GPS定位系统的技术特点与应用

2014年06月26日
 GPS定位系统的技术特点
 
  (1)定轨精度:目前的GPS卫星的跟踪技术条件,以及地球重力场模型的球阶函数的引力摄动修正等等精确定轨的推算技术手段,都比70年代优胜高明得多,因此卫星定轨精度也比过去高得多。广播星历:是由美国本土以及海外军事基地上的5个卫星监测站的观测数据解算的。因测站数量少,故卫星定轨精度不高。广播星历所预报的卫星位置的切向误差±5m;径向误差±3m;法向误差±3m。精密星历:是由美国国防制图局根据全球20多个卫星跟踪站的观测资料解算的,因测站数量多且分布范围广故卫星定轨精度较广播星历高一个数量级。值得指出的是,由国际GPS地球动力学服务组织(IGS)所测算预报精密星历比美国军方测定的精密星历的精度要高得多,卫星位置精度可达±3厘米。
 
  (2)卫星性能: GPS卫星定位直径1.5米;重量为843.68公斤(包括310公斤燃料);GPS卫星通过12根螺旋阵列天线发射张角约为30度的电磁波束垂直指向地面。GPS卫星采用陀螺仪与姿态发动机构成的三轴稳定系统实现姿态稳定,从而使天线始终指向地面。卫星还装有8块太阳能电池翼板(7.2 m2),三组15A的镍镉蓄电池为卫星提供所需的电能。
 
  (3)卫星信号:卫星配有4台频率相当稳定(量时精度为10-13秒)的原子钟(2台铯钟,2台铷钟),由此产生一个频率为: 10.23MHz的基准钟频信号。该信号经过倍频器降低10倍的频率后,成为频率为1.023MHz测距粗码(C/A码)的信号频率;基准钟频信号的频率10.23MHz,直接成为测距精码(P码)的信号频率;基准钟频信号经过倍频器降低204600倍的频率后,成为频率为50MHz数据码(卫星星历、导航电文的编码)的信号频率;基准钟频信号再经过倍频器倍频150倍和120倍频后,分别形成频率为1575.42MHz(L1)与1227.60MHz(L2)载波信号。测距用的码频信号控制着移位寄存器的触发端,从而产生与之频率一致的伪随机码(测距码),测距码与数据码模二相加后再调制到L1 L2载波信号上通过卫星天线阵列发送出去。值得指出的是:无论是测距码的波长还是载波信号的波长,都是测量GPS卫星到观测点距离的物理媒体,它们的频率越高波长越短所测量的距离精度就越高,定位精度也就越高。另外C/A码除了用于测距外,它还用于识别锁定卫星和解调导航电文以及捕获P码。
 
  (4)定位精度:利用伪随距码(测距码)的信号单机测量,理论上按照目前测距码的对齐精度约为码波长的1/100计算,测距粗码(C/A码)的测距精度约为±3m;而测距精码(P码)的测距精度约为±0.3m。为了消除公共误差提高定位精度,可利用2台以上的载波相位GPS定位仪实行联测定位,对于载波信号单频机的相对定位精度可达:±(5mm+2ppm×D)其中D为两台仪器的相对距离;对于载波信号双频机,它能有效的消除电离层延时误差,其相对定位精度可达:±(1mm+1ppm×D);全球定位技术不但精度高,而且定位速度快,可以满足飞机、导弹、火箭、卫星等高速运动载体的导航定位的需要。
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