GPS导航定位技术（精选12篇）
GPS导航定位技术 篇1
导航技术应用价值在于定位位置、指导人们行进线路,GPS定位技术是美国研发的在全世界第一个投入应用的卫星导航系统,其各项技术相对成熟,系统性能稳定。我国自主研发的北斗导航系统是一种能够全天候提供卫星导航信息的导航系统,它的出现打破了GPS定位技术的市场垄断,对于促进我国导航事业的发展有着重要的作用。基于以上,本文对北斗导航与GPS定位技术在航海定位中的应用进行了对比分析,旨在进一步促进我国航海技术的发展。
1 北斗导航与GPS定位技术概述
北斗导航和GPS定位技术都属于卫星定位技术的范畴,由地球监控设备、用户终端以及卫星网络组成,地球监控设备的主要功能是将采集到的指令传输给卫星系统,同时能够对卫星状态进行监测,并对采集到的数据进行分组处理,卫星网络系统的主要功能是传输并转发信号,用户终端的主要功能是接收卫星系统发来的信号,并对定位报文进行解析,从而计算并确定自身地理位置。下面来简要分析北斗导航系统与GPS导航系统的原理。
1.1 北斗导航系统原理
北斗导航位置定位有着主动性、精准性和有源性的特点,能够全双工传输数据,但其到达区域有限,这就使得其服务范围有着一定的局限性。北斗导航系统架构由3部分组成:1)空间部分:空间部分主要由两颗工作卫星和一颗备用卫星组成,卫星与地球同步运动,轨道高度为36 000km,两颗工作卫星的坐标分别为(80°E,0°)和(140°E,0°),备用卫星的坐标为(110.5°E,0°),空间部分卫星不具备导航电文发射功能,且没有原子钟,其主要功能是进行地面中心站和用户站的双向信号中继传输,覆盖面积为地球面积的42%[1];2)地面中心控制系统:主要由地面中心站、测轨站及数十个地面参考标校站等组成,其中地面中心站配置了电子高程图,主要功能包括卫星定位、测轨以及调控卫星等,对导航定位参量数据进行搜集和校正,能够实现用户位置的精确测定;3)用户终端:用户终端指的是收发器,其带有定向天线,能够接收卫星传来的信号,并发射相关通信请求。
北斗导航系统定位工作过程如下:1)地面控制中心将询问信号发送给空间部分的两颗工作卫星;2)空间部分工作卫星接收到询问信号之后,利用卫星转发器将询问信号转发给服务区用户;3)服务区用户对其中一颗工作卫星的询问信号进行响应,同时将回应信号发送给另一颗工作卫星[2];4)工作卫星接收到响应信号之后,利用卫星转发器将响应信号转发给地面控制中心;5)地面控制中心对接收到的用户响应信号进行解读,明确用户申请服务内容,以数值地图计算为基础,对用户所在地的三维坐标进行计算,之后将相关信息发送给空间部分工作卫星;6)空间部分工作卫星接收到坐标资料或通信内容等信息之后,利用卫星转发器转发给用户,从而实现定位。可以看出,在整个北斗导航系统定位工作过程中,空间部分工作卫星相当于地面控制中心和用户之间通信的中转站。
1.2 GPS导航系统原理
GPS导航系统主要由1个MCS主要控制台、4个地表天线站以及6个监控系统等3部分组成,用户设备是GPS导航系统数据的最终目的地,通过接收机来接受GPS卫星发送的信息,以GPS卫星固定角度获取测量卫星,并跟踪捕获卫星数据,获取导航报文,最后计算出用户设备的定位数据,例如经纬度数据、速率数据等。
当前GPS定位技术方法种类繁多,但原理基本一致,都是以GPS卫星为测量中心点,至少需要4颗卫星,确定为卫星坐标,进行空间距离的后方交会,通过数学建模方法来进行定位[3]。根据GPS卫星的运动状态可以将GPS定位算法分为动态定位算法和静态定位算法两种,根据参考物选取可以分为相对定位算法和单点定位算法两种,一般采用伪距法进行定位计算,此外,载波相位测量以及多普勒定位等方法也可以在GPS定位中应用。
2 北斗导航与GPS定位技术在航海定位中的实验对比
对北斗导航和GPS导航在航海定位中的应用进行对比实验,以AIS船载自动识别系统为基础,获取船舶航行过程中的相关信息或信号,例如海岸基站信息、周围船舶信息等,并将这些信息转发给岸上终端系统[4]。在此过程中,AIS船载自动识别系统会将搜集到的信息传输到北斗导航卫星或GPS导航卫星上,经过卫星的转发到达控制中心。控制中心利用AIS解码、多基站信息融合等技术来处理船舶航行信息,并将其存储到数据库中,监控系统会读取数据库中的船舶信息并将其显示在电子屏幕上,这就能够实现对船舶的定位,并实现对船舶航行的实时、动态监控。
北斗导航系统船舶定位和GPS导航系统船舶定位的精准度对比如表1所示,每隔2s获取以此船舶航行相关数据信息,每隔482m长度设置一条极限,需要注意的是,北斗导航系统船舶定位测试的数据类型与GPS导航系统船舶定位测试的数据类型有着一定的差别,前者测试数据类型为检测相位大小以及B1速率和B2速率伪距,后者测试的数据类型为L1、L2以及C1、P2,截至高度角控制在15°。
由表1可知,北斗导航系统船舶定位的相位精度在4.1mm~5.1mm之间,而观察准确度在0.32m~0.43m之间,这两个精度指标与GPS导航系统船舶定位基本相等。
测试卫星高度角对船舶定位精准度的影响,采集不间断的十组历元分组数据,计算北斗导航系统船舶定位和GPS导航系统船舶定位的准确度结果进行计算,去除不精确结果,得出高度角匹配精度预估值,之后进行平均值的计算。
测试结果表明,对于北斗导航系统船舶定位来说,随着卫星高度角的增加,船舶定位精准度也随之增加,随着卫星高度角的降低,船舶定位精准度也降低,而在GPS导航系统船舶定位中,这种关系依然存在,相较于北斗导航系统来说,GPS导航系统的这种相关度更加稳定,历元有着较好的信号接受能力,能够接收卫星的数量也更多。北斗导航系统船舶定位中的历元MEO卫星数量波动较大,GEO卫星相对稳定,但从准确性方面来看,北斗导航系统船舶定位要更优良一些。
综上所述,在卫星高度角较小的基础上,相较于GPS导航系统船舶定位来说,北斗导航系统船舶定位的精确性更优良。
3结论
综上所述,北斗导航系统能够实现全球范围内的导航和定位,其在航海领域中的应用至关重要,通过对比分析可知,北斗导航系统航海定位精度和准确度更加优良,能够实现定位导航、精密授时以及报文通信等众多功能。北斗导航系统在航海定位中的应用能够有效促进我国航海技术的进一步发展。
摘要：本文从北斗导航与GPS定位技术概述入手,分析了二者的原理,通过对比实验来对比了北斗导航系统船舶定位和GPS导航船舶定位的精度,对比分析可知,作为我国自主研发的导航和定位技术,北斗导航航海定位有着一定的优势,其对于促进航海技术的发展有着积极的意义。
关键词：北斗导航,GPS导航,航海定位,对比
参考文献
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[4]郭晋.北斗与GPS导航定位系统对比分析研究[J].科技资讯,2011(28):60.
GPS导航定位技术 篇2
GPS在水下航行器导航定位系统中的应用
将GPS和电子罗盘进行组合,用于大航程小型自主水下航行器的航向控制系统,介绍了系统的硬件组成、路径规划和导航算法.
作 者：杜向党 许晖 石秀华 Du Xiangdang Xu Hui Shi Xiuhua 作者单位：西北工业大学航海工程学院,西安,710072刊 名：振动、测试与诊断 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF VIBRATION，MEASUREMENT & DIAGNOSIS年，卷(期)：200028(Z1)分类号：V211.7关键词：组合导航 定位系统 航向控制 GPS
GPS导航定位技术 篇3
因此在拿到P370后我们首先考察了与Route之间的“协调性”，首先我们从地点查询谈起，P370的地点查询机制通过模糊匹配完成，也就是说你只需部分输入目的地关键字后就能查询到相关地点的具体信息。尽管配合P370的手写输入想要找到目的地并不困难，但我们认为如果同时支持关键字首字母查询功能将会让使用更加方便。另外由于软件功能的限制，使用者无法在标准导航模式下进行移动浏览地图，而只能浏览局部位置时进行移动。根据我们以往的使用习惯来看，GPS设备不仅需要具备导航功能，还应具备电子地图功能，这无疑会让产品具备更高的可用性。
由于我国电子地图测绘行业有很大限制，因此P370采用了四维电子地图。在使用上来看，四维电子地图提供地图数据比较齐全,带有全国各省市自治区的公路地图，而且提供了非常多的功能建筑标记，但目前美中不足之处在于局部地图信息资源不够详细，考虑到这也是国内的地图商所面临的共同窘境，在此我们只能寄希望于我国电子地图出版商能够尽快完善地图。
在导航方面来看，P370的表现比较出色，首先它在规划路径时可以允许用户在出发点与目的地之间添加多个过路地点，让你可以有针对的经过某一地点。当然，你不仅可以选择什么地点为必经地点，而且还可以根据需要选择规避地点，如避开高速、收费、轮渡等路段，十分适合国内复杂的道路情况。此外Route66支持3D导航模式以及路口局部放大功能，让整个导航过程更为直观。
最后需要谈谈P370提供的POI（兴趣点，Point of interest）功能，尽管我们之前也看到部分软件提供了该功能，但Route66的POI功能则更为多样，它允许你随时将地图上未标出的地点手动添加至电子地图，当然你也可以对保存的POI点进行管理，诸如删除或重新命名某一位置。配合P370提供的收藏夹功能，进行点对点导航相当方便。
GPS导航定位技术 篇4
随着GPS系统现代化和Galileo系统的逐步实施, 若将Galileo系统与GPS系统组合起来, 届时天空中将有50颗左右的卫星用于定位服务, 可以得到较高的定位精度, 因此Galileo/GPS组合系统将成为发展的必然趋势。
1、单个卫星导航系统
全球定位系统GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。GPS系统由空间卫星星座、地面监控系统及用户设备组成。GPS空间星座部分由24颗GPS卫星 (含3颗备用卫星) 组成, 卫星均匀分布于倾角为55°的6个轨道面上, 轨道平均高度约为20200km, 卫星轨道近似为圆轨道, 每条轨道上非均匀分布了4颗卫星, 卫星运行周期约11小时58分。每颗GPS卫星发射两个载波 (1575.42 MHz/L1和1227.60 MHz/L2) 信号, 在其上用相位调制技术加载了测距码和导航电文, 供用户接收机使用。
伽利略系统是欧洲自主的、独立的、完全非军方控制管理的全球多模式卫星定位导航系统, 提供高精度、高可靠性的定位服务。Galileo星座由分布在3个圆形轨道上的30颗中轨卫星 (MEO) 构成, 每个轨道面上有9颗工作卫星 (近点角相差40°) 和1颗备用卫星, 轨道倾角为56°, 轨道高度为23616km, 卫星运行周期为14.4小时。Galileo系统还能够和美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统实现多系统内的相互合作。
2、组合导航系统
由于各独立卫星系统的星座规模有限, 提供卫星定位服务的精度、可靠性、安全性和可用性有时无法得到保障, 甚至难于满足导航定位的要求。而采用多星座组合则可大大提高可见星的数目, 组成更好的卫星几何分布, 降低精度稀释因子, 为定位精度的提高提供了可能, 并且多星座组合还可使星座的冗余度提高, 从而可保证定位精度的可靠性。因此, 多卫星导航系统组合导航是未来的发展趋势。
尽管Galileo在定位精度等指标方面将超越GPS, 但仅仅Galileo系统本身还有不足之处, 比如总卫星数仍然很有限, 因而覆盖率仍有待提高。若不考虑政治因素, 单从技术方面来考虑, 将Galileo和GPS系统合二为一将带来多方面的益处, 可以提高抵御非人为干扰的能力, 可用卫星数将近翻一番, 测控成功率将更高, 可以改善导航定位系统的可用性和连续性等指标, 使SBAS (Satellite Based Augmentation System) 的能力得到更进一步的提高。
定位误差的均值体现用户运行时段内定位误差的平均大小, 方差的大小则体现了定位估计值偏离真实值的大小, 从而能够反映出在用户运行时段内定位估计值在真实值附近的波动范围。为了考察Galileo/GPS组合定位系统的性能, 做了关于定位误差的实验仿真。图1为仿真的路线。图2为用户路线定位误差的仿真对比图。仿真总时间约为856s, 该仿真中采用的仿真时间间隔为1s。考虑到遮挡的问题, 仿真中高度角取为15°。误差值delta的计算公式如下, 式中和分别为位置点定前后的三维坐标。
本文的仿真结果表明:Galileo/GPS组合定位系统的定位性能比单一系统有较大的提高。因为随着星座的组合, 组合系统可见星数目增加, 就有可能组成更加优化的空间几何分布, 系统便有了提高定位性能的可能性, 从而使定位精度在一定程度上获得了保证。Galileo/GPS组合系统的可见星数目的增多, 为系统后续的自主完整性检测提供了强有力的保障。
3、结语
Galileo/GPS组合系统的可见星数目的增多, 为系统后续的自主完整性检测提供了强有力的保障。有较高的定位性能和较好的可靠性作保证, Galileo/GPS组合定位将成为一种必然。随着Galileo系统的建成和投入使用以及GPS系统的现代化, 组合后的Galileo/GPS系统将从各方面提高导航定位的精度及缩小定位误差。
摘要：作为国家信息体系和设施的重要组成部分, 卫星导航系统得到了飞速的发展, 其应用领域从单纯军事部门逐渐扩展到更加广泛的民用行业。本文介绍了GPS和Galileo星座的组成及其组合导航定位误差分析, 并阐述了两系统组合导航的定位优势。
关键词：GPS,Galileo,Galileo/GPS,组合导航
参考文献
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GPS导航定位技术 篇5
GNSS导航定位技术的研究综述与分析
针对GNSS导航系统的关键技术,分析了GNSS信号结构的多元化,探讨了GNSS接收机的.综合性和多样性,提出了我国卫星导航系统的发展思路和策略.
作 者：胡晓 高伟 李本玉 HU Xiao GAO Wei LI Ben-yu 作者单位：山东农业大学,信息科学与工程学院,山东,泰安,271018刊 名：全球定位系统英文刊名：GNSS WORLD OF CHINA年，卷(期)：34(3)分类号：P228关键词：GNSS GNSS信号 GNSS接收机
GPS导航定位技术 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导航定位技术 篇7
2010年1月17日凌晨, 北斗二代卫星导航系统的第三颗卫星成功发射。这也预示着北斗二代进入了加速组网阶段。2010年11月1日00:26我国成功将第四颗“北斗二代”导航卫星送入太空。
1“北斗”定位系统的定位原理及系统组成
1.1“北斗”卫星导航系统的定位原理
“北斗一号”卫星导航系统的定位原理与GPS系统不同, GPS采用的是被动式伪码单向测距三维导航, 由用户设备独立解算自己的三维定位数据, 而“北斗一号”卫星导航定位系统则采用主动式双向测距二维导航, 由地面中心控制系统解算供用户使用的三维定位数据。“北斗”卫星是中国“北斗”导航系统空间段组成部分, 由两种基本形式的卫星组成, 分别适应于GEO和MEO轨道。“北斗”导航卫星由卫星平台和有效载荷两部分组成。卫星平台由测控、数据管理、姿态与轨道控制、推进、热控、结构和供电等分系统组成。有效载荷包括导航分系统、天线分系统。GEO卫星还含有RDSS有效载荷。因此, “北斗”卫星为提供导航、通信、授时一体化业务创造了条件。
1.2 系统组成
北斗双星导航系统主要由空间部分、地面中心控制系统和用户终端3个部分组成。空间部分由轨道高度为36000km的2颗工作卫星和1颗备用卫星组成 (一个轨道平面) , 其坐标分别为 (80°E, 0°, 36000km) 、 (1 40°E, 0°, 3 60 00 km) 、 (1 10.5°E, 0°, 36000km) 。卫星不发射导航电文, 也不配备高精度的原子钟, 只是用于在地面中心站与用户之间进行双向信号中继。卫星电波能覆盖地球表面42%的面积, 其覆盖的经度为100°, 纬度为N81°~S81°。
地面中心控制系统是北斗导航系统的中枢, 包括1个配有电子高程图的地面中心站、地面网管中心、测轨站、测高站和数十个分布在全国各地的地面参考标校站, 主要用于对卫星定位、测轨, 调整卫星运行轨道、姿态, 控制卫星的丁作, 测量和收集校正导航定位参量, 以形成用户定位修正数据并对用户进行精确定位。用户终端为带有定向天线的收发器, 用于接收中心站通过卫星转发来的信号和向中心站发射通信请求, 不含定位解算处理功能。
时间系统和坐标系统:时间系统采用UTC (世界协调时) , 坐标系统采用1954年北京坐标系和1985年中国国家高程系统。未来的北斗卫星导航系统 (COMPASS) 将由分布在3个轨道面上的30颗中等高度轨道卫星 (MEO) 和均匀分布在一个轨道面的5颗地球同步卫星构成。非静止轨道上, 每个轨道面10颗卫星, 其中1颗为备用, 轨道倾角为56°。卫星轨道半长轴约为2.7万km。
2 北斗卫星导航系统的工作过程
地面控制中心向卫星I和卫星II同时发送询问信号, 经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号, 并同时向两颗卫星发送响应信号, 经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号, 然后根据用户申请的服务内容进行相应的数据处理。对定位申请, 中心控制系统测出两个时间延迟:即从中心控制系统发出询问信号, 经某一颗卫星转发到达用户, 用户发出定位响应信号, 经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟;和从中心控制系统发出询问信号, 经上述同一卫星到达用户, 用户发出响应信号, 经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的, 可以由上述两个延迟量计算出用户到第一颗卫星的距离, 以及用户到两颗卫星距离之和。从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面, 和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上;另外, 中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值, 又知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。因此, 中心控制系统利用数值地图可计算出用户所在点的三维坐标, 并与相关信息或通信内容发送到卫星, 经卫星转发器传送给用户或收件人。北斗卫星导航定位系统的工作步骤如下。
(1) 地面控制中心向2颗卫星发送询问信号; (2) 卫星接收到询问信号, 经卫星转发器向服务区用户播送询问信号; (3) 用户响应其中1颗卫星的询问信号, 并同时向2颗卫星发送回应信号; (4) 卫星收到用户响应信号, 经卫星转发器发送回地面控制中心; (5) 地面控制中心收到用户的响应信号, 解读出用户申请的服务内容; (6) 地面控制中心利用数值地图计算出用户的三维坐标位置, 再将相关信息或通信内容发送到卫星; (7) 卫星在收到控制中心发来的坐标资料或通信内容后, 经卫星转发器传送给用户或收件人。
3 北斗卫星导航系统与GPS系统的比较
3.1 卫星数量和轨道特性的对比
北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60°。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星, 轨道赤道倾角55°, 轨道面赤道角距60°。航卫星为准同步轨道, 绕地球一周11小时58分。
3.2 定位原理的对比
北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算, 供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题, 一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性, 这在军事上相当不利, 另一方面由于设备必须包含发射机, 因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。
3.3 定位精度的对比
北斗导航系统三维定位精度约几十米, 授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m, C/A码目前己由25m~100m提高到12m, 授时精度日前约20ns。二代“北斗”可以称为“中国的GPS”, 不过它仍然会比GPS多一个通讯为发展我国二代“北斗”的关键技术提供了准备。定位的“北斗”一号备份卫星上新装载了用于卫星定位的激光反射器, 能够参照其他星, 把自身位置精确定格在几个厘米的尺度以内。这颗卫星已定位成功, 表明这种技术是有效而可靠的。
参考文献
[1]吕伟, 朱建军.北斗卫星导航系统发展综述[J].科技资讯, 2007 (3) .
GPS导航定位技术 篇8
1 GPS、北斗卫星导航系统定位原理
在基于GPS、北斗卫星导航系统中, 其主要由空间部分、地面控制管理部分与用户终端组成[1]。其中对于空间部分而言, 是由2颗地球静止卫星及1颗在轨备份卫星组成, 主要工作在卫星无线电定位业务频段内, 上行是L频段, 下行是S频段。在系统的地面控制中, 主要由1个中心控制站与若干标校站组成, 中心控制站内可同时与2颗工作卫星施行双向通信, 并有效完成对每个用户的精确定位。在系统的用户终端部分, 用户需根据出站信号中的帧时标发射定位申请, 并通过中心控制站将定位数据发往指定用户, 从而实现有效的卫星定位通信功能。
2 单点定位模型
基于GPS的精密单点定位模型中, 主要包括传统模型、Uof C模型以及无模糊度模型[2]3种, 将其应用于卫星导航系统, 可提高卫星导航的精度、简化用户端系统、提高GPS精密定位操作的灵活性。
单点定位模型中, 对于传统模型而言, 其就是由双频GPS伪距及载波相位观测值中无电离层组合的观测模型。常用于对定轨精度要求较低的系统中, 可有效减弱电离层影响, 其单点定位的函数模型[9]如式 (1) 所示
单点定位模型中的Uof C模型, 与传统模型不同, 其中不仅采用无电离层相位组合外[3], 还采用了L2和L1频率码和相位平均, 也可有效降低电离层的影响, 能应用于实时性要求较高的系统中, 其模型形式如下
单点定位模型中的无模糊度模型, 采用无电离层伪距组合观测值以及历元间差分的载波相位观测值求差[4], 无需考虑估计模糊度, 可应用于实时性要求较高的系统中, 其观测模型形式如下
基于GPS卫星导航系统可将3种模型分别应用与实际系统中, 对流层延迟误差具有较好的改善。所采用的3种模型, 均各有优点与不足[5], 根据具体情况选择合适的模型方法, 不仅能提高卫星导航定位的精度, 还可提升卫星导航系统的应用效率。
3 定位算法验证
在北斗卫星导航定位系统中, 对用户发送连续的导航电文, 采取单点定位的方式, 提高系统精度[6]。在系统中, 其定位过程首先由地面中心对卫星连续发射X波段以及C波段载波, 其中的数据流有测距信号及地址电文等信息, 当这些询问信号经卫星变频及放大、转发到测站内, 之后由测站来接收询问信号, 当地面中心站接收到应答电文后, 就可得到其测站的坐标和交换的电报信息, 再由中心站将系统处理后的信息传输给测站, 而测站最终将收到所需信息。在北斗卫星定位系统的组合单点定位滤波算法实现中, 由于北斗卫星定位系统是有源工作方式, 可采取间断组合模式, 避免暴露用户目标, 在卫星定位接收机中, 在接收到定位信息的同时发送定位申请, 再由卫星导航系统中的接收机接收定位信息, 并将数据进行卡尔曼滤波[7], 将最优滤波值进行校正, 由此可最终获得较为精确的状态。而对新的状态进行估值, 施以逐次迭代, 经若干次迭代逼近[8]后, 便可得到准确定位。在卫星导航系统中的定位算法仿真时, 对每个接收机的伪距测量误差, 当接收机经定位后, 同时在X、Y和Z轴方向上进行误差定位。如图1~图4所示。
对于卫星导航系统中的接收机精确位置进行计算, 利用气压高度测量得到高程和地心距测量, 对估计值、估计误差及在实际定位解算中[6,9], 利用伪距测量量以及使用迭代的方式求解, 并最终得出准确定位。在进行迭代计算中, 若相邻2次假设定位时使用的测量量无误, 然而在仿真结果中却有误差, 则是由计算的截断误差与模型误差所造成的。定位卫星在伪距测量中, 对误差较大的仿真结果, 可得到定位开始或结束时的自位置坐标, 同时会对接收机时钟及本振频率进行校正。
在基于GPS、卫星导航系统中, 采用单点定位方式, 可通过修正精确的误差模型来进行, 或利用天线的相位中心位置偏差及计算误差等方式, 实现对卫星导航系统的高精度定位。定位解算位置参数误差, 对于接收机钟差平均约为68 m。且在接收机的观测误差中, 除观测的分辨率外, 还包括对接收机天线相对测站点位置的误差, 其约为信号波长的1%。此外, 在基于GPS、卫星导航系统在实测数据计算结果方面, 对于北斗卫星定位结果更接近标准值, 卫星定位的精度更高。在北斗卫星导航系统中, 在X、Y、Z方向上的均方差均<15 m, 因此满足了对中高精度的卫星导航定位用户的需求。
4 结束语
综上所述, 基于GPS、北斗双星定位系统, 采用组合单点定位模式, 并设计低阶滤波算法方案, 可在线根据北斗双星位置信息对中低精度的激光陀螺误差进行有效地估计与补偿, 其不仅可提高组合导航系统的精度, 且在工程实现中还具有良好的应用价值。
摘要：北斗卫星定位系统可为用户提供快速定位, 以及简单数字报文通信的高精度卫星定位, 其不仅可满足用户对中高精度的导航定位需求, 且算法设计简单实用, 可为GPS导航系统定位提供有效辅助。文中在对GPS和北斗卫星导航系统组合单点定位原理分析的基础上, 建立了二者组合的定位模型, 并验证了算法的有效性。
关键词：GPS导航系统,北斗定位系统,单点定位模型算法
参考文献
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GPS导航定位技术 篇9
为提高农业导航定位精度, 农业智能车辆田间导航定位需要测量载体位置坐标、航向角以及姿态角等导航参数, 测量值应尽量准确[1]。当装备了GPS接收器的农用导航车辆在田间行走时, 由于轮胎在土壤里受力不均匀, 车体发生了颠簸而导致了GPS接收天线位置倾斜, 其结果是GPS天线与车体质心在大地坐标系上不重合, 则GPS数据不能真实反映车体真实位置。试验表明, 车体的姿态角对于GPS的定位精度有较大影响[2]。因此, 农业自动导航必须准确测量出车体的姿态角。
在惯性导航系统常用MEMS惯性传感器进行姿态角测量[3]。MEMS惯性传感器的特点是体积、质量、 功耗上较一般传感器有优势; 但是, 在姿态测量上存在问题: 噪声水平较高, 单个传感器测量精度普遍不高。为了提高姿态测量的精度, 大多数研究采用多传感器组合测量和卡尔曼滤波进行偏移误差估计的方法[4]。对于惯性导航系统的姿态角测量一般采用航位推算原理, 但是其积分运算使导航误差迅速积累, 从而无法满足长时间工作的高精度导航系统的指标要求[5]。GPS与MEMS惯性传感器组合能够充分发挥各自优势, 采用组合导航系统可以有效地解决惯性导航系统误差随时间积累的问题[6]。华南农业大学张智刚以水田插秧机为平台, 建立了以RTK - DGPS为主要导航方式、姿态航向参考系统AHRS500GA为辅助的联合导航系统, 通过卡尔曼滤波的方式提高定位信息精度[7]。
SINS是Strapdown Inertial Navigation System的简称, 即捷联式惯性导航系统, 是最常见的惯性导航系统。本文构建了基于GPS与SINS组合的农业车辆导航定位系统。为提高导航精度, 使用卡尔曼滤波技术进行传感器信息融合测量, 测量载体姿态角; 同时, 对GPS与SINS进行有效组合, 改善定位精度, 更真实反映农用车辆的运动状态。
1 GPS / SINS组合导航系统结构
1. 1系统硬件结构
导航系统结构, 如图1所示。其主要由姿态测量模块ADIS16355, GPS定位系统、基于ARMv7架构的微处理器Cortex - M3[8]及电源等部分组成。 ADIS16355是一个完整的MEMS三轴陀螺和三轴加速度计组成的惯性感应系统, 采样速率为819. 2SPS, 内部集成的陀螺仪和加速度计可以分别测量X, Y, Z3轴上的加速度以及角速度值。其中, 陀螺仪的测量范围是 ± 300° /S, 加速度计的测量范围是 ± 10g[9]。 ADIS16355传感器模块内部可完成自检、数据信号采集、滤波、校准等功能, 其接口分别有ADC输入和DAC输出, SPI接口可输出个传感器的信号。GPS设备采用美国Trimble公司生产的Trimble5700GPS, 主要包括GPS天线、流动站接收机、手柄、电源等; 采用第4代Maxwell处理芯片, 支持RTK - DGPS定位, 动态初始化距离超过15km, 保证可靠性大于99%[10]。
1. 2系统工作过程
整机系统可以看作是一个低成本SINS /GPS组合模型。其工作过程: 电源对姿态测量单元、GPS、处理器单元供电; GPS接收载体的速度、位置信息, 并通过串口传输给处理器, 以实现组合导航计算, 其高精度定位信息用于标定和补偿SINS积累的误差; ADIS16355的信号首先经过电路的预处理, 然后由处理器对3轴的加速度和角速度信息进行融合测量, 计算出姿态姿态角、速度、位置等导航信息, 并与GPS的速度、位置求出差值作为观测值, 经过组合卡尔曼滤波器估计出惯导系统的误差。当GPS失效时, 系统自动切换至SINS单机工作模式, 对载体姿态进行修正, 以提高GPS的抗干扰能力和动态性能。
2联合导航定位算法推导
2. 1坐标系及姿态角的定义
文献[11]对于惯性导航系统常见的坐标系进行了介绍, 主要有导航坐标系、载体坐标系、大地坐标系, 本文分别用n, b, e表示以上3个坐标系。惯性导航系统中主要的姿态参数包括横滚角、俯仰角以及航向角, 本文分别用 θ, Φ, Ψ 表示。方向余弦矩阵反映两个不同坐标系之间的关联关系, 使用Cbn体现载体坐标转换为导航坐标的关系。
四元数法是姿态解算过程中常用的方法, 本文使用该方法对陀螺仪的信息进行解算。四元数是空间变量, 有4个自由度, 由实数加上3个元素i, j, k组成, 一般可记为Q = q0+ iq1+ jq2+ kq3。文献[12]介绍了四元数与方向余弦矩阵如下的换算关系
由此得出四元数与运动物体姿态角关系
2. 2 SINS测量姿态角模型
文献[13]介绍了使用加速度计测量载体倾角的方法, 文献[14]通过实验验证了只用加速度计测量倾角的问题: 在振动较大的情况下, 有较高的频率干扰叠加, 表现为出现快速的上下抖动, 其测量误差在 ± 5° 以上。基于ADIS16355采用三轴加速度计和三轴陀螺仪组合测量姿态角的方法, 如图2所示。算法流程如下。1当运动物体振动较小时, 只使用加速度计测量姿态角; 2当运动物体振动较大时, 采用陀螺测量角速度, 使用四元数法解算姿态微分方程, 从而得出姿态角更新值; 同时, 利用加速度计对重力矢量进行观测, 以观测值跟重力常量的误差值修正陀螺对姿态角的测量值; 设计卡尔曼滤波器对状态进行融合估计[15]。
根据该方案, 传感器信息融合处理过程如下:
1) ω 表示时间间隔T内机体坐标系下运动物体的角速率, 则三轴上的分量可表示为
根据文献[15], 通过解矩阵方程, 可推算出四元数有如下的更新关系式
其中, I表示单位矩阵, W为三轴角速度在采样时间内积分值, tk -1表示第K - 1时刻。
2) 观测矩阵为
3) 计算卡尔曼滤波增益, 有
4) 状态变量更新为
5) 计算均方误差方阵, 有
2. 3基于PVA模型的SINS / GPS联合算法
设载体的GPS位置信息为P, 速度为V, Ψ 为姿态角, 根据运动学关系, 可以建立位置- 速度- 姿态运动学方程, 即PVA模型[16], 有
其中, E ( Ψ) 表示姿态角的微分方程, 有
将式 ( 5) 写成以下形式
定义状态变量为
1) 状态方程
2) 观测方程
观测量为
观测矩阵为
3) 假设过程噪声wk和vk是不相关的, 则有E (wk) =0, E (vk) =0并且E (wkwTi) =Δ (k-i) Qk;E (vkvTi) =Δ (k-i) Rk。有
Qk为过程噪声协方差矩阵, Rk为观测噪声协方差矩阵。Qk和Rk可以通过对相关试验数据进行多元统计获得。本文Qk和Rk分别取
根据状态估计、状态更新以及增益, 建立卡尔曼滤波器如下, 其框图如图3所示。
状态估计为
均方误差方阵为
状态观测为
状态更新为
增益为
3试验研究
3. 1试验设备
本文实验平台为日本久保田SPU68型水稻插秧机, 在该平台上使用本文所设计GPS /SINS组合导航定位系统。 久保田SPU68型水稻插秧机总质量450kg, 采用四轮驱动、无级变速, 在田间行走的速度保持在1 ~ 2m /s, 可认为作匀速运动。GPS接收天线安装点与车体中心重合, 天线杆体垂直于车体平面, 垂直距离为2m。为验证多传感器融合测量姿态算法的效果, 使用由美国Crossbow公司生产高精度姿态航向参考系统AHRS500GA的测量结果作为对照。 AHRS500GA为26位数字输出, 其测量信号包括姿态角、三轴角速度、三轴加速度、温度等, 广泛应用于航空领域, 其测量精度为: 航向0. 2° RMS, 俯仰与横滚0. 03° RMS[17]。传感器信号以及AHRS500GA的数据由Cortex - M3统一采集, 试验过程中AHRS500GA的数据通过RS232传输给处理器, 保证数据可以地在时间轴上同步。
3. 2试验内容及步骤
本文进行的试验包括: 多传感器融合测量姿态角算法验证和车辆直线行走GPS定位数据校正。试验步骤如下:
1) 传感器融合测量姿态角算法验证的过程是将姿态测量单元安装在刚体上, 安装过程中保证ADIS16355三轴方向与AHRS500GA方向一致。人为使刚体运动, 启动姿态测量单元并记录传感器数据。
2) 图4所示为车辆直线行走定位校正试验现场。 在平整路面上, 首先用直尺划出一条10m长的直线, 然后用方砖按照直线的轨迹铺成道路, 方砖之间保持一定的距离。试验过程中, 车辆由人驾驶, 一侧的车轮行走在方砖上, 并尽可能保持直线。
由于砖块之间的间隙, 在行进过程中, 车体的抖动较大。同时, 启动GPS /SINS组合导航系统, 实时记录并储存数据。
3. 3试验结果分析
图5是传感器融合算法试验的结果。图5 ( a) 为横滚角的测量结果对比; 图5 ( b) 是其局部放大; 图5 ( c) 和图5 ( d) 分别是俯仰角测量值及局部放大。图5中倾角记录曲线分别是利用公式解算加速度计得到的姿态角、由AHRS500GA测得的姿态角、通过多传感器信息融合算法解算的姿态角。对比可知:
1) 从图5 ( b) 和图5 ( d) 中可见, 0 ~ 400 s区间无振动或振动微弱时, 用加速度计信息解算的姿态角与AHRS500GA的测量值相差较小; 但是在振动较大的情况下, 测量值的精度显著下降, 表现为出现快速上下跳变, 图5中误差值较大。因此, 仅使用加速度计信息解算姿态角在振动较小情况下可行, 但是在动态环境下测定的姿态角误差较大。
2) 由图5 ( b) 和图5 ( d) 可见, 在静态环境和动态环境下, 通过多传感器信息融合解算的姿态角结果均与AHRS500GA的测量结果呈现良好的一致性, 系统解算误差绝对值不超过 ± 1°。因此, 基于卡尔曼滤波的姿态修正算法是有效的。
图6为一次典型直线行走试验结果。
图6 ( a) 分别给出了校正前后的GPS定位数据; 图6 ( b) 是加速度计的测量值, 表示车辆在前进过程中有剧烈的抖动。校正前, 由于车辆抖动导致GPS天线倾斜, 定位数据偏离实际的中心直线; 校正后GPS数据与规划直线变现出较好的一致性。图6 ( c) 为试验过程中姿态角的测量结果。结果表明: 在车辆运动较剧烈的情况下, 只用加速度计计算姿态角误差较大, 其结果不可靠; 而通过信息融合解算的姿态角结果精度较高, 误差一般不超过2°。
4结论
1) 直线行走试验表明, 所设计的组合导航定位系统能实现对GPS定位数据校正处理, 其结果更真实地反映了农业车辆的真实位置信息, 效果良好。
2) 多传感器信息融合算法解算姿态角的试验证明, 该惯性测量单元精度满足惯性导航对于姿态角测量的要求, 同时具有高准确度与测量系统小型化的特点, 适合农业自动导航的要求。
摘要：设计了一种基于全球定位系统GPS和捷联惯性导航系统SINS组合的农业车辆导航定位系统, 介绍了该系统的传感器组合及功用, 阐述了系统的硬件结构和工作过程。考虑到农用车辆在运动过程中接收到的GPS数据存在较大的定位误差, 提出了GPS和SINS联合导航算法, 利用SINS提供的姿态信息修正GPS定位数据, 提高系统定位的精度。为了准确测量姿态信息, 对多传感器集成模块ADIS16355的信息融合处理, 确定了基于卡尔曼滤波的融合算法用于测量姿态角。在构建实验平台的基础上进行了试验, 结果表明:通过多传感器融合算法可准确测量姿态角, GPS定位误差有效减少, 可更真实反映农用车辆的运动状态。
GPS导航定位技术 篇10
车载定位导航系统是集中应用了自动车辆定位技术、地理信息系统与数据库技术、计算机技术、多媒体技术、无线通信技术的高科技综合系统, 为车辆驾驶员提供自动车辆定位、行车路线设计、路径引导服务、综合信息服务、无线通信等功能。提供车辆的位置、速度和航向等信息是车辆导航定位系统的首要功能。对任何性能良好的车辆定位导航系统来说, 精度可靠的车辆定位是实现导航功能的前提和基础。
在车辆定位导航系统中, GPS定位误差的性质与其他GPS应用中的误差有所不同。因为车辆主要在高楼林立、林荫道纵横的城市环境中运行, 所以城市当中的电磁环境会严重的干扰GPS信号而使定位误差增大, 同时GPS接收机将遭遇非常复杂的, 且变化无常的多路径。在存在恶劣多路径的环境下, 多路径定位误差可高达几十米, 甚至上百米。因此在车辆导航定位中, 多路径误差就成为一个必须考虑的误差源。
1 多路径误差的原理及特性
1.1 多路径误差的原理
GPS信号接收机所测得的站星距离, 应该是GPS信号接收天线相位中心至GPS卫星发射天线相位中心的距离。接收的GPS信号理论上应该是从GPS卫星发射天线相位中心直接到达GPS信号接收天线相位中心, 称之为直接波。实际上除了直接波还有:地面反射波, 星体反射波, 介质散射波等几种间接波。GPS信号从高空通过电离层和对流层而到达地面时包括了直接从GPS卫星到达用户接收天线的直接波以及经过反射和散射而到达用户接收天线的间接波。GPS信号接收机所观测的GPS信号是直接波和间接波的合成波。所谓的“多路径误差”就是间接波对直接波的破坏性干涉而引起的站星距离误差。这种由多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。
在GPS信号接收天线接收的间接波中以地面反射波为主, 现以地面反射为例来说明这种组合。若天线收到卫星的信号为S, 同时收到经地面反射后的反射波信号S′。显然这两种信号所经过的路径不同, 其路径差值称为程差, 用Δ来表示, 由图1可以看出:
式中, H为天线离地面的高度, 反射波和直接波间相位延迟θ, 为
式中λ为载波的波长。
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, 有抑制反射波的功能, 所以反射波除了存在相位延迟外, 信号强度一般也会减少。
1.2 多路径误差的特性
经过一系列的研究和实验, 我们发现多路径效应有如下一些特点:
(1) 无论是码观测值还是载波相位观测值, 都受多路径误差的影响, 其中码观测值的多路径影响更为复杂些。其误差大约是载波相位多路径影响的几百倍。
(2) 在静态的测量中, 多路径误差对伪距观测的影响在良好条件下约为1.3m, 在反射很强的环境条件下约为4-5m, 严重时还将引起信号失锁。多路径效应对载波相位观测值的影响造成相位偏差, 给距离观测带入大约5cm的显著周期性偏差, 而高程影响可以达到±15cm。
(3) 多路径误差包括常数部分和周期性部分, 其中常数部分在观测时间段内一直存在, 无法削弱和消除, 周期性部分可通过延长观测时间予以削弱和消除。
2 多路径效应的消减方法
2.1 传统的技术
1) 接收机的方案
多路径误差在很大程度上取决于接收机的方案。若给定一组多路径参数, 相干延迟锁相环 (DLL) 的平均多路径误差比非相干延迟锁相环 (DLL) 的小。当多路径的相对相位变化率与码跟踪环带宽相比很大时, 相干 (DLL) 误差确实平均为零。
2) 采用相关器窄间隔的方案
在非相干DLL中采用超前和滞后相关器窄间隔的方法。利用小部分的相关函数 (在峰值周围) 来构成鉴相器, 可使最大多路径误差减少10倍, 并可完全消除相对延迟大约在一个码位或更大的多路径。
3) 采用抗多路经天线
在某些天线设计中, 通过增益方向图的赋形, 使天线自身具有部分多路径抑制性能。当用户天线离地面有一定高度时, 来自导航星的直达信号都从天线的主瓣上入射, 而由地面引入的多路径干扰主要从天线的旁瓣入射, 基于直达信号与多路径干扰的到达角不一样, 使用抗多路径天线是一种比较简单的方法。这种抗多路径天线的主瓣增益相对较高, 而旁瓣尽量小, 使等效反射系数很小, 达到抗多路径的目的, 适用于地面或海面反射的多路径干扰环境。
4) 采用空域和时域自适应天线阵列
该方法虽能抑制多路径效应, 但有时多路径误差可达几十米, 即使使用目前性能最优的接收机也难以消除如此大的多路径误差。
5) 采用加权几何精度因子选星的方法
采用加权几何精度因子选星方法并采用定位误差方差最小原则, 构造不同加权的GDOP值, 尽量不用那些多路径误差可能相对较大的观测方程。这种方法可以明显减小多路径对定位误差的影响。综合定位误差可减小到三分之一以下。
2.2 现代新技术
1) 多路径估计技术和多路径估计延迟锁定环技术
2) 利用信噪比SNR消弱多路径效应
通过分析GPS信号的信噪比SNR (Signal-to-Noise Ratio) 利用频率特性来消弱多路径效应。该方法从接收机接收的信噪比中包含了载波相位多路径的影响出发, 通过分离多路径信号成分和直达信号成分, 得到多路径对直达信号的影响量。来改正载波相位观测量, 达到消除或减弱多路径的目的。
3) 数字波束形成 (DBF) 技术与传统技术的结合
在天线部分应用自适应DBF算法, 干扰信号基本被消除, 但多路径信号残余较多, 尤其是当卫星处于较低的高度角时, 可能会发生多路径信号、电子干扰与卫星信号来自同一方向的情况, 此时DBF天线更难以消除多路径号和带内干扰, 需要在后处理中加入时域滤波和频域滤波等技术。
2.3 适用于车载定位导航中的技术
在城市环境下, 行驶的车辆所遭受的多路径随着位置的变化而变化。多路径干扰随空间和时间的变化而在不断的变化, 用单一的抗多路径天线空域处理或自适应滤波的时域处理方法都难以获得理想效果, 结合空域和时域两个方面的思想, 用时空自适应阵列处理应是一种比较好的选择。
在城市或者郊区, 多路径效应很明显且复杂多变, 多路径干扰主要是长程和短程混合信号, 这时需要基于导航信号的DBF+时域处理+频域处理的多维技术。此外, 削弱多路径效应的方法还有:利用非线性估计理论, 用扩展的Kalman滤波技术、用相位平滑技术、利用信噪比等一些技术。
3 结束语
车辆定位导航系统是智能运输系统中当前需求较为迫切、应用比较广泛的一个重要的应用系统, 是国际上公认的解决城市交通问题的有效途径之一。而如何提高车辆定位的精度也是车辆定位系统中需要迫切解决的事情。多路径效应是影响车辆精密定位的最大障碍, 如何消除或减弱多路径效应的影响已成为国内外学者研究的热点问题, 随着GPS接收机性能的提高, 新技术手段的应用, 多路径效应产生的误差定可以找到有效的消除或减弱的方法, 从而提高GPS车载导航的定位精度。
摘要：车辆定位导航技术是智能交通系统技术的核心部分, 是实现道路管理智能化的关键技术之一。本文分析了GPS车载导航系统中的误差, 并对多路径效应产生的误差进行重点分析, 通过对传统的解决多路径效应误差的方法的分析, 结合新技术指出了适合在车载导航定位系统中消除或减弱误差的方法, 从而可以提高车辆定位的精度。
关键词：车载定位导航系统,GPS,多路径效应,误差
参考文献
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GPS导航定位技术 篇11
【摘 要】国土测绘中采用GPS测绘技术，能够为国内各种国土工作的开展提供准确的参考数据，而各种国土测绘工作在开展过程中必须用到测绘技术及其相关仪器设备。GPS 以其测量精度高和自动化程序高的优势成为地籍测绘中的重要技术手段之一。
【关键词】 GPS 技术；地籍测绘；应用方法
GPS 在国土资源管理中的应用范围十分广泛，他能够帮助我们收集国家土地的相关信息。我国现阶段对于土地利用不断强化，对于地基测量的管理也面临着新的挑战。由于我国地员辽阔的原因，在进行地籍测量的时候不可能全部依靠人力而完成。为了能够在较短时间内得到精准的国土测绘管理信息，我们必须运用 GPS 设备进行相关信息的收集和检索。所以 GPS 技术在我国国土测绘管理中的应用是十分的广泛的。
1.GPS 在地籍控制测量中的应用
全球定位系统 GPS 卫星技术的迅速发展，给测绘工作带来了翻天覆地的变化，同时也对地籍测量工作，特别是地籍控制测量工作带来了巨大的影响。地籍测量管理是国土测绘管理的核心工作，主要是从事规定区域内土地及其附着物的界限、位置、面积、权属和利用现状等基本情况的调查和测定，并测绘出具体的几何形状、GPS 管理技术的应用为国土测绘管理、地籍测量、地籍控制测量等工作带来巨大的便利。根据国家土地局颁布的《城镇地籍调查规程》要求，地籍平面控制网方式主要有一级、二级小三角网；二、三、四等三角网一、二级 GPS 网；边角网、三边网等。应用 GPS进行地籍控制测量，点与点之间不要求互相通视，这样就可以避免了常规地藉测量控制时，点位选取的局限性，并且 GPS 网状结构对 GPS 网精度的影响也非常小。由于 GPS 技术具有布点灵活、全天候观测、观测方便及计算速度快、精度高等优点，使 GPS 技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用。
1.1 GPS 地籍控制网的优化设计
在经典三角测量的控制网中，兼顾精度、可靠性及成本费用等准则的优化设计已有许多研究和应用成果。与经典观测相比， GPS 观测具有更为复杂的函数和随机模型。尽管 GPS 具有灵活多变的布网方式，速度快、精度高等优点，但 GPS 地籍控制网的设计也存在优化问题。优化设计后的 GPS测量，更能显示出 GPS 卫星定位技术的高精度与高效益，并在地籍调查中发挥重大作用。在建立 GPS 地籍控制网时，影响控制网精度的主要因素是观测数据的精度， 而影响观测数据精度的主要误差来源可分为：①与信号传播有关的误差；②与接收设备有关的误差；③地球自转、相对论效应等影响所造成的误差；④与接收设备有关的误差等影响所造成的其他误差。
1.2 GPS 地籍控制网管理中的改进和完善
过去我们都是采用传统的经典三角测量的控制网，他的准确性、可靠性、全面性都有待于提高，同时它的成本费用也比较高，所以制约了国土测绘工作的开展。地籍测量的首要任务就是进行全测区的控制测量，他是测绘地籍图件和数据采集的基础。控制网点点位密度，GPS 地籍网可以按测区范围和先后次序分基本网和加密网两类。由于国土地区界址点密度较大，所以在保证网点的点位精度条件下，控制点密度力求增大到便于测定界址点，必要时在 GPS 网下再加密一级图根导线，便于能直接从图根点测定界址点。GPS各边比常规网边长变化幅度大并且长短边结合灵活方便，因此，各级网可视需要分期布设，也可一次性混合布设到需要的密度。这样对于 GPS 技术观测网的建立使用，大大提高了观测工作的精准度和效率。对 GPS 地籍控制网的优化布网方式的运用，可以充分发挥出 GPS 卫星定位技术高效率、高精准度的优势。与此同时，在建立 GPS 地籍控制网时，也应采取有效措施来克服影响 GPS地籍控制网精准度的因素，如地球自转、相对论效应、磁场变化等自然因素，这些容易造成信号传播过程中产生误差，从而容易造成数据信号接收系统与设备的误差，这将直接影响观测数据的准确性，影响控制网的精准度。因此，我们在应用 GPS 地籍控制网进行测绘时，既要注重细节，又要善于发现，争取早日找到克服误差因素的有效方法，提高国土测绘数据的准确性。
1.3 GPS 技术引入地籍细部测量
地籍细部测量是地籍调查不可分割的组成部分，他的目的就是测定每宗土地的权属界址点、线、位置、形状、数量等。根据地籍调查规程可知，在地籍平面控制测量基础上的地籍细部测量，对于国土外围界址点及街坊内明显的界址点之间的间距允许有10cm的误差，城镇街坊内部隐蔽界址点及村庄内部界址点之间的间距允许有15 cm的误差。利用 GPS RTK 技术完全能够满足上述精度的要求。对于影响 GPS 卫星信号接收的遮蔽地带应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，并采用解析交会法、极坐标法、图解交会法等进行地籍勘丈，这样更有利于加快地籍细部测量进度。
2. 位置基准点的偏差对 GPS 网的影响
GPS 网的基准包括网的位置基准、方向基准和尺度基准。而网的基准的确定是通过网的整体平差计算的。GPS 网的基准设计主要是指确定网的位置基准。确定网的位置基准， 可以选网中一点的坐标值加以固定，通过自由网伪逆平差或稳拟平差来确定网的位置基准。这种以最小的约束法进行 GPS 网的平差是对网的定向与尺度没有影响， 平差后网的方向和尺度以及网的相对精度都是一样的， 但网的位置以及点位精度却不一样。当应用 GPS定位技术代替常规测量建立地籍控制网时，由于 GPS 定位得到的是 WGS-84 坐标系的三维坐标，所以GPS 在参考椭球面上的网形与其在参考椭球面上的位置基准有关。在经度方向上位置基准的偏差能使 GPS 网产生整体旋转，但对于一定范围、高差较小的 GPS 网而言，其位置基准在经纬度方向上的偏差（一般 100m 以内）对投影在椭球上网形的影响可忽略不计，对于高差大的 GPS 网则要求有较精确的起算数据。由于位置基准在高程方向的偏差使投影在椭球面上的 GPS 网的尺度发生变化，所以，可用常规方法测定高程。
在国土测绘过程中，通过对现代测绘技术的有效应用，可以大大的提高国土测绘工作的效率，提高测绘信息的精确度。地籍测量往往具有范围大、界址点测量琐碎、数据更新快等特点，同时GPS 作为地籍测量中的一种测绘技术，他具有很多的优点，如：操作简便、减少人力费用、定位精度高、全天候作业等，但同时有时候也存在卫星可见度、信号屏蔽等问题。针对 GPS 的这种缺陷性，为了解决 GPS 无法测量部分地籍碎部点这一问题，提出了 GPS 与全站仪、GPS 与 CCD 相机、GPS 与手持式激光测距仪集成等测量技术措施。目前，我们正处于社会经济与科学技术迅猛发展的时代，只有让现代测绘技术不断适应时代的发展需求，才能不断改良国土测绘的新技术，并有效的应用这些技术，才能够更好的促进我国现代测绘技术的较快发展。
参考文献：
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GPS导航定位技术 篇12
1 全球定位系统
全球定位系统(Global Positioning System,GPS)由空间卫星星座、地面控制系统和用户接收机系统3 部分组成,是以卫星为基础的无线电导航定位系统,具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。
GPS系统在精确农业实施过程中异常重要,它一方面将农田各种信息给予准确定位,另一方面也是农机作业轨迹的依据。在收割机、拖拉机、深松机和播种机等机具上安装上GPS接受器,可以准确指示机具所在位置的坐标。
2 GPS在现代农业中的应用情况
2.1 农机作业信息化管理系统
2014 年,龙亢农场是农业部农业物联网区域试验工程大田生产物联网技术应用示范区,与中科院智能研究所和北京农业智能装备技术研究中心等科研院所合作共建农机作业物联网监管系统,探索农机作业信息化管理。为9 台(C110 、C230)大功率收割机和6 台(KAT 1504)大功率拖拉机安装农机终端、软件系统,并投入使用。
系统通过农机作业计量终端、作业视频终端、数据接收服务器和客户端软件,实现对农机作业实时定位、视频远程监控、农机作业精确计算、费用的自动核算和农机作业进度自动汇报,以提升农场农机装备水平、作业管理服务水平和服务效率。
通过GPS卫星精确定位,可以实时掌握农机的车牌号、作业实时位置和当前作业情况等信息,并将作业情况实时上传到龙亢农场农机精准作业监管服务系统中,使农机管理人员随时根据农机田间作业情况,对全场农机作业进行统一指挥和调度。
2.2 拖拉机GPS导航系统
拖拉机GPS导航系统(System150)由基准站、卫星定位组件、决策支持组件以及自动控制组件4 部分构成,其核心部件是一个电动方向盘,通过电流大小来改变电动方向盘的受力角度,安装调试方便。拖拉机GPS导航系统将卫星定位、决策支持以及自动控制有机地进行结合:基准站和卫星定位组件结合,实时、高精度定位出农机当前位置、速度等信息并提供给决策支持组件;决策支持组件反算出当前位置与规划路线的偏差并控制自动控制组件,进行合理的转向调整,最终实现自动控制,完成既定的工作目标。该系统的基站设在农场场部办公楼,设备要求农忙时期24 h工作,基站的覆盖半径可达20 km,另外配备一个可移动基站,可以完全覆盖全场地号的作业面积,满足农场农机田间作业要求。2 套GPS导航系统已于2014年安装使用,其主要优点为如下。
(1)提高土地利用率。农机使用自动驾驶系统进行播种和整地等作业时,结合线之间的偏差和千米直线度偏差可以控制在2.5 cm,大幅度提高了作业时交接行的精准度,提高农机作业质量,避免作业过程产生的“重、漏”现场,降低生产成本,提高土地利用率,增加了经济效益。
(2)减少农机驾驶人员作业强度,提高机车作业质量。农机驾驶员在拖拉机作业时,既要操作方向盘确定正确路线,又要时刻观察农具工作状况,精神高度集中,劳动强度大。该系统可以减轻驾驶操作人员的劳动强度,在作业过程中,驾驶操作人员不需要驾驶方向盘,可以用更多的时间注意观察农具的工作状况,有利于提高田间作业质量。
(3)精确播种工程。以往农机操作人员水平参差不齐,优秀的农机驾驶员较少,播行弯曲,交接行不准确等现象较多,不但播种质量差,而且增加了后续植保和收割等机械化作业难度。GPS导航播种具有播种均匀、深浅一致和行距相等的优点,这样的播种方式既可以节约大量的种子,又能使作物在田间获得最佳的分布,从而提高作物对营养和光照的利用率。
精确农业中利用GPS导航系统对农机自动导航,不仅可以减轻驾驶人员的劳动强度,还能精确地控制在田间行驶的机车,避免重复耕作。在安徽省2015 年农业春耕备耕会议筹备期间,使用GPS导航在迎会区域内播种面积200余hm2,开麦田畦沟48 km。播种的播行平直、间距相等和开麦田畦沟的端直,得到农业种植专家的充分认可。
2.3 农业信息采集样点定位
农业信息采集样点定位,即在农田设置的数据采集点、自动或人工数据采集点和环境监测点均需GPS定位数据,以便形成数字信息存贮与共享。
(1)土壤数据定位采集。根据《安徽农垦测土配方施肥田间试验及样品采集技术规范(试行)》,将测土配方施肥区域划分为若干个采样单元,每个采样单元的土壤性状要均匀一致,种植水平差异不明显。采集样品时,使用GPS接收机把样品采集点的位置精确地定位,将其输入计算机,计算机依据地理信息系统将采样点标定,绘出一幅土壤样品点位分布图。
(2) 土地面积定位测量。GPS测量土地定位精度较高,数据安全可靠。操作方便,容易使用。对作业条件要求不高,数据输入、处理、存储能力强,可与计算机连通。作业人员少,定位速度快。目前农场组织对全场土地进行GPS精确测量,为下一步农场规划提供依据。
(3)土壤深松作业。2015 年,龙亢农场土壤深松作业333.33 hm2,全部实现GPS监控,有效地提升了作业质量。
3 展望
相信在不久的将来,GPS将在农业中发挥更大的作用。将GPS技术和其他技术体系相结合,促进农场现代农业更好的发展。今后,龙亢农场将做到农机信息化管理的全覆盖,逐步实现以物联网为核心的农业信息化和现代化。
摘要：GPS在现代农业生产中具有核心地位,为农业生产提供实时高效准确的定位信息,为农机作业提供高效导航信息。随着现代农业向着更加精准的方向发展,GPS导航将会得到更加普遍的应用,将在现代化农业中起到愈加主导的作用。在农业生产中应用卫星定位系统,可提高农机作业交接行的精准度,提高农机作业质量,降低成本,增加经济效益。本文介绍了全球定位系统GPS导航技术在龙亢农场现代农业中的应用情况。
关键词：全球定位系统GPS信息化,GPS导航,精确播种
参考文献
[1]赵宏亮.现代化农业中GPS卫星定位和自动导航系统的应用[J].新农村,2013(4):33.