gps論文

1、寧波大學答題紙（2013—2014學年第2學期）課號：課程名稱：GPS及其應用改卷教師：學號：116090002姓名：李東東得分：GPSGPS在航海中的應用在航海中的應用一、一、GPSGPS概述概述GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供

2、實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。GPS系統(tǒng)主要由三大部分組成：地面監(jiān)控部分、空間星座部分、用戶設(shè)備部分。GPS的地面監(jiān)控部分，目前由分布在全球的5個地面站組成，其中包括：衛(wèi)星監(jiān)測站、主控站和信息注入站。GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星；3顆備用衛(wèi)星），它位于距地

3、表20200km的上空，運行周期為12h。衛(wèi)星均勻分布在6個軌道面上（每個軌道面4顆），軌道傾角為55。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預存導航信息，GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導航精度會逐漸降低。GPS用戶設(shè)備主要指GPS接收機，也指與其它設(shè)備組合應用的組合設(shè)備、傳感器。二、二、GPSGPS定位原理定位原理GPS導航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距

4、離，(見偽距測距方程)然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發(fā)射導航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C

5、A碼和軍用的P(Y)碼。CA碼頻率1.023MHz，重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以50bs調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼；每三十秒重復一次，每

6、小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當用戶接受到導航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在WGS84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知?？梢奊PS導航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導航電文。然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所

7、以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機所3.2用GPS航跡向校正磁羅經(jīng)自差航海界通常采用愛利法來校正磁羅經(jīng)自差。由于GPS具有全球全天候和高精度的特點，因而用GPS精確測定出風流向和風流合速進而用顯示的航跡向COG來走主磁航向，然后用航向比對法來消除與測定磁羅經(jīng)自差。3.3GPS用于航線繪制當一段直航線的兩個轉(zhuǎn)向點，處在同一張海圖里

8、時，只要我們能認真正確地量取兩點的經(jīng)緯度，正確地輸入到GPS導航儀機內(nèi)，是能夠滿足GPS定位精度的要求，不會發(fā)生上述的不統(tǒng)一現(xiàn)象。這種現(xiàn)象通常是一段直航線跨越兩張或兩張以上的海圖時才會發(fā)生也許有人通過進一步提高我們常用的作圖方法的作圖精度，也達到滿足GPS定位精度的要求，沒有發(fā)生不統(tǒng)一現(xiàn)象。但有一種作圖繪線方法是更科學、更簡便、更可靠的，即使航線跨越了好幾張比例大小不一的海圖，也不會產(chǎn)生不統(tǒng)一現(xiàn)象那就是計算繪線法3.4其它應用除了上述應

9、用外，GPS在航海上還有一些通常的應用。如：1)測定航速航向與流速流向2)航線設(shè)計A)航路點的存儲和到達航路點的導航B)編制和存儲計劃航線3)浮標移動監(jiān)測1.浮標移位監(jiān)視2.為了使管理部門及時了解浮標移位和損壞情況，可以利用DGPS和無線電通信設(shè)備，電子計算機以及電子海圖組成的航標綜合管理系統(tǒng)，對所管區(qū)的浮標實現(xiàn)監(jiān)視。監(jiān)視中心和DGPS傳感器之間的聯(lián)系通過、無線電無線電通信系統(tǒng)實現(xiàn)。監(jiān)視中心可以尋呼每個被監(jiān)視的航標，假若該航標位移超出所