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卫星导航系统测试设备Labsat

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卫星导航系统测试设备Labsat在研发领域不可或缺,原因在于卫星导航系统在现代技术应用领域发挥着越来越重要的作用,而卫星导航系统测试设备Labsat中国总代理广州泽尔可以为技术人员提供完善的解决方案。

卫星导航系统测试设备Labsat的主要功能就是针对卫星导航系统,其中包括对上下游设备数据的测试、采集和校对。本文就试着分析介绍现有的几大卫星导航系统。

1. GNSS系统

GNSS的全称是全球导航卫星系统Global Navigation Satellite System),它是泛指所有的卫星导航系统,包括全球的、区域的和增强的,如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统,以及相关的增强系统,如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等,还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。国际GNSS系统是个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统

2.常见术语

Accuracy(准确度):在测量工作中,系统误差影响着观测成果的准确度。此处是指GPS接收机测量或估算的点位、时间 和/或 速度同它(它们)的真值相比较,带有系统偏差的符合度。无线电导航系统的准确度一般呈现出系统误差统计量度,具有如下特征:   

Availability(可用性):导航系统在实际覆盖区内提供服务的时间百分比。信号可用性是指不受外部信号源影响能正常传输导航信号的时间百分比。可用性是指运行环境的物理特性与传输设备的技术性能的综合表现。    

Bandwidth(带宽):信号的频率范围。    

C/A Code(粗测距/捕获 码):    

C/A码是“coarse/acquisition or clear/acquisition code”的缩写。此码是码长为1023比特位的二进制伪随机码序列,以1.023MHz的码率调制在GPS L1载波上,码的重复周期为1ms(毫秒)。C/A码有着良好的捕获特性,除了作为卫星的信号和P码的捕获码外,还广泛以粗测距能力用于一般民用导航定位工作,所以又称民用码Civilian code)。    

Carrier(载波):是具有特定波长的无线电波,有诸如频率、振幅、相位、波长等物理特征。它是传送信息的运载工具,在发射前先要由代表传输信息的调制波进行频率调制或幅度调制,然后载波携带着有用信号传达到用户接收设备。

Carrier frequency(载波频率):是电波发射器未调制的基波输出频率。例如,GPS L1 载波频率为 1575.42MHz

Circular error probable (误差概率圆,缩写为:CEP):单个观测值误差落在圆内的正态分布概率为50%时,圆半径的大小。    

Code division multiple access (码分多址,缩写为:CDMA):是频率复用的一种方法。借此,有许多无线电采用相同的频率但各自单独有一个唯一的码。GPS所采用的就是具有独特互相关特性的歌德(Gold)码码分多址技术。    

Data message(导航数据电文):包括卫星瞬时位置、时钟改正数、卫星健康状况的 GPS 报文信号以及GPS星座中其它卫星的粗略信息。    

DGPS(差分GPS):DGPS“Differential positioning”的简称。是一种用于改善定位和导航精度的技术措施。具体做法是在已知点上设站连续观测求取改正数,以实时传送或后处理方式,对同一测区作同步观测的其它接收机的定位数据进行改正。    

Distance root mean square (距离中误差,缩写为:drms):距离测量的均方根误差(标准差)。在GPS定位应用中,指观测误差落在以2  drms(两倍距离中误差)为半径的圆内的概率小于等于95%

Dilution of Precision (精度弥散,缩写为:DOP):是卫星几何分布对定位坐标不定性纯几何影响的描述。GPS具体应用中的叫法有:    

          GDOP——几何精度弥散,包括三维空间坐标分量另加时钟误差。

            PDOP——位置精度弥散,包括三维空间坐标分量。

            HDOP——平面精度弥散,包括二维平面坐标分量。

            VDOP——垂向精度弥散,仅含高程量。

            TDOP——时间精度弥散,仅含时间误差。

            RDOP——相对精度弥散,化成60秒标准的精度弥散。

Doppler shift(多普勒频移):由于波源发射器(如GPS卫星)与接收机的相对运动引起信号频率的视听变化。    

Elevation(高程):由于在 GPS 中未明确定义大地水准面,一般是指以平均海水面起算的高程。    

Elevation mask angle(截止高度角):为了屏蔽遮挡物(如建筑物、树木等)及多路径效应的影响所设定的蔽遮高度角,低于此角视空域的卫星不予跟踪。    

Ephemeris(星历):是指天体运行随时间而变的精确位置或轨迹表,它是时间的函数。具体应用中有广播星历broadcast ephemeris)与后处理精密星历precise ephemeris)之分。   

Epoch(历元):指观测采数记录间隔或数据采样率,例如,取历元为15秒,即每隔15秒钟观测采数一次;30秒的历元下载数据Loading data using 30-second epochs

Ionosphere(电离层):是地面上空130Km—190Km被电离化的大气层,属异质弥散型无线电波信号介质。当GPS信号穿过电离层时,会使信号传播路径发生曲折,从而影响站星几何距离的准确度(产生系统偏差)。

Ionospheric delay(电离层延迟):是电波穿过电离层经受的延迟。相位延迟取决于电子含量和对载波信号的影响。群延迟取决于电离层的    

弥散度以及对信号调制(码)的影响。相位延迟与群延迟的幅度相同而符号相反。    

Ionospheric refraction(电离层折射):无线电波信号穿过电离层引起传播速度的改变。从而给所测星几何距离带来偏差。    

Kalman filter(卡尔曼滤波):是一种用于跟踪随时间而变化的信号有关噪音处理的数学方法。    

L-bandL波段):指 390MHz—1550MHz 频率范围的无线电波组群。GPS载波频率(1227.6MHz 1575.42MHz)属于L波段。    

L1 signalL1信号):GPS卫星传播信号的主频道是L波段的L1频道(1575.42 MHz),L1频道上调制有C/A码、P码与导航电文等信息。    

L2 signalL2信号):GPS卫星传播信号的主频道是L波段的L2频道(1227.6 MHz),L2频道上调制有P码与导航电文等信息。    

Multipath(多路径):接收机所收到GPS信号经由建筑物、水面或其它反射物表面反射抵达接收机天线的干扰信号。经反射的信号路径增长了,其伪距存在系统偏差,致使定位结果不准。

Nav message(导航电文):由各GPS卫星在L1 /L2信号上,以50 bps(每秒比特)播发的1500bit(比特)导航电文。电文包含有系统时间、时钟改正参数、电离层延迟模型参数、卫星星历及卫星健康状况等。这是为了给用户提供时间、位置坐标、速度等结果数据,而用于GPS信号处理的有关信息。    

Observation(观测):用两台及以上接收机同步采集数据的时间过程。    

P-code(精码):是GPS信号的精确测距码,连同特殊接收机,只供美国及其同盟国专用。P码是一种很长的伪随机二进制双相序列,以  10.23MHz 的码率调制在GPS载波上,重复周期为267天。此码以周划段每周复位一次,故在一周内对一颗GPS卫星而言具有唯一性。    

Position dilution of precision (位置精度弥散,缩写为:PDOP ):是一个表示用户定位误差与卫星位置分布之间相关关系的无单位质量因数,它是定位观测所采用的卫星几何排布状况的函数。就几何意义而言,PDOP值与由接收机到被观测的四颗卫星的连线所构成的六面锥体体积的倒数成正比,诸如较小的PDOP“3”,就有利于获得较好的定位结果,而PDOP值越大对定位越不利。锥体体积越大相应PDOP就小,各卫星之间适当分散排布可能更有利些。   

Phase lock(锁相):是将振荡器信号相位随即准确生成参考信号的技术。接收机首先比对两个信号的相位,再取二者的相位差去调整参考振荡器的频率。当两个信号在下次比对时便消除了相位之差。    

Point Positioning(单点定位):用一部GPS接收机以单点独立观测模式获取地理坐标。    

 Precise Positioning Service (精密定位服务,缩写为:PPS):用双频P码,由GPS提供的动态高精度定位。    

Pseudolite (shortened form of pseudo-satellite)(虚拟卫星接收机):一种能模拟GPS卫星信号并能用于测距的基差分GPS接收机 。其信号中的数据部分包含有差分改正数,用于供别的接收机来改正由GPS带来的误差。    

PRN - Pseudorandom noise(伪随机噪声码):是用于表征象噪声那样具有随机分布可准确复制“1”“0”数字序列。其最重要的特性是对所有时间延迟自相关值低,或者说是在码精确对齐时,时间滞后问题显露不出来。每颗 GPS 卫星都有唯一的C/A码和P码,它们都属于伪随机噪声码。    

Pseudorange(伪距):是观测而得的站星距离,由于尚未对因卫星时钟与接收机时钟同步误差的影响加以改正,在所测距离中包含着时钟误差因素在内,故称伪距

Radionavigation(无线电导航):是采用特定的无线电传播手段,为导航测定点位坐标,或获取相对点位的信息。GPS就是一种无线电导航的方法。

Range rate(距离变化率):是指由于卫星相对于接收机在不断移动,接收机与卫星之间的距离随时间而不断改变的变化率。距离变化率由观测卫星载波多普勒频移来测定。    

Relative navigation(相对导航):类似于相对定位的技术,除了以一台接收机固定不动(基准站)连续观测外,其它的接收机置于可移动的载体上作相对流动。无线数据链用于将基准站的改正数实时传播给流动的船只或飞机,以便提高实时导航精度。    

Relative positioning(相对定位):用两台及以上的GPS接收机设站同步观测求解相对点位坐标差的作业模式称为相对定位。在求解相对定位(基线向量)的数据处理中常用到各种差分技术,将共同的卫星钟差、星历误差、大气时延等等予以消减,从而大大地提高了定位精度 。   

Reliability(可靠性):在指定时间范围的已知条件下,实现某种功能成功(不失败)的可能性(概率)。    

Satellite constellation(卫星星座):指一组卫星的空间排布。就GPS而言,整个运行星座由六个轨道,每个轨道四颗卫星组成。GLONASS由三个轨道,每个轨道八颗卫星组成。   

SV(空间飞行体):在GPS系统中特指“GPS卫星。    

UTC(协调世界时):“Universal time coordinated”的缩写。    

WGS-8484世界大地坐标系):“World Geodetic System 1984”的缩写,为 19871月起,GPS所采用的数学椭球体经定位、定向所形成的定位参照系。    

 

3.常见问题

1.导航设备无法定位或者定位慢

检测设备的主机,天线是否正常,通电是否正常,连接是否正常,电流电压是否和出厂标称值保持一致,逐一排除;天线是否被遮挡,周围是否有干扰(高压线,雷达等);车载设备要考虑自身的电磁干扰

 

2.导航设备定位偏差大(PVT  P-位置 V-速度 T-时间)

主机引擎老化,元器件损坏,天线相位中心偏差增大,天线LNA损坏,天线损坏

周边环境干扰。导航本身选用引擎的处理算法一般

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