卫星导航技术在舰船导航系统中的应用.pdfVIP

《卫星导航系统》 卫星导航技术在舰船上导航系统中的应用 ——教学案例三 1. 引文 随着科技水平的不断提高，人们对环境的监测及探索行为不断的增多。从古 代的郑和下西洋，到我国第一艘 “极地号”科考船环球航行，再到现在我国极 地科考船 “雪龙号”的多次成功完成极地考察任务，人们对海洋及极地的探索 在不断的升级。而伴随着科考环境范围的扩大，次数的增加，以及对科考结果要 求的提高，使得科考船及其相关的配套设备也要不断的升级。尤其随着科考所深 入环境的不断恶劣，对科考船只及人员安全保障也更为显得重要。因此，各国都 在极力的发展着自己的科考船只及其配套设备。随着近些年各国对科学考察的重 视，科考船及其配套设备的发展十分迅速。我国在这方面的研究也取得了巨大的 成果，雪龙号的多次成功完成极地考察的案例，足以说明我国在科考装备研究 领域已经达到了比较先进的水平。 众所周知，船只航行或者在陌生环境进行探索，最重要的就是对自身位置 及行进方向的判断，经使用证实，传统的陀螺寻北仪、罗盘等测量航向的设备， 因为其易受外界环境的影响，抗干扰能力差，而且有积累误差，可以满足一般 的定向要求，但是对于极地科考的定向问题，就很难保证实时、准确的航向信息 了。这也是科考队最为重视的因素。 全球定位系统(GPS) 自问世以来，其相关技术不断发展，迅速渗透到民用和 GPS 军用各个领域，在舰船上的应用就可见一斑。 定位接收机已取代了许多原有 的无线电导航设备，能提供更可靠，精度更高的位置信息。而导航定位技术中的 载波相位差分技术以其实时、高精度、全天候的优势已经成为新一代测量姿态方 位技术的鉴定设备。 2 正文 2.1 GPS 测量姿态方位的原理 GPS 测量方位主要是依靠同一组基线矢量在载体坐标系和本地坐标系的相 互关系来估算。载体坐标系中的GPS 基线矢量可以事先精确测量，而本地坐标 系中的基线矢量则需要另外求解。 GPS 基线矢量即是两个GPS 天线之间的矢量差值。队基线两端的天线分别 GPS ( ) 测定其接收到 载波信号的瞬时相位，并比较其相位差即载波相位差分法 。 ( ) 这种方法可以消 多种误差源 包括电离层延迟、对流层延迟、卫星钟差等 ，仅 余多径误差和测量噪声。由于天线和GPS 卫星之间的距离远大于基线长度，因 1 1 2 此载波相位信号可以看作平面波，如图 所示，天线 和 的实际观测相位差 Δφ( ) 单差为： Dj = Lb + lDN (1) 《卫星导航系统》 GPS卫星 GPS卫星 基线向量b 天线1 天线2 图 1 GPS 载波相位差分测量示意图 b=(x y z) ΔN λ 式中，基线矢量 ， ， 为求解量， 为两站间单差整周模糊度值， 为载 L GPS GPS 波的波长， 为 卫星到基线矢量的方向向量，可以由 天线的位置坐标 数据和GPS 卫星星历求解得到。