交通信息采集技術(shù)智慧交通學(xué)院陳思睿chensirui@簽到問題2衛(wèi)星定位采用三球定位原理，但是確定接收機(jī)具體位置需要引入第4顆衛(wèi)星，主要是為了消除什么誤差?A.衛(wèi)星軌道誤差B.時鐘誤差C.多徑誤差B.時鐘誤差3課前回顧RDSS:衛(wèi)星無線電測定服務(wù)（RadioDeterminationSatelliteService）用戶至衛(wèi)星的距離測量和位置計算由外部系統(tǒng)通過用戶的應(yīng)答來完成。特點(diǎn)是定位與通信相結(jié)合。有源定位系統(tǒng)。RNSS:衛(wèi)星無線電導(dǎo)航服務(wù)（RadioNavigationSatelliteSystem）由用戶接收衛(wèi)星無線電導(dǎo)航信號，自主完成至少到4顆衛(wèi)星的距離測量，進(jìn)行用戶位置，速度等參數(shù)計算。無源定位系統(tǒng)。GNSS：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem）GNSS是一個能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為特定裝備的用戶提供24小時、三維位置坐標(biāo)、速度以及時間信息的空基無線電定位系統(tǒng)，包括一個或多個衛(wèi)星星座及其支持特定工作所需的增強(qiáng)系統(tǒng)。[1998年聯(lián)合國第三屆太空探索與和平使用大會框架文件A/CONF.184/BP/4]浮動車技術(shù)4GNSSGlobalNavigationSatelliteSystem泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括全球的、區(qū)域的和增強(qiáng)的為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)目前在軌運(yùn)行/正在建設(shè)的GNSS實例全球系統(tǒng)區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星基增強(qiáng)系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航提供的主要服務(wù)類型公開服務(wù)◆標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(StandardPositioningService,SPS)◆免費(fèi)、公開。◆精度一般，無保障?！裘裼糜脩?。授權(quán)服務(wù)◆精密定位服務(wù)(PrecisionPositioningService,PPS)◆不公開。◆精度高，有保障?！糗娛掠脩?、公共特許用戶、商業(yè)用戶。精度的定義精密度(precision)是用來表示測量結(jié)果中各獨(dú)立測量結(jié)果間的分散性。準(zhǔn)確度/精確度(accuracy)是指測量結(jié)果與被測量真值的一致程度精度：用來表征一個量的觀測值與其“真值”接近或一致的程度，常用誤差(error)來表示。通常指的是準(zhǔn)確度/精確度accuracy。衛(wèi)星導(dǎo)航常用精度描述方法最大誤差（MaximumError）均方根誤差（RootMeanSquare，RMS)圓概率誤差（CircularErrorProbable，CEP)球概率誤差（SphericalErrorProbable，SEP)均方根誤差（RootMeanSquare，RMS)均方差(MSE)的算術(shù)平方根；若估計是無偏的，則RMS等于標(biāo)準(zhǔn)差，因此RMS也稱為“中誤差”或“標(biāo)準(zhǔn)差”。均方根誤差（RootMeanSquare，RMS)在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，通常可以認(rèn)為估計結(jié)果是無偏的，并且測量誤差服從正太分布，因此，常用標(biāo)準(zhǔn)差中的σ，2σ，3σ來表征探測概率。對于二維測量，探測概率以置信橢圓（用于二維定位）來描述樣本的分布情況，分別表示二維位置坐標(biāo)的分量的標(biāo)準(zhǔn)差。由于橢圓誤差在實際使用中沒有重要的意義，因此，通常會采用“等概率誤差圓”來表示。其半徑是根據(jù)定位點(diǎn)落在該圓內(nèi)的概率與落在橢圓內(nèi)的概率相等（或成比例）計算確定，這個誤差圓的半徑DRMS（距離均方根誤差或稱為圓徑向誤差）即為沿橢圓長半軸和短半軸的1倍σ誤差分量的平方和的平方根。均方根誤差（RootMeanSquare，RMS)σx=1.554mσy=1.500mDRMS=2.16m2DRMS=2*DRMS=4.32m圓概率誤差（CircularErrorProbable，CEP)是在以天線真實位置為圓心的圓內(nèi)，偏離圓心概率為50%的二維點(diǎn)位離散分布度量，記做:CEP或R50。95%概率的二維點(diǎn)位精度是在以天線真實位置為圓心的圓內(nèi)，偏離圓心概率為95%的二維點(diǎn)位精度分布度量，記做:CEP95或R95。球概率誤差（SphericalErrorProbable，SEP)以天線真實位置為球心的球內(nèi)，偏離球心概率50%的三維點(diǎn)位精度分布度量。對同一組樣本，按誤差概率大小可知：CEP<DRMS<R95<2DRMS常見的接收機(jī)精度表示示例定位精度水平：≦2.5m(CEP)垂直：≦5m(CEP)測速精度≦0.2m/s(CEP)定位精度水平：≦10m(1σ或RMS，PDOP<6)垂直：≦10m(1σ或RMS，PDOP<6)測速精度≦0.2m/s(1σ或RMS，PDOP<6測量誤差測量誤差空間段誤差源：衛(wèi)星鐘差、相對論效應(yīng)地面控制段誤差源：星歷誤差（軌道誤差）用戶段誤差源：接收機(jī)噪聲、接收機(jī)鐘差、天線相位中心偏差。信號傳播誤差源：電離層延遲、對流層延遲、多徑效應(yīng)就定位而言，由于星歷誤差直接影響衛(wèi)星位置速度的計算精度，因此，通常將誤差源分為四大類：①與衛(wèi)星有關(guān)的誤差；②與接收機(jī)有關(guān)的誤差；③與信號傳播有關(guān)的誤差；④其他誤差星歷誤差由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。產(chǎn)生原因：地面控制段在推算衛(wèi)星星歷時，使用不同的模型來預(yù)測衛(wèi)星的軌跡，此過程存在模型誤差，從而導(dǎo)致控制段發(fā)布的星歷存在誤差。廣播星歷（預(yù)報星歷）的誤差約為2m。星歷誤差/星歷誤差衛(wèi)星鐘差產(chǎn)生原因：衛(wèi)星鐘差是衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GNSS時之間的誤差。修正方法：一般可由主控站通過對衛(wèi)星時鐘運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測確定，通過衛(wèi)星的導(dǎo)航電文提供給接收機(jī)。經(jīng)鐘差改正后，各衛(wèi)星之間的同步差可保持在20ns以內(nèi)。顯然，修正后仍然會存在殘差。與信號傳播有關(guān)的誤差對流層，大氣有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動，對流層由此得名。對流運(yùn)動的強(qiáng)度和伸展的高度隨緯度、季節(jié)而變化。電離層，也稱熱層，是指中間層頂?shù)?00km高度之間的氣層。熱層中的氣體成分在強(qiáng)烈太陽紫外輻射和宇宙射線作用下，處于高度電離狀態(tài)，故而得名。熱層中不同高度電離程度不均勻。與信號傳播有關(guān)的誤差大氣折射：信號在穿過大氣層時，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲，也稱大氣延遲。在衛(wèi)星導(dǎo)航測量定位中，通常僅考慮信號傳播速度的變化。色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)不同；非色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同。對衛(wèi)星導(dǎo)航信號而言，電離層是色散介質(zhì)，對流層是非色散介質(zhì)。電離層電離層對信號傳播的影響電離層中的電子含量與太陽活動密切相關(guān)。太陽活動劇烈時，電子含量增加。太陽活動周期約為11年。對流層延遲對流層的粒子多數(shù)是中性離子，對頻率低于30GHz的無線電信號沒有散射作用。對流層的折射與地面氣候、大氣壓力、溫度和濕度變化密切相關(guān)，這也使得對流層折射比電離層折射更復(fù)雜。衛(wèi)星信號在通過對流層的過程中，不僅速度發(fā)生變化，而且傳播方向也發(fā)生變化，傳播路徑呈曲線。對流層折射的影響與衛(wèi)星的高度角有關(guān)，觀測衛(wèi)星的高度角越小，對流層對信號傳播的影響越大。在天頂方向的影響約2~3m，在地面方向的影響可達(dá)20m。因此，在應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航時，通常避免觀測高度角低于15°的衛(wèi)星，以減弱對流層的影響多路徑效應(yīng)接收機(jī)接收信號時，如果接收機(jī)周圍物體所反射的信號也進(jìn)入天線，反射信號和來自衛(wèi)星的直達(dá)信號相互疊加，則產(chǎn)生衰落。這種由于多徑信號傳播所引起的衰落被稱作多路徑效應(yīng)。時鐘誤差接收機(jī)鐘差是GNSS接收機(jī)所使用時鐘的鐘面時與GNSS時之間的差異。衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)一般設(shè)有較高精度的時鐘，如果接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘之間的同步差為1s，則引起的等效距離誤差為300m。衛(wèi)星定位原理28BDS發(fā)展歷程BDS試驗系統(tǒng)（北斗一代）：1983年陳芳允院士提出，1994年開始研制，2003年完成組建伽利略系統(tǒng)合作計劃正式系統(tǒng)（北斗二\三代）：2004年-2020年空間段由導(dǎo)航衛(wèi)星構(gòu)成，保證地球上任何一點(diǎn)存在一定數(shù)量的可視衛(wèi)星。向用戶播發(fā)導(dǎo)航信號，為用戶段提供導(dǎo)航服務(wù)。與地面控制段通信。接收地面控制段發(fā)送的導(dǎo)航電文、響應(yīng)地面控制段的控制信號等?？臻g段導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道高度范·艾倫帶——選擇衛(wèi)星軌道高度的重要因素之一，當(dāng)高度低于700km時還要考慮大氣阻力對衛(wèi)星運(yùn)動的影響。因此，通常確定衛(wèi)星高度的3個窗口是：●700～1500km；●5000～13000km附近；●20000km以上。范·艾倫帶（VanAllenBelts）：以范·艾倫命名的帶電粒子組成的高能粒子帶，它由高度分別從大約1500～5000km和從13000～20000km的內(nèi)外兩層組成，具有強(qiáng)電磁輻射。因為范·艾倫帶中的α粒子、質(zhì)子和高能粒子的穿透力強(qiáng)，對電路破壞性大，所以為了避開強(qiáng)電磁輻射對衛(wèi)星的影響，衛(wèi)星運(yùn)行軌道高度的選擇受到限制?？臻g段事實上，目前導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道只有三類中地球軌道(MediumEarthOrbit,MEO)傾斜同步軌道(InclinedGeosynchronousOrbit,IGSO)地球靜止軌道(GeostationaryEarthOrbit,GEO)大量的導(dǎo)航信號可以使用空間段包括：主控站、監(jiān)測站、注入站（又稱上行任務(wù)站）地面控制段接收衛(wèi)星信號、采集氣象信息，并送給主控站。(監(jiān)測站)對監(jiān)測站發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，產(chǎn)生衛(wèi)星測控信息、編算導(dǎo)航電文等。(主控站)將衛(wèi)星軌道測控信息、導(dǎo)航電文等通過上行鏈路注入衛(wèi)星。(注入站)通常主控站有1~2個（備份），注入站和監(jiān)測站可在全球范圍內(nèi)以一定數(shù)量進(jìn)行布設(shè)。包括：主控站、監(jiān)測站、注入站（又稱上行任務(wù)站）地面控制段用戶段用以接收、處理導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的電磁波信號并獲得PVT信息的設(shè)備。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的導(dǎo)航服務(wù)使用者。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中唯一一個未被定義和不受控制的部分。因此這一部分為研究者留下了最多的想象、設(shè)計和發(fā)揮的空間。交