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GNSS在跟踪测量中的应用简介

(2006-06-15 14:32:00)
分类: 航空技术知识

GNSS在跟踪测量中的应用简介

 

 

航空与航天飞行器的跟踪测量中,GNSS被广泛用于运动轨道的实时跟踪、定位,飞行两运动体的防撞、对接,地面测控网站的定位及统一授时等方面。
   
目前,已在天空运行的卫星定位、导航系统有美国的全球定位系统GPSNavigation Satelling Timing Ranging/Global Positioning System)及俄罗斯的全球导航卫星系统Glonass (Global Navigation Satellite System)。两个系统是相互兼容的,接收机收到两者的卫星信号,即可任意组合进行定位、导航,这种具有兼容功能的接收设备简称为GNSS
   
随着人们对全球卫星定位系统认识逐步加深,特别是近些年来GNSS接收设备的硬件及软件快速发展,GNSS在跟踪测量中的应用越来越深入、广泛。
    GNSS
方式是基于全球复盖的定位卫星星系,而且它们的发射功率及天线波束确保在地球的任何地方以及地球表面至定位星系的整个环球立体空间均有足够的扩频信息能量,供GNSS接收设备接收解调,只要GNSS接收天线在飞机等飞行器上安装得当。所以GNSS跟踪测量的作用距离是不受限制的。
    
采用GNSS这种天基体系,GNSS接收设备装于飞行器上,飞行器可以在任何地方、任何高度,借GNSS俯视全球,没有最低测量高度的限制。
    GNSS
跟踪测量是通过接收多个定位卫星信息,进行时空几何关系运算进行跟踪测量。
   
两飞行体中的每一个上面安装两付GNSS接收天线,以长度相等的馈电电缆接入一部24通道GNSS接收机及定位数据的解算设备。两飞行体之间数据交换采用蓝牙(Bluetooth)芯片。蓝牙设备是一种近距离通信、数据传输系统,射频为2.4GHz,在其频带上设立79个带宽为1MHz的信道,用每秒钟切换1600次的频率、滚齿(hobbing)方式的频谱扩散技术(FMSS),实现电波的收发。设备采用GFSK技术,话音、数据同时传输,通信协议用TDMA方式。最高数据传输速度1Mbps(有效传输速度721Kbps)。
   
两付天线分别接入一部24通道接收机中的12个通道,主副相依,以测算AB间视在距离(由飞行体姿态及航向数据在地心坐标系中推演出)作为差分基准,实施首次位置差分。通过蓝牙通信进行两飞行体间数据交换,完成二次主副差分。经双重差分,对消除系统测量中卫星时钟误差,星历误差,接收机本振误差,电离层误差,对流层误差等有特效。
   
单个飞行体的轨道测量采用伪距与载波相位结合。伪距的观测量是定位卫星发射的伪随机码信号与接收机本地信号之间的时延量,它是定位卫星与接收机之间距离的函数。其定位精度取决于伪随机码的速率,也即码元宽度,测距误差是码元宽度的0.1~0.01,故伪距差分的测量精度为米级。
   
载波相位差分,其观测量是定位星载波信号与接收机本地信号之间的相位差。L波段载波相位差分的测量精度为厘米级,关键在于解决其相位模糊问题。所幸的是,天空中跟踪测量的自然及电磁环境良好。利用超冗余24通道接收,双天线、宽巷多卫星体系、双重差分等措施有效地避免了载波环跳周,确保多普勒测速的连续性。同时或优选模糊函数法、Extrawidelaning技术、最小均方模糊搜索等解算方法,可较好地解决整周模糊。
   
当获取两飞行体精确的相对位置数据和准确的时间,即可根据预先设定的工作点,启动对接程序,加油程序,调整航线航向程序等。





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