最为广泛的导航参量里使用最为广泛且效果最好、最边界的就是测距导航法, 民用的GPS导航定位也是采用的这种办法。

卫星的定位测距法主要有三种, 其中有两种是需要地球表面进行第三参考面的, 它们是2 颗星有源定位, 3 颗星无源定位, 需要有参考面才能确定地球上的用户位置, 而通过4颗卫星测距的定位系统才能进行GPS系统的定位。

最初在美国政府进行GPS的设计工作中计划是要提供两种服务的, 一种服务的定位精度在100 米左右, 主要用于民间客户, 采用的是粗码定位服务;另外一种也更为重要, 是采用精码定位进行服务, 其定位精度能够达到10 米, 主要的客户是军队和有特别需要且经过允许的民间组织使用。然而在实际的操作过程中却出现了意外, 本来的粗码标准定位服务能够达到的精度远远高于100 米, 能够达到14 米;而精码定位通过GPS得到的数据能够准确到3 米, 这种精确对于普通用户来说是有利的, 但是另外一方面, 民用设备的定位精度能够达到14 米, 对军队设施的安全可能构成极大的威胁, 这与最初的设想完全不一样, 也促使美国政府开始考虑相应的对策, 而SA政策也应运而生。这一策略的做法是, 把误差通过人为导入到卫星的时钟和卫星数据中去, 进而降低GPS的定位精度, 这样做就是为了让未经过特许的用户不能得到高精度的定位来获取军事信息, 这样一来粗码定位的精度又降到了100 米左右, 此项技术于上世纪90 年代初在所有的轨道导航卫星上实施。这样一来在SA技术下如何得到更准确定位精度的技术也就应运而生, 也就是本文所讨论的差分GPS技术。

此项技术主要的做法就是通过一个测量站对两个测量目标的测量, 或者是两个测量站对一个目标进行测量, 或者一个监测站对一个目标的测量值进行求差计算, 其目的主要在于消除公共误差及公共的参数。差分GPS定位就是为了能够降低SA技术所掺入的误差值, 将定位的精度提高, 经过计算的定位精度能够达到10 米, 有的甚至可以更高、更准确。

四、差分GPS (DPGS) 的原理

使用差分GPS技术进行误差消除的原理很简单, 在基准站及其使用用户之间的误差的存在需要这种技术。一般的做法就是用两台不同的接收机进行相同目标GPS卫星的信号测量, 这种测量是基于一方的测量站的位置坐标为已知, 一般我们称作基准接收机的信号接收机就是安放在已知位置的, 基准接收机在测得的三维位置和已知点进行比较就可以得到相应的GPS的定位数据值, 将这些GPS经过修正的值传送给动态接收机, 然后再根据所测得的实时的位置就能够消除用户位置和测量中的位置误差。

在整个作业完成的过程中, 传输问题至关重要, 就目前来说分别有地面的无线发射台进行差分修正数据的传输, 也有一部分使用近地轨道的小卫星进行数据转发。在研发之初差分GPS存在着控制面积小的缺点, 想要扩大控制范围需要不断地建设更多的基准站。随着社会的发展, 人们对于其要求越来越多, 也更加严格, 这样一来就诞生了很多更先进的技术, 如本地差分系统 (LADS) 、本地增强系统 (LAAS) 、广域差分系统 (WADS) 、广域增强系统 (WAAS) 等来满足人们的要求。

五、 (DGPS) 差分定位技术分类

1.按作用范围分类。

(1) 局域DPGS定位技术。所谓的局域DPGS技术就是由数据基站、数据通信链及相应的用户站组合而成的, 此项技术能够向相关用户提供综合的DCPS改正信息, 但不是单独的有意义的误差源改正, 这也就造成了其工作范围比较小。

(2) 广域DGPS定位技术。此项技术也是一项系统性技术, 一般来说是由一个主要的控制站点和不定数量的GPS卫星跟踪站, 还有就是一个差分信号播发站, 许多的监测站以及各个分站之间的数据通信网络和最终的用户使用站组成。广域DGPS定位技术有的英文缩写是WADGPS, 这种技术的主要做法是, 将GPS定位中的误差源进行模型化处理, 通过对每一个误差源的误差值进行详尽的计算, 通过数据通讯链再传送给客户端的使用者, 通过改正用户的GPS接收机所接收到的定位数据, 使得得到数据的误差达到最小, 最大程度上改善相关的GPS用户的使用效果。

2.按基准站发送的信息方式分类。

(1) 位置差分。位置差分方法是一种最为简单的差分法, 所有的GPS接收机都能够通过改装组装成这种差分系统。GPS接收机在能够观测到四颗卫星的时候就能够进行相应的四维定位工作, 如果接收机安装在基准站上, 就能够及时地计算出基准站的位置坐标。但是另外一方面由于种种的因素影响会存在数据上的误差, 如轨道误差、时钟误差、大气影响等等, 就使计算出的坐标和基准站的已知坐标间也存在数据差异。基准站能够利用相关的数据链进行误差修正, 再由用户的客户端进行接收就能够最大限度上提高精度。

(2) 伪距差分。此项技术是适用范围、应用领域最广的一种, 当前来说, 几乎所有的用于商业用途的GPS接收机所采用的都是此种技术。其基本的工作原理就是基准站中的接收机计算出与卫星的距离, 通过对计算出的距离与含有误差的测量值进行相应的对比, 利用一定的数据公式计算出偏差, 再将卫星的误差测距传输给用户, 用户再根据误差来改正测量的距离, 最后用户利用伪距计算出自身所处的地理位置和精度。

(3) 载波相位差分。差分GPS能够进行实时的地理位置定位, 其定位精度能够精确到米, 这种定位能够基本满足水下勘测和定位导航的要求, 经过一段时间的发展和运用, 位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等等这些原来看似复杂的技术都已经开始大面积地应用于各个领域之中, 并且能够得到很好的使用效果。

而这里提到的载波相位差分技术的测量精度能够达到厘米级别, 即Real Time Kinematic, 简称RTK。 RTK技术通过实时处理两个监测站的载波相位进行三维坐标定位, 效果更好。

以上提到的几种技术比如位置差分、伪距差分等差分技术最核心的工作原理是一样的, 它们都是通过由基准站发送改正数、再由用户站进行测量结果改正来获得更加精确的定位结果。所不一样的是其所发送的具体内容不一样, 差分定位精度也就不一样。

六、差分GPS的发展及主要应用

1.差分GPS的发展。 GPS的实时差分动态定位在现代社会越来越多地被应用于各个领域, 这其中包含军事领域。此项技术从根本上改变了很多的东西, 比如现代战争的开展方式、战略战术的应用, 也开辟了很多的现代商业管理模式。

伪卫星增强的DGPS, 此项技术是误差补偿方法的一种, 能够很大程度上改善GPS定位的授时性能, 能够更大程度上精确用户的位置坐标。

2.差分GPS的广泛应用。差分GPS技术在房地产的实际测量工作中也广泛应用, 利用GPS技术直接放样, 进行面积测算, 此种技术的使用的好处是方便快捷, 通过GPS接收机中自带的软件就可以得到实际的面积测算结果, 省去了很多的繁杂工作, 最大限度地简化了工作流程, 节省了人工成本和时间成本。

此外差分GPS技术在城乡道路勘测设计方面、在林业领域中、在社会公共安全方面等与人们的生活息息相关的领域的应用都十分广泛, 对人们的生活和工作都产生了极大的影响。

总结: 差分GPS技术的发展是在人们对GPS技术不断的开拓创新过程中逐渐成长起来的, 随着人类社会的不断进步, 差分GPS技术会让GPS更加地精准, 更好地为人类的发展做出更大的贡献。

摘要：本文主要介绍了GPS系统的组成、原理及差分GPS技术, 并对差分定位技术按作用范围、基准站发送的信息方式进行了分类, 最后对GPS技术的发展与应用做了简要概述。

关键词：GPS定位技术,差分GPS技术,发展及应用

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, 2003.

[2]刘娣, 薄煜明, 陈益.伪卫星增强的差分GPS方法及关键技术研究[J].弹箭与制导学报, 2009 (02) :67-70.

GPS定位测试规范(试行) 篇2

鉴于车载终端产品在检验检测和产品测试过程中关于GPS定位性能和漂移特性目前还无统一的测试方法，经研发中心讨论，确定以下测试方法：

一、定位性能的测试

一）、静态测试：（样本3台）

1、在晴朗天气，选择位置相对开阔地，停车摆放好GPS天线位置（建议选择车后挡风玻璃下）；

2、测量终端的冷启动定位时间：指标要求(1)平均定位时间要求小于120s+60s=180s；（2）最长定位时间不得超过：1.5*180s=270s；超过270s认定终端定位不合格；

二）、动态测试

1、在天气晴朗的条件下，在地下车库停车超过8小时的终端；

2、从车辆驶出地下车库起开始计时，行驶路线选择较为开阔的路面；

3、终端的平均定位时间应小于180秒，最大不超过270秒；

4、超过270秒以上定位的终端判定为定位不合格；

二、漂移性能的测试（测试样本3台）：

经过总结，终端发生速度飘移多发生在由不定位到定位的这段区间，由此确定以下速度飘移测试方案：

一）开阔地带测试：

车辆在开阔路面上行驶，拔掉定位天线，待终端不定位后接上定位天线，观察终端GPS定位速度是否有漂移，反复插拔3次/台以上，做好数据记录。

二）隧道测试

车辆以正常速度行驶，通过隧道（以星光快速隧道为测试点），查看终端定位是否有漂移现象存在，反复进出隧道6次；

经上述测试无漂移现象，可默认为无漂移。

研发中心

GPS全球定位系统篇3

关键词：GPS全球定位系统；GPS导航；应用前景

1 GPS全球定位系统概述

GPS，又称为全球定位系统（Global Positioning System GPS），是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年3月完成其整体部署实现其全天候、高精度和全球的覆盖能力的全球卫星定位系统。现在，GPS与现代通信技术相结合，使得测定地球表面三维坐标的方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位与导航，极大地扩展了它的应用广度和深度。载波相位差分法GPS技术可以极大提高相对定位精度，在小范围内可以达到厘米级精度。此外，由于GPS测量技术对测点间的通视和几何图形等方面的要求比常规测量方法灵活、方便，已完全可以用来施测各种等级地控制网。GPS全站仪的发展在地形和土地测量以及各种工程、变形、地表沉陷监测中已经得到广泛应用，在精度、效率、成本等方面显示出巨大的优越性。

2 GPS的组成以及其用途

GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。

2.1 空间部分——GPS卫星星座

由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座记作（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。此外，还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星分布在地球的任何一个地方，任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位，解算精度的几何图像。

这就为监控地球外部的云层变化提供了方便，天气预报能更加及时、迅速地抓取到每一个时刻的天气变化，为人们的出行提供天气保障。GPS空间部分不仅仅为天气预报做准备，而且渗透在各个方面，人们对外太空的探索、了解地球等诸多方面都做出了不可限量的一部分。

2.2 地面控制部分——地面监控系统

地面控制部分由一个主控站、5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。

如此强大的地面监控系统为GPS定位做出了功不可没的贡献，当今世界GPS定位，深入在人们各个领域，腾讯QQ、微信、百度糯米等都应用了GPS技术，都依赖于其强大的技术为用户提供最便捷的服务。并且，人们也习惯了这样的推荐，爱上了这样的日子，好像手机知道自己去哪里，手机就是一个人工地图，再也不怕丢失在一个陌生的城市。

2.3 用户设备部分——GPS信号接收机

用户设备部分，即GPS信号接收机，其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于，更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前，各种类型的接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。

GPS信号接收机，使得在荒野的人们能找到自己的位置，对自己所处的地方进行大致的了解，这个为喜欢探险与未知地带的人们提供了方便，是户外探险必不可少的设备。同时，在军事方面，为士兵深入荒野作战提供了便捷等，它已经深入在全球各个领域。

3 GPS全球定位系统的应用前景

GPS全球定位系统的应用前景是无限的，而且会越来越好。无论是在人们的生活方面、国家的军事方面、天文方面、医疗方面等，其潜力是无可限量的。生活方面，百度地图、高德地图这些APP为人们进行导航，在陌生的地方寻求目标；驾车出游靠手机导航，寻求最近的路线，查看最新的路况，制定最佳的出行路线，近年来，汽车业的飞速发展，特别是私家车的日益普及，催生了GPS车载导航系统这一巨大市场；通过GPS确定对方的位置，让两个身处陌生地方的两个人能够确定对方的位置。军事方面，交战双方通过GPS对所在的地形进行了解，找到有利于本方的地理位置，找寻对方的根据地，深入敌方内部进行致命打击。天文学方面，了解未知的宇宙世界，对陌生的星球，通过GPS对星球的表面进行拍摄，通过拍摄到的图片让地球上的人对该星球进行探索。

4 结语

随着GPS技术的不断发展，未来，人们对GPS导航的需求已从最基本的行车导航、路口转弯提示等基础功能，向实时信息和增值服务等基于用户体验的功能转变。GPS卫星导航与无线通信技术相结合，如GPS接收机嵌入到手机移动电话、便携式PC、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中，从根本上促进IT技术的整体发展，已成为未来GPS技术发展的一个重要方向。手机等智能设备与GPS的融合是未来的一个重要发展方向。目前，国内外手机生产厂商都表现出对手机与GPS融合趋势的普遍认同，包括诺基亚、三星、索爱、摩托罗拉都发布了支持GPS导航功能的最新手机产品。同时，手机生产厂商们也把进一步加强手机的GPS导航功能，作为未来展开竞争的一个砝码。

参考文献：

[1]刘基余. GPS卫星导航定位原理與方法[M].北京：科学出版社，2003.

[2]刘基余，李征航.全球定位系统原理及其应用[M].北京：测绘出版社，1993.

[3]王惠南. GPS导航原理与应用[M].北京：科学出版社，2003.

[4]贾金玲.微型计算机原理与接口技术课程设计指导[M].重庆：重庆大学出版社，2001.

[5]潘永雄.新编单片机原理与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

GPS电子定位导航系统篇4

目前,GPS全球定位系统已经得到广泛的应用,在很多领域都可以看见G P S系统的应用。但是这些常见的产品都是经过封装和测试,并组装成一体机的最终产品。这样的产品可以满足其市场定位时设定的功能需求,但是,这样的成型的产品并不适合自行研发的自动化系统:一、这样的系统一般封装程度比较高,无法将上位机系统和下位机系统简单分离,无法将GPS定位模块与PCB板和控制模块简单分离,这样就使得自行研发的系统不能简单使用市场上现有的产品实现其功能;二、由于现有产品都是集成了上位机系统并进行了封装,这样使得其现有产品的价格包含了上位机系统和电子地图部分,这样会使整个自行设计的系统成本提高。基于以上理由,需要设计了一套符合系统需求的GPS电子定位导航系统。

2 系统需求分析与总体设计

GPS系统原名全球卫星定位系统,顾名思义其最主要的功能是定位,由此功能而衍生的其他应用和功能也已经为人们所熟知,比如导航功能,现在汽车上应用GPS导航产品已经非常常见,而该GPS定位系统现在只需要基本的定位和导航功能。虽然只有两个最基本的功能,但是对其定位精度要求是在1 0 m以内。

该G P S电子定位导航系统是要嵌入其他自动化系统中的,所以,整个系统虽然也分上位机系统和下位机系统,但是下位机系统要求体积比较小并且容易安装和调试。整个系统组成框图如图1所示:

3 系统硬件设计

3.1 单片机控制器模块

本系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片,STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、PCA、看门狗、片内R/C振荡器和外部振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机[1]几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块,可称得上一个片上系统。最小系统电路如图2所示:

3.2 GPS卫星定位器

该系统采用GS-87卫星定位模块[2]进行定位。数据帧信息包括:模块定位状态(A表示已定位,V表示未定位),模块所在地的经纬度信息。该模块采用外置天线,体积小,6个引脚,容易集成在电路中。正常工作时,采用4.3V电压供电,通过单片机串口2(P1.2和P1.3管脚连接GPS模块的TXD和RXD管脚)读取GPS数据信息。设置波特率为9600,并通过单片机串口1(P3.0和P3.1管脚)将数据发送至控制中心的上位机。控制中心上位机部分借助电子地图,显示当时的定位点,并能够指出相应的到达路径。GS-87卫星定位模块外围电路如图3所示。

4 系统软件设计

4.1 软件需求分析

本系统的上位机亦即软件部分主要功能包括:

1.接收并处理从下位机上传的数据。

2.利用SQL Server 2005软件和Visual Studio2008软件,将处理完的存入数据库,并在需要的时候,按一定的存取逻辑,将数据库中的数据取出。

3.通过Google Map API实现电子地图功能。

4.实现定位和导航功能。

根据以上所列功能,可以确定上位机软件分为三个部分:一、数据库部分;二、电子地图网页部分;三、Win Form程序部分。

4.2 数据库设计

数据库软件使用SQL Server 2005。根据已知的需求,建立2个第三范式数据库表,Setting表和GPS表。Setting表记录各种基础信息,这些信息一般一旦建立就不再更改,而且数据表也很少发生变动。G P S表记录GPS信息,此表字段要少于setting表字段,但是数据表记录会经常增加,致使数据表大小发生改变。这两个表的建立字段如图4和图5所示:

4.3 电子地图网页程序设计

电子地图选用Google Map API V2版本[3]。在电子地图网页的脚本元素中加入load()函数,具体代码如下:

在这个函数里,需要加入了3个G M a p控件和双击和滚轮改变大小,并且用set Center方法初始化地图。

在函数的最后,加入了单击和右击事件以实现特定的功能。当右击电子地图时,会判断右键点击的是不是标注点,若是标注点就弹出右键菜单,否则不做任何反应。当左键点击电子地图时,鼠标点击处的经纬度信息传回W i n F o r m程序,并在Win Form程序中显示出来。

接下来,就要实现导航和标注这两个功能。首先在脚本里添加2个基本功能函数,Add Marker()和Navigate()。Add Marker函数中最重要的脚本语句是var marker=new GMarker(point,myicon)和map.add Overlay(marker)。第一句是建立标注对象,地二句是将标注显示在电子地图上。Navigate函数最重要的脚本语句是

var directions=new GDirections(map)和directions.load("from:"+lat1+","+lng1+"to:"+lat2+","+lng2)。第一句是建立导航类对象,第二句根据传入参数进行导航。网页中还有一个功能是信息框功能,其中脚本语句是map.open Info Window Html(point,tabs)这条语句的功能是在指定点打开信息框。

这三个函数是基本功能函数,其他需要的功能都是在这些基本功能的基础上进行开发的。

4.4 Win Form程序设计

在W i n F o r m程序中,需要考虑预期的所有功能的具体实现和整个软件界面的布局等等。

从功能上来说,首先要实现从数据库中读取数据。为此,编写一个读取数据库的函数data Select函数[4],程序代码如下:

在这个程序中,主要查询的数据库表就是前面数据库设计中建立的GPS表,各种查询的最终目的就是通过各种查询逻辑将符合要求的GPS经纬度信息查询出来,并在电子地图上标注出来。

这时,就需要上文提到的Add Marker()函数了,通过调用这个函数,可以在电子地图上任意经纬度点实现标注。而另一个主要功能就是导航,这里要实现的导航非常简单,就是从一个固定点到另一个标注点之间的导航。可以将上文提到的导航函数Navigate()中的一个点的经纬度固定,另一个点的经纬度进行赋值,这样就可以实现预期的功能了。除此以外,还需要对每一个标注点的基本信息进行说明,要实现这个功能,需要上文说到的信息框函数,利用这个函数,可以在电子地图的任意标注点上打开一个信息框,并且在信息框中显示标注点要显示的各种相关信息。

在这里需要注意的是,要实现上述所有的功能,即在W i n F o r m程序中直接控制网页中的脚本函数,那么需要在窗口构造函数中加入一条语句:_b r o w s e r.Object For Scripting=this,这样才能将网页中的脚本与Win Form中的程序连接起来,以实现预期的功能,否则,网页中的脚本不会响应Winform中的事件和函数。

4.5 程序界面及验证测试

整个程序完成后,默认的程序打开界面如图6示。

在此程序界面中,主要的功能是通过在数据库中检索出所查点的经纬度信息,并将这些点标注在电子地图上,如图7所示。并且,可以右击某一标注点,打开右键菜单,如图7所示。

在右键菜单中,选择点击菜单中的功能,即可实现某一功能。若点击导航功能,就可以得到一条导航的路线,如图8所示。还可以在右键菜单中选择显示点信息,或者直接点击标注点,这样就可以得到关于这个标注点的信息框,如图8所示。

这样,就实现了预期的电子地图的功能,即标注与导航。但为了测试其定位准确性,我们使用达恒公司Pro Mark_200型号的专业GPS测量仪进行验证测试。这款测量仪的实时精度随使用模式的不同而不同,精度范围为1cm~50cm。通过使用测量仪进行实测,并且与现有的电子地图进行比对发现,此电子地图的精度在3~8m左右,符合我们预期的设计指标。

5 结束语

这个系统只是一个简单的实例,如果在实际的应用中若有其他的功能上的需求可以在这个系统的基础上进行功能上的扩充和性能上的改进。而且这个系统也可以根据需要,预留出一些接口并将上位机软件的功能封装成DLL文件,与某些大型的自动化系统相集成,以达到本系统研发的初衷和目的。

摘要：首先对GPS电子定位导航系统进行了总体结构设计,然后分别从上位机和下位机的角度对系统进行分析和设计。在下位机的设计中,包括STC单片机的使用,GPS定位模块的选择,单片机接口的设计等.在上位机设计中,包括数据库设计,Google Map开发,Javascript代码编写,C#语言编程,以及Visual Studio 2008的使用等.最后得到一个可以与其他系统相集成的GPS电子定位导航系统。

关键词：GPS,单片机,C#,Visual Studio 2008,Google Map

参考文献

[1]蔡美琴,张为民,何金儿等.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].2版.北京:高等教育出版社,2004.

[2]王建敏,王天文.多模块GPS系统集成应用及精度分析[J].辽宁工程技术大学学报,2011,(1):46-49.

[3]江宽,龚小鹏.Google API开发详解:Google Maps与Google Earth双剑合璧(第2版)[M].电子工业出版社,2010.

GPS手机的定位功能分析篇5

1、联想ET860手机

2008年4月2日，联想智能导航新品ET860今日在经销商“北京爱玛联想手机专卖店”的最新报价为3180元，相比其上市价大跌了400元，其配件包括：双电、单充、耳机、数据线，另外还随机赠送2G存储卡

一张以及大礼包一个，其中包括座充，车充和车架，可以说相当实惠。

图为：联想ET860手机手机中国行情报道（2008年4月2日）

手机型号

参考价格

硬件系统

操作系统联想ET860 3180元 TI OMAP 850，主频 200MHz Windows Mobile 6

屏幕色彩:65K色彩屏主屏尺寸:2.8英寸屏幕材质:TFT 主屏参

屏幕

数:240×320像素触摸屏:支持

摄像头视频拍摄:有声视频拍摄拍照功能描述:传感器类型：CMOS 摄像

头像素:200万像素

内存容量

存储卡

无线数据

GPS功能

其它参数 256MB ROM，64MB RAM 支持microSD卡扩展 GPRS、EDGE 双向GPS追踪功能 MSN、金山词霸、移动炒股、Google搜索

我们使用GPS测试软件“BeeLineGPS”来测试两款手机的GPS定位速度。在公司楼下空旷地带，使用两款手机进行卫星定位，结果联想ET860以绝对优势胜出。ET860历时4分57秒成功定位，并搜到10颗以上的可用卫星；而多普达P860用了近6分多钟才定位成功，差距非常明显。

GPS功能：

这款手机采用了德州仪器ARM926T OMAP850处理器，实际频率200MHz，内置SiRF III接收芯片，最多接收卫星的数量可达到12颗，定位误差可以确保在15米之内，其强大的搜索能力更能在60秒内迅速定位。

这款手机内置GPS的不足部分，首先机器处理速度略显迟钝，尤其启动GPS和查询目的地的时候，也许这和天行者6信息资料多有一定关系，但是计算路径时间需要30秒以上确实会让人容易上火。还有定位时间也是这款内置GPS不足的地方，虽然定位速度很快，但是寻星速度却稍显慢，希望以后有待改进。

比肩旗舰P860 多普达GPS强机P660

P660在导航功能的易用性，和软件功能的完善上有较大的提高。因为其中端定位，在处理器、和拍摄功能不是其强项，操作系统也没有采用最新的Windows Mobile 6.1，其他功能都很主流。对GPS应用感兴趣的网友可以关注一下这款功能强大的Windows Mobile智能手机上市情况。

P660 详细参数如下：

·操作平台： Microsoft Windows Mobile 6 Professional

·尺寸： 58.3mm(W)x108mm(L)x15.7mm(T)

·重量： 122g(含电池)

·CPU： TI OMAP 850；201MHz

·内存： 256MB ROM，128MB RAM

·显示： 2.8” 防眩彩色TFT LCD，带LED背光，QVGA触摸屏

·摄像头： 200万像素CMOS，带微距

·音频输出：内置扬声器，支持免提

·GPS特性: 内置GPS天线，符合NMEA 0183标准协议

·接口：蓝牙2.0 EDR；MiniUSB；GPS外接天线接口；6针扩展接口

·扩展：支持MicroSD卡

·电池： 1100mAh

·网络： GSM/GPRS/增强GPRS, 900/1800/1900Mhz

·待机时间： 130小时

·通话时间： 5小时

GPS功能：

天行者功能配置都非常专业，这样一来带给普通用户的使用方面就显得有些困难，易用性要逊色一些。笔者经过测试，启动软件之后，经过不到两分钟左右时间便可以搜索到近10颗卫星，但是定位的时间比较长，大约需要近5分钟。

中端智能导航之王诺基亚

6110N

图为：诺基亚6110N手机

超级猛 8G版诺基亚N9

58G版诺基亚N95在普通版基础上将屏幕提升至了顶级的2.8英寸，同时500万像素“卡尔蔡司”镜头的表现依旧强劲。另外，完善的多媒体以及强大的GPS导航功能同样值得称道，如今港行4590元的价格已经相当厚道，喜欢的朋友不要错过。

图为：诺基亚N95 8G版手机中国行情报道（2008年4月2日）

手机型号

新型定位技术信号比GPS强百万倍篇6

澳大利亚Locata公司的联合创始人兼CEO努齐奥·甘贝尔称：“对于未来的定位系统行业来说，这是最重要的技术之一。”

Locata使用了地面设备而非卫星，在局部区域来投射出比GPS强100万倍的无线电信号。该项目研究人员声称，Locata还可以在室内使用，其接收器能够被嵌于普通手机之中。

GPS在室内环境及大城市中的使用情况并不理想：高耸的混凝土建筑让接受信号变得困难，密集的道路和行人网络意味着准确性是个问题。对比之下，Locata已经拥有了在任何轴线上18cm的准确性，该系统采用地面广播设备取代卫星，向局部区域发射导航信号。其信号强度是GPS卫星信号的100万倍，理论定位精度可达6cm，Locata公司更声称在日后将把这一数字缩小到5cm，并使其具有快速启动能力。

但是，该技术目前仍处于初期阶段，想要取代GPS还需要一些时间和努力。但该技术还有可能会和GPS联合建立一个混合系统，把两者的优势结合在一起。

澳大利亚的Locata公司为美国空军研制的Locata网络定位系统在新墨西哥州白沙靶场进行了实地测试。测试结果表明该系统可在GPS拒止情况下满足军用导航定位需求。（本报综合）

GPS精密单点定位静态精度分析篇7

精密单点定位技术（Precise point positioning;PPP）只需要利用单台GPS双频双码接收器就能够在全世界范围实现mm-cm等级的静态定位与cm-dm级的动态定位。与以往的精密相对定位具有一定局限性的情况下，PPP技术能够充分利用IGSS (International GNSS Service）的数据产品可以直接获取载体的精确坐标。随着我国科学技术的不断发展，我国的航空测量、海洋测量等领域已经广泛使用到精密单点定位技术。目前，我国对该技术仍然处于精密定位的热点，并且在全球范围内已经获得了一定的成就。

1 双频精密单点定位数学模型

1.1 观测方程

就全球范围来看，国内外有关专家学者经过长时间的研究与发展，已经总结出多个双频精密单点定位观测模型。其主要类别有非差性模型、UfC模型、phase-connect-ed模型等。

非差性定位模型能够将所有的观测值信息进行全面的利用。但是精密单点定位在非差性模型下比双差定位模型更加复杂，其除了需要对参数解算策略进行考虑之外，还要对误差更正模型进行各项复杂的考虑。非差性定位模型与双差定位模型存在一定的差异性，其在利用站间差或星间差消除误差中有一定的局限性[1]。例如其对于流层、电离层、卫星中差的影响等。本文就非差性无电离层组合模型为例，研究其观测方程式：

在公式中，lp、l准为无电离层组合伪距以及载波相位观测量。ρ就是卫星到单台接收器的几何距离。dt为接收机钟差。M为映射函数。dzwd为对流层天顶延迟湿分量。N为无电离层组合模糊度。εp为组合观测量对应的观测噪声。ε准为其他为纠正的误差。

1.2 数据预处理

数据预处理的主要目的就是对数据中所出现的粗差以及周跳进行探测。若出现粗差的数据就及时进行剔除，对于出现周跳现象的就尽可能进行修复。由于对周跳进行修复的难度较高，一般软件中往往只标记出周跳出现的位置，再在进行参数估计时增加模糊度参数。数据预处理的质量高低与参数估计的质量之间存在十分紧密的联系[2]。目前，对周跳进行探测的方式还存在一定的缺陷，无法彻底探测出所有的周跳与粗差，所以在进行参数估计时需要加强对其的质量控制。

1.3 误差改正

在对精密单点定位中对于误差的改正主要可以分为两种方法： (1) 对于模型能够将误差进行精确表现的误差源，一般使用模型进行处理。例如由于卫星的态势所引起的误差、地球形变等。 (2) 对于模型无法将其误差源无法进行明确表现的，例如对流层延迟湿分量等。在模型没有误差的基础上精密单点定位的精准程度与IGS的精密星历、精密钟差呈现正比例关系。精密单位定点所实现的坐标也是有其星历、钟差所构建的ITRF模式下的绝对位置。由此可见，需要提高精密单点的精度程度，就应该保持精密单点定位中所有的误差模型要与IGS产品的模型保证其一致度，否则就会造成精密单点定位不精确等后果。

2 解算策略

使用具有静态、动态双频精密单点定位处理能力的GPS-PPP软件。

2.1 待估参数

在精密单点定位中的待估参数分别有接收机钟差、对流层天顶延迟湿分量、接收机位置、组合模糊度四种。其中接收机钟差以及对流层天顶延迟湿分量是进行随机参数处理，接收机位置以及模糊度都能够被当做常量处理。需要特别指出的是，模糊度在静态时是处于常量，但是动态时即为随机参数处理。

2.2 参数估计

在对参数进行估计的过程中，由于周跳现象的发生以及卫星随时发生的变化就会导致准确参数存在一定的浮动性。使用GPS-PPP软件中的扩展kalman滤波、平方根信息滤波以及平滑算法等。

2.3 解算流程

GPS-PPP软件在处理精密单点定位数据的解算流程主要有数据输入、数据预处理、误差修正、参数估计等几个步骤。

3 定位结果与精度分析

3.1 数据准备

将全球的15个IGS观测站中2008-8-01至2008-8-15中的观测数据为资料，使用GPS-PPP软件对数据资料进行定位分析。

3.2 分析方案

利用GPS-PPP软件对数据进行独立静态定位解算。每一个监测站能够得出15个检测结果，将得出的结果与“真值”进行比较，进而得出N、E、U三个方向上15个观测站的RMS与MAX值。

3.3 静态试验

通过对全球的监测站资料进行分析后发现（详情见表1与表2），在N、E方向上的RMS精度都小于10mm, MAX小于15mm。在U方向观测情况中，绝大多数的MAX值都保持在30mm以内。由此可以发现，绝大多数的观测站N、E方向上的RMS都保持在15mm之内，MAX值保持在25mm之内[3]。U方向上的RMS值保持在25mm之内，MAX值保持在35mm之内。从以上数据可以看出，利用双频精密单点定位能够在全世界区域内使用1day观测实现20-35mm之间的静态定位。

4 结束语

精密单点定位能够使用单频或者双频接收器对观测值进行接收。使用双频接收机能够较单频接收机更为优质的接收数据。通过试验结果可以明确，目前所推广实行的参数估计方法可以被当做一种递推估计法，协方差矩阵所得出的参数估值往往存在一定误差，可能会高于世纪参数精度。并且，GPS-PPP软件能够实现cm等级的静态定位。

摘要：随着我国社会经济不断发展, 人民群众的生活水平不断提高, 科学技术的发展也逐渐应用到各行各业的各领域中。企业在激烈的市场竞争中也迎来了新的挑战与发展机遇。其中, 在我国的GPS领域中, 精密单点的定位是一个受到广泛关注的热点。本文从双频精密单点定位数学模型入手, 研究其一系列的解算策略, 具体对定位结果与精度进行分析。通过对静态精度定位分析, 总结出科学的结论, 为工程实际应用提供准确的资料与参考。

关键词：GPS,精密单点定位,精度分析

参考文献

[1]叶世榕.GPS非差相位精密单点定位理论与实现[D][博士论文].武汉:武汉大学, 2011:2-6.

[2]楼益栋, 刘万科, 张小红.GPS卫星星历的精度分析[J].测绘信息与工程, 2008, 28 (6) :4-6.

浅谈GPS卫星定位的误差篇8

但是,不可避免的,GPS卫星定位测量仍然存在着测量误差,影响其定位精度因素分为以下四大类:与GPS卫星有关的因素、与传播路径有关的因素、与观测接收设备有关的因素以及其它因素。

1 与GPS卫星有关的因素

1.1 星历误差

在进行GPS定位时,计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的,但不论采用哪种类型的星历,所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异,这就是所谓的星历误差。星历误差是GPS测量的重要误差来源。

消除星历误差的方法主要有:①建立卫星观测网独立定位法。这对于保证定位的可靠性和精度都是至关重要的措施。如果跟踪站的数量和分布选择得当,实测星历有可能达到10-7的精度,这对提高精密定位的精度将起着显著作用。②相对定位差分技术法。因为星历误差对相对不太远的两个测站的影响基本相同,采用接收机间的一次差分观测值可消除卫星星历误差的影响。③轨道松弛法。所谓轨道松弛法,就是在平差模型中引入表达卫星位置的附加参数,通过平差求得测站位置和轨道改正数,从而改善轨道精度。不过这种方法不适合范围较小的测区,计算过程较复杂,不宜在作业单位普遍推广。

1.2 卫星钟差

卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间的误差。卫星钟有偏差和漂移,差1ms,相当于300km。

消除方法:使用同步观测相对定位方法。

1.3 卫星信号发射天线相位中心偏差

卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。

2 与传播路径有关的因素

2.1 离层延迟

由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应,使得GPS信号的传播速度发生变化,这种变化称为电离层延迟。电离层折射误差与频率、时间及地点等因素均有密切相关。对GPS卫星频率来说,对测距的影响一般在50～100m[1]内变化。可见它对测量精度影响是不可忽略的,必须采取有效的措施来削弱它的影响。

对于电离层时延改正,双频接收机和单频接收机应采用的方法是不同的:①单频接收机,采用电离层模型来补偿它的影响。其基本思想是假定把整个电离层压缩到等效高度为H的一个单层L上,用该层代表整个电离层。②对双频接收机码相位测量或载波相位测量,由于电离层对L1和L2频率有色散作用,故可利用两个频率的相位观测值求出免受电离层折射影响的相位观测值。

2.2 对流层延迟

对于地球周围的对流层对电磁波的折射效应,使得GPS信号的传播速度发生变化,这种变化称为对流层延迟。对流层折射率与大气压力、温度和湿度密切相关。由于大气的对流作用很强,大气状态变化复杂,所以大气折射率的变化及其影响比较复杂。

减弱对流层折射的措施主要有:采用对流层模型加以改正;引入描述对流层影响的附加待估参数,在数据处理中一并求得;利用同步观测值求差;利用水气辐射计直接测定信号传播的影响。此法求得的对流层折射湿分量的精度可优于1cm。

2.3 多路径效应

由于接收机周围环境的影响,测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线,使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响,这就是所谓的多路径效应。多路径效应是GPS测量中的一种重要的误差来源,它严重影响GPS测量的精度。反射物可以是地面、山坡、高层建筑等。由于反射波一部分能量被反射面吸收,GPS接收天线为右旋圆极化结构,也能抑制反射波,因此反射波除了存在相位延迟外,信号强度一般也会减少。

目前减弱多路径误差的方法有:选择合适的站址;测站应远离大面积平静的水面,不宜选择在山坡、山谷和盆地中,应尽量远离高层建筑物;在天线中设置抑径板,接收机天线对于极化特性不同的反射信号应有较强的抑制作用。

3 与观测接收设备有关的因素

3.1 接收机钟差

接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与GPS标准时之间的差异。

减弱接收机钟差的方法有:①把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数,在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。②把各观测时刻的接收机钟差间作相关处理,将接收机钟差表示为时间多项式,并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。③通过卫星间求一次差来消除接收机的钟误差。

3.2 接收机天线相位中心偏差

接收机天线相位中心偏差是GPS接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。

在实际工作中若使用同一类天线,在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星,可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。但这时各测站的天线均应按天线附有的方位标进行定向,使之根据罗盘指向磁北极。

3.3 接收机软件和硬件造成的误差

在进行GPS定位时,定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。

3.4 天线相对旋转产生的相位增加效应

4 其它误差

4.1 GPS控制部分人为或计算机造成的影响

由于GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。

4.2 数据处理软件的影响

数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。

4.3 固体潮、极潮和海水负荷的影响

4.4 相对论效应。

卫星钟和地面钟由于存在相对运动,从地面观测,卫星钟走得慢,影响电磁波传播时间的测定。

结论

因为在GPS测量中受以上各种误差的影响,所以我们在实际工作中要严格按照测量规程的要求进行操作,尽量减弱各种误差的影响。又因为高精度GPS仪器设备较昂贵,一般的单位或部门很难承受,所以建议对从事一般测量的单位来说选用一般精度的GPS仪器或用传统测量仪器即可;对于承接高精度精密定位的较大单位就要用高精度的GPS仪器,以保证测量成果精度满足要求。

参考文献

[1]孔祥元,梅是义.控制测量学上册(第二版) [M]]武汉大学出版社,2002.2.

[2]付水旺.浅谈GPS测量与误差分析[J].世界采矿快报,2000.16(10/11):406-407.

GPS精密单点定位原理及应用篇9

一、精密单点定位的原理及数学模型

精密单点定位技术(Precise Point Positioning,PPP)最早由美国喷气推进实验室(JPL)的Zum berge年提出，当时这一非差定位技术采用JPL自行研发的GIPSY软件可达到亚米级精度。随着精密星历和钟差成果精度的提高以及对流层延迟和电离层延迟改正模型的完善，单点定位的精度也有了显著提高。其观测方程如下:

其中PIF、IF为伪距和载波相位观测值;ρ为几何距离;d T为卫星钟差;dtrop为对流层延迟误差;f1、f2为载波频率;N1、N2为整周模糊度;dino,i为电离层延迟误差;有εPIF、εIF为观测噪声。

除了常规的探测和修复周跳外，要实现分米级甚至厘米级的精密单点定位，高精度的卫星星历和钟差成果以及完善的大气延迟改正模型都是不可或缺的。

二、精密星历和钟差改正

近来年随着各国对卫星导航定位研究的投入以及卫星轨道计算数学模型的逐步完善，国际GPS服务组织IGS将遍布全球的GPS跟踪站的卫星观测数据综合并分析，向全球免费提供不同精度、间隔的精密星历和钟差成果。精密星历和钟差成果精度都有了显著的提高，具体见表1。

其中快速星历及钟差成果和最终星历及钟差成果是精密单点定位数据处理中最常使用的两种成果，其精度达到了厘米级和亚纳秒级，有效地消除了因为轨道误差和卫星钟差对精密单点定位的影响。

三、对流层延迟改正

利用双频观测值组合法可以较好得消除电离层延迟产生的误差，而对于对流层延迟误差只能依靠对流层改正模型和参数估计法来消除。目前国际上常用的改正模型分为:Saastamoinen、Hopfield以及Black改正模型，其中Saastamoinen被公认效果最好的模型，由于篇幅限制，在此就不做详细介绍。对流程延迟改正分为干延迟改正和湿延迟改正，包括了天顶延迟改正模型和映射函数两部分，如下:

dtrop为对流层延迟，dz,dry为天顶方向干分量延迟，Mdry(E)为相应的干分量投影函数，dz,wet为天顶方向湿分量延迟，Mwet(E)为相应的湿分量投影函数。

而在参数估计法中，利用模型改正后，湿延迟改正部分的残余影响还比较大。精密单点定位解算时，通常利用参数估计的方法将对流层湿分量的残余影响当作一个参数进行估计。两种改正方法能够达到的精度相当，但是在收敛速度上有所差异。

四、工程实例

本文采用的实例位于北方植被稀少地势平缓地区，收集2009年某工程GPS静态定位数据5个，观测时间都在3个小时以上，采用GAMIT软件进行精密单点定位解算。其中SS26号单点定位收敛情况见图1。

由图1可见，定位结果在1小时左右收敛，并且收敛后N、E、H分量的误差都在2分米以内。将5个GPS静态定位数据进行静态差分定位解算，并将单点定位成果通过七参数转换到地方网格坐标，将两者进行较差，结果见表2。

由表2可见，各个点位的静态差分成果和单点定位成果的差值大多数都在2分米以内。但是SS28号点除外，X方向较差达到4分米。

五、结语

根据实例计算结果以及GPS数据观测的情况得出以下结论:

第一，精密单点定位成果的收敛情况决定精密单点定位无法替代快速静态定位，并且在目前无法实现高精度的GPS定位。

第二，精密单点定位基本能够满足1:2000比例尺地形图控制的精度要求，适用于长输管道等线路的控制测量。但对于大比例尺地形图的控制测量，该精度还无法满足。

第三，SS28号点位附近有部分树木遮挡，导致能跟踪的卫星颗数相对较少，卫星图形较差并且容易发生周跳现象。因此精密单点定位卫星观测必须选择附近基本无遮挡的位置。

第四，在遮挡较多地区定位精度的不理想造成了精密单点定位应用的局限性。但随着北斗和伽利略卫星定位系统的形成，精密单点定位将会在工程应用中占有一席之地。

摘要：精密单点定位采用精密星历和卫星钟差产品利用双频观测值组合方法以及对流层延迟模型改正等方法消除非差模型中的主要误差,为无基站单台双频GPS接收机作业提供了可能,将颠覆GPS测量的传统作业模式。

关键词：精密单点定位,精密星历,钟差改正,对流层延迟模型

参考文献

[1].J.F.Zumberge,M.B.Heflin,D.C.Jefferson,M.M.Watkins,and F.H.Webb.Precise point positio2ning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks[J].Journal of Geophysical Research,1997

[2].李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社,2005

GPS盲区三维定位技术的研究篇10

由于GPS技术的局限性,实现室内、地下等有遮蔽场所(盲区)的目标定位比较困难,更无法满足盲区内移动目标的三维坐标定位的要求。为了正确可靠地对移动目标进行精确定位,定位系统必须为整个系统提供足够精确、可靠的位置和速度等信息。见图1所示。

目前,定位系统已经从单一传感器类型系统发展到组合定位系统,将多种类型的传感器进行优化配置、性能互补,使系统的精度和可靠性都有很大的提高。在开发研究GPS盲区内的三维定位终端项目中,为了提高定位系统精度和速度,采用无线自组网技术进行终端间的信息数据传输和基于加速度传感器的定位算法,使系统精度达到对室内移动目标定位累计误差小于5%。定位信息是预报和处置突发事件最基础的重要数据,GPS盲区的三维定位技术就能满足此方面的需求。

1 惯性导航定位技术和GPS的定位技术

1.1 惯性导航定位技术

惯性仪表主要指陀螺仪、加速度仪和陀螺仪与加速度仪的组合装置等,它们是惯性系统的重要组成部件。陀螺仪用来检测运动载体在惯性空间中的角运动,加速度计用来检测运动载体在惯性空间中的线运动。根据测量数据和运动微分方程组实时地、精确地解算出运动载体的位置、速度和姿态角。惯性导航系统分为平台式惯性导航系统(INS)和捷联式惯性导航系统(SINS)。

(1) 陀螺仪

转子陀螺仪的运动特性与一般刚体的根本区别在于转子旋转产生的角动量,这种陀螺仪服从牛顿力学。随着激光技术的发展,建立在全新测量原理上的另一类陀螺已发展起来,这就是光学陀螺,这类陀螺服从量子力学。

(2) 加速度仪

加速度计实际是一个对作用在物体上的力的传感器。惯导系统要求的是要感觉出造成物体在地球坐标系中的运动的力,然而实际作用在物体上的力不那么单纯,为此要引入比力的概念。

比力定义为作用在单位质量上惯性力与万有引力的矢量和,相应的定义式为:f=a-G。其中,a为质量块相对惯性运动的加速度(m/s2),G为万有引力加速度(m/s2)。

在惯性导航系统中,加速度计安装在运载体内某一测量坐标系p中(如平台式导系统的平台坐标系,捷联式导系统的载体坐标系),假设测量坐标系p相对地球坐标系e的转动角速率矢量为ω $_{e p}^{p}$ ,经推导,p系中加速度计所敏感的比力矢量fp满足比力方程。

$f^{p} = \bar{V}_{e p}^{p} + (2 ω_{i e}^{p} + ω_{e p}^{p}) \times V_{e p}^{p} - g^{p}$ (1)

式中, $\bar{V}$ $_{e p}^{p}$ 为p系中运载体相对地球的加速度矢量;ω $_{e p}^{p}$ ×V $_{e p}^{p}$ 为p系中p系相对e系统相对系转动所引起的向心加速度;2ω $_{i e}^{p}$ ×Vpep为p系中运载体相对地球的速度V $_{e p}^{p}$ 与牵连转动角速率ω $_{i e}^{p}$ 的相互影响形成的加速度矢量,运动学将它称为哥力奥利(Coriolis)加速度或哥氏加速度;gp为p系中地球的重力加速度矢量。

比力方程是惯导系统的一个基本方程,它反映加速度计所敏感到的比力fp与运载体相对地球运动的加速度 $\bar{V}$ $_{e p}^{p}$ 之间的矢量关系。因此,由加速度 $\bar{V}$ $_{e p}^{p}$ 对时间的一次积分,可以得到运载体在p系中的速度V $_{e p}^{p}$ ;由速度V $_{e p}^{p}$ 对时间的一次积分,可以得到运载体在p系中的位置rp。

平台坐标系如图2所示。

1.2 GPS的定位技术

GPS的定位原理,是人造卫星围绕地球运转时,卫星位置作为已知值,向地球表面发射经过编码的无线电信号,编码中包含卫星信号准确的发送时间,以及不同的时间,卫星在空间的准确位置。当载于海陆空运载体上的卫星导航接收机在接收到卫星发出的无线电信号时,如果接收机有与卫星钟准确同步的时钟,便能得到信号的到达时间,从而能计算出信号在空间传播的时间。用这个传播时间乘以信号的传播速度,便能求出接收机与卫星之间的距离R。 $R = \sqrt{(x_{1} - x)^{2} + (y_{1} - y)^{2} + (z_{1} - z)^{2}}$ (2)

式中,R为卫星与接收机之间的距离;(x1,y1,z1)为表示卫星位置的三维坐标值,(x,y,z)为表示接收机位置的三维坐标值;其中(x1,y1,z1)和(x,y,z)是已知量和未知量。

如果接收机能接收到三颗卫星的数据,便能写出三个这样的方程式,把这三个方程式联立起来,便能解出接收机的三个未知数,从而定出接收机的位置。

实际上,因为接收机一般不可能有十分准确的时钟,所以由它计算出的卫星信号在空间的传播时间是不精准的,因而测出的距离也不精准,这样计算出的距离叫做伪距(PR)。但接收机在接收卫星信号时,接收机的时钟与卫星导航系统所用时钟的时间差是一个定值,假设为△t,那么上述公式就要改写成:

$R = \sqrt{(x_{1} - x)^{2} + (y_{1} - y)^{2} + (z_{1} - z)^{2}} + △ t \times c$ (3)

式中,c是电波传播速度(光速);△t也是个未知数。

因而接收机至少能测出距四颗卫星的伪距,便能写出四个这样的方程式,把这四个方程式联立起来,从而求出接收机时钟的偏差,并同时计算出接收机的位置。

2 一般组合定位模型

2.1 组合的原因

惯性导航系统INS是一种隐蔽性好、不怕干扰、自主式、可全球运行的系统,但随时间推移定位误差会不断积累。全球定位系统GPS 从一开始就备受人们关注,GPS能为海陆空的用户提供全时间、全天候连续地精确的三维位置、速度和时间信息,但GPS却存在易受电子干扰影响、信号可能被遮挡的缺点。可以看到,将惯性导航系统INS的短期高性能特性和全球定位系统GPS长期高精度性能特性有机结合起来,就能充分利用各系统的特性,提高定位精度和可靠性,并进一步扩大使用范围。

2.2 组合原理

惯性导航系统INS和全球定位系统GPS组合定位系统的实质, 就是将惯性导航系统INS和全球定位系统GPS两个定位子系统所测量的数据信息进行优化。即利用惯性导航系统和GPS接收机等作为多源信息, 根据这些多源信息计算出关于定位最优估计量。图3是INS/GPS组合导航系统的工作原理。

可以看到,多源信息的组合设计中,算法是整个组合系统的核心部分。组合定位系统用于实时地估计系统的误差状态,然后依据某种意义上算法估计出控制值,对组合定位系统进行修正,从而提高组合定位系统的定位精度。

3 引入步长模型与运动分类的算法研究

利用速度和方向测量实现位置信息的推算的方法如下:N为导航坐标系,yox为移动目标坐标系,传感器对目标的速度和方向信息的计算是在物理坐标系完成的,而具体位置计算是在导航坐标系,这样可以得到状态方程如下:

见图4所示,其中θ是N轴与Y轴的夹角,(n,e)是导航坐标系的北向和东向分量,(u,v)是物理坐标系中两个速度分量。

由于传感器获得瞬时加速度数据影响到最终结果,所以通过建立走与跑两种运动状态模型,以便获得最佳原始数据。

WALK参数模型:

Lwalk=αwalk·f+βwalk·v+γwalk (5)

f>fthresholdv>vthreshold (6)

RUN参数模型:

Lrun=αrun·f+βrun·v+γrun (7)

f≤fthresholdv≤vthreshold (8)

其中,f=1/ts为步频;fthreshold=1/tthreshold为区分走与跑两种运动状态的步频阈值;v为一步之内加速度的方差;vthreshold为区分走与跑两种运动状态的一步之内加速度方差阈值;αwalk、βwalk、γwalk、αrun、βrun、γrun为模型参数,通过模型标定过程辨识得到。

当接收机进入GPS信号的盲区时,开始利用DR算法对定位信息进行修正。接收机可以得到进入盲区前k-1时刻的速度和航向,同时加速度传感器可以测出加速度ak-1。

由牛顿惯性定律可得式(9):

$α_{k - 1} = \sqrt{α_{x}^{2} + α_{y}^{2}} | Δ \vec{V}_{k} | = | \vec{α}_{k - 1} | Τ$ (9)

其中,Δ $\vec{V}$ k为速度的变化矢量,T为加速度传感器的采样周期。如图5所示。

移动目标在k-1时刻的速度和向前的加速度αy方向是近似相同的,则有如式(10):

$γ_{k} \approx \tan^{- 1} \frac{α_{x}}{α_{y}}$ (10)

根据三角形的正弦定理可得如式(11)、式(12):

sinαk=sin(βk+γk) (11)

$\frac{\vec{V}_{k - 1}}{\sin β_{k}} = \frac{| \vec{V}_{k} |}{\sin γ_{k}} = \frac{| Δ \vec{V}_{k} |}{\sin α_{k}}$ (12)

可以得到如式(13):

$β_{k} = \tan^{- 1} (\frac{\sin γ_{k}}{| \frac{Δ \vec{V}_{k}}{\vec{V}_{k}} | - \cos γ_{k}})$ (13)

把γk,βk,αk代入式中可以得出下一个时刻的速度如式(14):

$| \vec{V}_{k} | = \frac{\sin γ_{k}}{\sin β_{k}} | \vec{V}_{k - 1} |$ (14)

由图示三角形关系 $α_{k} = | ψ_{k} - ψ_{k - 1} |$ 和加速度αx(k)的方向,可以得到下一个时刻的航向ψk。

结合图(1)中两个坐标系的转换关系,可以得出新时刻北向和东向的位移方程如式(15):

ΔNk=(Vkcosψk)T ΔEk=(Vksinψk)T (15)

根据几何关系分析,在较小的位移内经纬度的变化表示为如下:

$Δ ϕ_{k} = \frac{Δ Ν_{k}}{R_{E}} Δ λ_{k} = \frac{Δ E_{k}}{R_{E}}$ (16)

其中,Δϕk为纬度变化,Δλk为经度变化,RE为地球半径。GPS可以给出INS定位时的初始位置(λ,ϕ),新时刻的位置可以由下式得到如下:

λk=λk-1+Δλk ϕk=ϕk-1+Δϕk (17)

加速度传感器测量移动目标坐标系中两个轴向X方向和Y方向的加速度值,输出的信号经过单片机计算出X和Y方向的加速度值,把结果送人微处理器,并且应用加速度传感器多次“排序”,可以补偿加速度测量的误差,提高准确度。在微处理器的航位推算程序中,计算出相对位移和下一个时刻的速度、航向,存入存储器中。GPS接收机将接收到的卫星导航信息通过端口送人微处理器,进行计算,得到平面位置、高度、速度、时间、航向等信息。当GPS定位有效时,微处理器将惯性数据和GPS定位数据通过分布式数字卡尔曼滤波组合在一起得到最优的定位结果。当GPS进人盲区或可见卫星少于3颗时即切换到惯性导航系统,利用GPS提供的初始速度和航向,通过航位推算来维持正常的导航定位。显示控制模块定时刷新LCD显示屏,并将定位信息提供给用户。

4 结语

综上所述,在GPS等定位技术无法发挥作用的特殊场合(盲区或移动目标的三维定位),现有一些技术,如超宽带技术(UWB),也可以实现GPS盲区(如室内)精确的三维定位,其定位精度甚至达到1cm以内。但是它们需要预先在建筑物内大量布放探测节点(探测器),这在很多应用场合是不现实的,因此我们提出了基于三维加速度传感器的盲区定位技术。即采用精密传感器技术,获取移动物体的三维坐标信息。即利用传感器的物理感知功能,获取目标的位置数据;通过定位算法得到目标的三维坐标;同时采用无线传感器网络技术实现各个节点的位置校准和信息传输,并传输至处理中心,从而实现盲区移动目标的三维精确定位。拓展了定位导航的应用范围,尤其在特种行业和要求无盲区定位的应用中,将会发挥无可替代的作用,形成新的定位导航的应用领域。

参考文献

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