基于双GPS接收机的自主定位定向系统的设计与实现精.doc

第35卷第3期2010年5月测绘科学ScienceofSurveyingandMappingVol35No3May作者简介:李可心(1980,男,河北隆化人,讲师,硕士,主要研究方向为信息融合、雷达数据处理。Emai:llekexin@收稿日期:20081022基金项目:国防预研项目(BZ20070278基于双GPS接收机的自主定位定向系统的设计与实现李可心,夏宏森(沈阳炮兵学院电子侦察指挥系,沈阳110162摘要通过对目前武器装备定位定向手段存在的不足进行分析,提出了基于双GPS接收机的自主定位定向系统的设计方案,给出了该系统的结构组成,阐述了定位定向的基本原理,并对实现该系统的关键技术进行了研究。实践证明,该系统定位定向时间短、精度高,使用方便可靠,满足武器装备作战使用的要求,对于提高武器装备的快速反应能力具有重要的意义。关键词自主定位定向;全球定位系统;载波相位差分中图分类号P2281文献标识码A文章编号10092307(20**********引言在未来战争中,自行火炮和炮兵侦察校射雷达等间瞄武器和侦察定位装备(统称载体正发挥着越来越重要的作用。在影响这些武器系统作用发挥的诸多因素中,测地保障是其中最重要的因素之一。能否为这些装(备提供全天候、实时、快速、准确地测地保障,将直接影响到炮兵火力反应的速度和侦察定位的精度,甚至关系到战斗的成败。由于未来高技术条件下作战全天候、全天时的特点,作战行动将不分昼夜连续实施,而我军目前的测地保障受测地车、测地器材等条件的限制,在夜间实施的难度较大,并且增加了组织协同的复杂性。当对载体定位定向的时间和精度要求较高时,以往只能采用基于惯性技术的导航寻北仪,这种装置的主要缺点是成本高,一般在30万以上。GPS一般只用于定位,无法对载体进行定向[1]。为解决这一方面的问题,我们研制设计了基于双GPS接收机的自主定位定向系统。该系统内置两台GPS接收板,采用载波相位差分定位技术,实现对载体的定位定向,具有成本底、性价比高、使用范围广、定位定向时间短、精度高的特点。2系统的结构组成及基本工作原理21系统结构组成系统的组成框图如图1所示。图1自主定位定向系统组成框图中心计算机选用STX接口连接形式的嵌入式PC,用以完成对整个系统的控制及数据处理。该模块体积小、功耗低,对外接口形式方便、可靠。模块通过STX接口直接连接用户自行开发的特殊功能底板,可实现真正意义上的嵌入式应用,减少中间连接环节,提高了可靠性。GPS接收板采用较为先进的AshtechG12接收板,其作用是处理从天线过来的卫星信号,转化成能够计算机处理的数字信号。AshtechG12接收板以其优越的性能在高精度海、陆、空导航应用中建立了一个新标准,这种功能强大的12通道接收机为实时导航、定位和原始数据输出提供20HZ更新率。G12差分精度优于40cm,定位等待时间小于50ms,它提供的精确三维位置可以满足高端OEM系统集成的应用要求。G12融合了全视野跟踪,能同时跟踪12颗星且失锁后的重捕时间小于2s,获得的定位精度优于40cm,且几乎于捕捉到卫星后立即得到这样的精度,不精确的信号由RAIM(接收机自主完善性监测消除,而且Ashtech的选通相关技术能有效地消去多路径效应,从而获得最佳的定位精度。该系统配有RS232定位定向数据输出接口,实现与其他设备进行数传通讯的功能。战时根据作战需要,可扩展为数字化自动定位定向指挥系统。为保证装备的统一供电要求,该系统采用+12V电源供电。22定位原理GPS(GloblePositioningSystem全球定位系统是美国第二代卫星导航系统,其基本原理是通过GPS接收机对卫星发出的伪距信号进行解码,计算出地球上的绝对位置,为了获得定点的定位信息,必须同时依赖四颗卫星。按照定位方式,GPS定位可以分为单点定位和相对定位(差分定位。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机的位置,它只能采用伪距观测量,虽然设备简单,但是由于受到卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差的影响,其定位精度较低,约为5~10m的精度级。差分GPS分为两大类:伪距差分和载波相位差分。其中载波相位差分(RealTimeKinematic是一种将GPS与数传技术相结合,实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法,经实时解算进行数据处理,在1~2s时间里得到高精度位置信息的技术[2,3]。本系统采用载波相位差分技术,将其中一台GPS接收机作为基准站,另一台作为移动站,将基准站采集的载波相位发送给移动站,进行求差解算坐标。载波相位差分可以抵消系统的公共误差,使定位精度达到厘米级。载波相位差分的观测模型为:=+cdT-dt+N+dtrop-dion+dpral+式中:相位测量值,m;星站间的几何距离;c光速;第3期李可心