gps論文

1、寧波大學(xué)答題紙（2013—2014學(xué)年第2學(xué)期）課號(hào)：課程名稱(chēng)：GPS及其應(yīng)用改卷教師：學(xué)號(hào)：116090002姓名：李東東得分：GPSGPS在航海中的應(yīng)用在航海中的應(yīng)用一、一、GPSGPS概述概述GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱(chēng)。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)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(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)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(hù)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(gè)地面站組成，其中包括：衛(wèi)星監(jiān)測(cè)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(yùn)行周期為12h。衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面上（每個(gè)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(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預(yù)存導(dǎo)航信息，GPS的衛(wèi)星因?yàn)榇髿饽Σ恋葐?wèn)題，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。GPS用戶(hù)設(shè)備主要指GPS接收機(jī)，也指與其它設(shè)備組合應(yīng)用的組合設(shè)備、傳感器。二、二、GPSGPS定位原理定位原理GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶(hù)接收機(jī)之間的距

4、離，(見(jiàn)偽距測(cè)距方程)然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶(hù)到衛(wèi)星的距離則通過(guò)記錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶(hù)所經(jīng)歷的時(shí)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(hù)與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR）：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡(jiǎn)稱(chēng)偽碼）發(fā)射導(dǎo)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(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m；P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來(lái)，以50bs調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5個(gè)子幀每幀長(zhǎng)6s。前三幀各10個(gè)字碼；每三十秒重復(fù)一次，每

6、小時(shí)更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)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(dāng)用戶(hù)接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶(hù)的距離，再利用導(dǎo)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(shí)所處位置，用戶(hù)在WGS84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知?？梢?jiàn)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶(hù)接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所

7、以除了用戶(hù)的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來(lái)。所以如果想知道接收機(jī)所3.2用GPS航跡向校正磁羅經(jīng)自差航海界通常采用愛(ài)利法來(lái)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(diǎn)，因而用GPS精確測(cè)定出風(fēng)流向和風(fēng)流合速進(jìn)而用顯示的航跡向COG來(lái)走主磁航向，然后用航向比對(duì)法來(lái)消除與測(cè)定磁羅經(jīng)自差。3.3GPS用于航線繪制當(dāng)一段直航線的兩個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)，處在同一張海圖里

8、時(shí)，只要我們能認(rèn)真正確地量取兩點(diǎn)的經(jīng)緯度，正確地輸入到GPS導(dǎo)航儀機(jī)內(nèi)，是能夠滿(mǎn)足GPS定位精度的要求，不會(huì)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(shí)才會(huì)發(fā)生也許有人通過(guò)進(jìn)一步提高我們常用的作圖方法的作圖精度，也達(dá)到滿(mǎn)足GPS定位精度的要求，沒(méi)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(xué)、更簡(jiǎn)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(huì)產(chǎn)生不統(tǒng)一現(xiàn)象那就是計(jì)算繪線法3.4其它應(yīng)用除了上述應(yīng)

9、用外，GPS在航海上還有一些通常的應(yīng)用。如：1)測(cè)定航速航向與流速流向2)航線設(shè)計(jì)A)航路點(diǎn)的存儲(chǔ)和到達(dá)航路點(diǎn)的導(dǎo)航B)編制和存儲(chǔ)計(jì)劃航線3)浮標(biāo)移動(dòng)監(jiān)測(cè)1.浮標(biāo)移位監(jiān)視2.為了使管理部門(mén)及時(shí)了解浮標(biāo)移位和損壞情況，可以利用DGPS和無(wú)線電通信設(shè)備，電子計(jì)算機(jī)以及電子海圖組成的航標(biāo)綜合管理系統(tǒng)，對(duì)所管區(qū)的浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視。監(jiān)視中心和DGPS傳感器之間的聯(lián)系通過(guò)、無(wú)線電無(wú)線電通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。監(jiān)視中心可以尋呼每個(gè)被監(jiān)視的航標(biāo)，假若該航標(biāo)位移超出所