無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(3 5)第2章課件

2.3定位原理無(wú)線電導(dǎo)航定位，就是通過(guò)電參量所測(cè)量到的幾何參量確定用戶(hù)位置。一種方法就是通過(guò)測(cè)量的幾何參量與幾何位置之間的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行位置的確定，稱(chēng)之為位置線法；另一種通過(guò)電測(cè)量的高階運(yùn)動(dòng)參量，如速度等，積分確定位置，稱(chēng)之為推航定位。2.3定位原理無(wú)線電導(dǎo)航定位，就是通過(guò)電參量所測(cè)量到的幾12.3.1位置線法導(dǎo)航幾何參量通常都是空間坐標(biāo)的標(biāo)量函數(shù)，這樣的標(biāo)量函數(shù)就構(gòu)成了空間的標(biāo)量場(chǎng)，在三維空間中，它們分別對(duì)應(yīng)著空間中各種類(lèi)型的曲面。工程應(yīng)用中所測(cè)得的幾何參量往往為一個(gè)固定的數(shù)值，對(duì)應(yīng)于標(biāo)量場(chǎng)中的等位面：，通常稱(chēng)之為位置面（角位置面和距離位置面）。位置面之間的交線稱(chēng)之為位置線。2.3.1位置線法導(dǎo)航幾何參量通常都是空間坐標(biāo)的標(biāo)2如果通過(guò)無(wú)線電方式測(cè)量到了三個(gè)獨(dú)立的幾何參量，則可以得到，三個(gè)獨(dú)立的位置面方程：因而可以得到載體在空間中的三維位置。地球表面的運(yùn)動(dòng)載體（或者是空中具有高度測(cè)量設(shè)備的載體）通常只需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)幾何參量（或位置面）就可以進(jìn)行平面定位。如果通過(guò)無(wú)線電方式測(cè)量到了三個(gè)獨(dú)立的幾何參量，則可以得到，三3一、角位置面角參量都是相對(duì)一定的基準(zhǔn)方向而言的,如偏航角是機(jī)頭方向相對(duì)于飛機(jī)與導(dǎo)航臺(tái)的連線基準(zhǔn)方向可以是直線，也可以是平面，視具體的導(dǎo)航方式而定。其位置面分別如下圖所示:一、角位置面角參量都是相對(duì)一定的基準(zhǔn)方向而言的,如偏航角是4無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件5無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件6二、距離位置面若測(cè)量的是距離差，則位置面為雙曲面，其代數(shù)方程為：

若測(cè)量的是距離，則位置面為球面，其代數(shù)方程為：

二、距離位置面若測(cè)量的是距離差，則位置面為雙曲面，其代數(shù)7如果測(cè)量的是偽距，則不能用位置面的物理含義來(lái)理解。偽距不再像距離（差）那樣只是空間坐標(biāo)的函數(shù)，而是包含時(shí)間和空間的四維物理量。假如用戶(hù)和導(dǎo)航臺(tái)站的時(shí)鐘沒(méi)有同步，那么用戶(hù)測(cè)量到的偽距與用戶(hù)與導(dǎo)航臺(tái)站的距離和鐘差的關(guān)系如下：如果測(cè)量的是偽距，則不能用位置面的物理含義來(lái)理解。81、偽距所測(cè)量到的不僅包含未知位置參量的物理量，而包括用戶(hù)和導(dǎo)航臺(tái)站的未知鐘差在內(nèi)。2、假如各個(gè)臺(tái)站沒(méi)有同步，未知參量總比測(cè)量的物理量個(gè)數(shù)多三，不可能定時(shí)定位的。系統(tǒng)要求所有的臺(tái)站進(jìn)行時(shí)間同步，并維護(hù)統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)，稱(chēng)之為系統(tǒng)時(shí)。3、通過(guò)對(duì)同步了的臺(tái)站組測(cè)量四個(gè)偽距參量即可解算出用戶(hù)的位置坐標(biāo)和用戶(hù)的時(shí)間誤差（相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)），能夠?qū)τ脩?hù)進(jìn)行無(wú)源授時(shí)。1、偽距所測(cè)量到的不僅包含未知位置參量的物理量，而包括用戶(hù)和9迭代及最小二乘解算法迭代及最小二乘解算法10無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件112.3.2推航定位推航定位是許多自備式導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的主要方式。它的基本原理是運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的積分關(guān)系。它的主要步驟為：1、給定用戶(hù)或載體出發(fā)時(shí)刻的初始位置坐標(biāo)；2、測(cè)定用戶(hù)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度參量（通常在用戶(hù)的載體坐標(biāo)系中）；3、利用航姿系統(tǒng)所測(cè)量的姿態(tài)信息，橫滾角r（roll）,俯仰角p（pitch）,航向角y（yaw），導(dǎo)航計(jì)算機(jī)就可以將測(cè)量的載體坐標(biāo)系中的速度分量轉(zhuǎn)換到地平坐標(biāo)系。4、經(jīng)積分運(yùn)算，實(shí)際實(shí)現(xiàn)中是求速度與時(shí)間乘積的累加和，得到用戶(hù)的位置坐標(biāo)。2.3.2推航定位推航定位是許多自備式導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的主12如果測(cè)得的速度數(shù)據(jù)或者姿態(tài)數(shù)據(jù)有誤差，則推航系統(tǒng)的位置誤差將具有隨時(shí)間積累的特性。長(zhǎng)時(shí)間的推航之后，需要對(duì)推航位置信息進(jìn)行更正。一般可以在載體通過(guò)導(dǎo)航臺(tái)站或者地標(biāo)時(shí)重新進(jìn)行空間位置對(duì)準(zhǔn)。如果測(cè)得的速度數(shù)據(jù)或者姿態(tài)數(shù)據(jù)有誤差，則推航系統(tǒng)的位置誤差將132.4時(shí)間同步時(shí)鐘同步也叫“對(duì)鐘”。所謂系統(tǒng)中各時(shí)鐘的同步，并不要求各時(shí)鐘完全與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘物理對(duì)齊。只要求知道各時(shí)鐘與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘在比對(duì)時(shí)刻的鐘差以及比對(duì)后它相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鐘的漂移修正參數(shù)即可。只有當(dāng)該鐘積累鐘差較大時(shí)才作跳步或閏秒處理。2.4時(shí)間同步時(shí)鐘同步也叫“對(duì)鐘”。14很多導(dǎo)航系統(tǒng)，只有完成時(shí)間的同步之后系統(tǒng)才能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作。羅蘭-C系統(tǒng)在地面臺(tái)站精密的時(shí)間同步之后，才能夠?yàn)橛脩?hù)提供準(zhǔn)確的雙曲位置線。GPS同樣需要衛(wèi)星間進(jìn)行時(shí)間同步，以維持精準(zhǔn)的系統(tǒng)時(shí)；地面測(cè)軌站也需要進(jìn)行精密的時(shí)間同步之后才能實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的精密測(cè)軌。戰(zhàn)術(shù)通信導(dǎo)航系統(tǒng)中，系統(tǒng)成員只有經(jīng)過(guò)時(shí)鐘粗對(duì)準(zhǔn)后才可以進(jìn)行空間框架的獲取，只有完成精對(duì)準(zhǔn)后才可以按照既定的時(shí)間安排發(fā)射消息和配合工作。很多導(dǎo)航系統(tǒng)，只有完成時(shí)間的同步之后系統(tǒng)才能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和工15要把分布在各地的時(shí)鐘對(duì)準(zhǔn)（同步起來(lái)），最直觀的方法就是搬鐘。時(shí)間同步的另一種方法是目前常用的利用無(wú)線電波傳播時(shí)間信息。時(shí)間同步的方法要把分布在各地的時(shí)鐘對(duì)準(zhǔn)（同步起來(lái)），最直觀的方法就是搬鐘。16最早采用短波授時(shí)，由于短波傳播路徑受電離層變化的影響，并有一次和多次諧波，授時(shí)精度僅能達(dá)到ms級(jí)。用超長(zhǎng)波即用奧米伽臺(tái)授時(shí)，其授時(shí)精度約10μs左右。用長(zhǎng)波即用羅蘭C臺(tái)鏈兼顧授時(shí)，其授時(shí)精度可達(dá)到μs。用衛(wèi)星超短波信號(hào)作搬鐘，可以全球時(shí)間同步,授時(shí)精度可達(dá)到10ns精度無(wú)線電授時(shí)最早采用短波授時(shí)，由于短波傳播路徑受電離層變化的影響，并有一172.4.1單向時(shí)間同步單向時(shí)間同步，也叫做單向授時(shí)，實(shí)際上是一種無(wú)源（被動(dòng)）同步方式?；境霭l(fā)點(diǎn)是利用偽距中鐘差的信息。2.4.1單向時(shí)間同步單向時(shí)間同步，也叫做單向授時(shí)，實(shí)際18如果已知用戶(hù)的位置和源的位置，就可以估計(jì)出兩者之間的鐘差，從而完成時(shí)間同步。單向時(shí)間同步由于受到用戶(hù)位置誤差和信道媒介的影響，同步精度一般不高通常用在對(duì)時(shí)間同步精度不高的場(chǎng)合，如用作時(shí)間的粗同步。如果已知用戶(hù)的位置和源的位置，就可以估計(jì)出兩者之間的鐘差，從192.4.2雙向時(shí)間同步雙向時(shí)間同步，亦稱(chēng)做雙向時(shí)間比對(duì)，是一種有源（主動(dòng)）同步方式。需要被校準(zhǔn)方向時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)射時(shí)間比對(duì)請(qǐng)求，時(shí)間基準(zhǔn)在接到請(qǐng)求信號(hào)后，回復(fù)被校準(zhǔn)方，從而完成雙向時(shí)間同步。其示意圖如下所示：2.4.2雙向時(shí)間同步雙向時(shí)間同步，亦稱(chēng)做雙向時(shí)間比對(duì)，是20無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件212.4.3共視比對(duì)共視比對(duì)法是單向時(shí)間同步的擴(kuò)展。20世紀(jì)90年代初，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）開(kāi)發(fā)出衛(wèi)星共視技術(shù)。共視法其含義是指：在一顆衛(wèi)星的視角內(nèi)，地球上任何兩個(gè)地點(diǎn)的原子鐘可以利用同一時(shí)間收到的同一顆衛(wèi)星的時(shí)間信號(hào)進(jìn)行時(shí)間、頻率比對(duì)。2.4.3共視比對(duì)共視比對(duì)法是單向時(shí)間同步的擴(kuò)展。222目前，共視法是國(guó)際原子時(shí)（UTC）合作的主要技術(shù)手段之一，也是地球上遠(yuǎn)距離時(shí)鐘比對(duì)性?xún)r(jià)比最優(yōu)的方法之一。傳遞不確定度可達(dá)到幾個(gè)納秒。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院從90年代開(kāi)始利用GPS共視技術(shù)參加國(guó)際原子時(shí)合作。目前，共視法是國(guó)際原子時(shí)（UTC）合作的主要技術(shù)手段之一，也23無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件242.5無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)指的是導(dǎo)航系統(tǒng)能夠向運(yùn)載體提供既定質(zhì)量要求導(dǎo)航定位服務(wù)的空間區(qū)域精度完好性可用性連續(xù)性等2.5無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)指的是25工作區(qū)的由系統(tǒng)的幾何配置、工作頻段、輻射功率、天線的方向性、接收機(jī)性能、大氣噪聲條件和影響信號(hào)可利用性的其他因素決定。工作區(qū)也有以信號(hào)噪聲比(簡(jiǎn)稱(chēng)信噪比)或最大作用距離來(lái)定義的。通常說(shuō)來(lái)，精度要求愈高，工作區(qū)愈小。在不考慮其他因素的條件下，由幾何因素所確定的概率誤差范圍將對(duì)無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備的正確使用具有重要的指導(dǎo)意義，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)常常用來(lái)進(jìn)行定位性能的考察。工作區(qū)的由系統(tǒng)的幾何配置、工作頻段、輻射功率、天線的方向性、26無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度是衡量無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的最主要戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo)，是決定工作區(qū)的主要因素由于各種噪聲、干擾和各種不可預(yù)見(jiàn)因素的存在，測(cè)量總會(huì)存在誤差。通常可以認(rèn)為測(cè)量誤差是隨機(jī)變量很難通過(guò)理論對(duì)其進(jìn)行精確的描述。無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度是衡量無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的最主要戰(zhàn)術(shù)性能27在誤差相對(duì)較小，影響因素較多的情況下，根據(jù)中心極限定理，可以近似將其作為正態(tài)分布的隨機(jī)變量處理。假設(shè)與很多實(shí)際情況符合較好為了分析的方便，假定如下測(cè)量誤差是零均值為平穩(wěn)、遍歷的隨機(jī)過(guò)程。在誤差相對(duì)較小，影響因素較多的情況下，根據(jù)中心極限定理，可以28對(duì)于只要求單純的測(cè)角或者測(cè)距的導(dǎo)航系統(tǒng)而言，影響系統(tǒng)導(dǎo)航精度的主要因素是距離。距離的遠(yuǎn)近決定了信噪比，而信噪比將決定無(wú)線電參量的測(cè)量精度及通信的誤碼率，因而決定了系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。因此考察該類(lèi)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度時(shí)，主要考慮系統(tǒng)的工作半徑。引導(dǎo)系統(tǒng)工作區(qū)對(duì)于只要求單純的測(cè)角或者測(cè)距的導(dǎo)航系統(tǒng)而言，影響系統(tǒng)導(dǎo)航精度29系統(tǒng)的工作半徑將取決于系統(tǒng)的通信方式。對(duì)于遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的工作半徑主要看信號(hào)的衰減程度，需要進(jìn)行具體的工程測(cè)定。對(duì)于中近程視距導(dǎo)航系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的工作半徑主要取決于系統(tǒng)的視距

系統(tǒng)的工作半徑將取決于系統(tǒng)的通信方式。30視線距離視線距離31對(duì)于定位系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的導(dǎo)航精度不僅與距離有關(guān)系，而且在相同的距離上定位精度也有較大的區(qū)別與載體與導(dǎo)航臺(tái)站的相對(duì)幾何有關(guān)。此時(shí)系統(tǒng)的工作區(qū)的分析比較復(fù)雜?？梢越Y(jié)合位置面方程進(jìn)行分析。定位系統(tǒng)工作區(qū)對(duì)于定位系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的導(dǎo)航精度不僅與距離有關(guān)系，而且在相同32當(dāng)測(cè)量的幾何參量（位置面）有測(cè)量誤差時(shí)，所對(duì)應(yīng)的位置線也要發(fā)生變動(dòng)，從而位置也有相應(yīng)的誤差。當(dāng)上述的幾何觀測(cè)量出現(xiàn)測(cè)量誤差時(shí)，利用微分的概念，可得到測(cè)量誤差和定位誤差之間的關(guān)系為：誤差橢球當(dāng)測(cè)量的幾何參量（位置面）有測(cè)量誤差時(shí)，所對(duì)應(yīng)的位置線也要發(fā)33無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件34無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件35由上面的結(jié)果分析可以得到如下結(jié)論：定位誤差在每個(gè)坐標(biāo)軸向的誤差分量也為零均值正態(tài)分布。用戶(hù)定位誤差的三維概率密度函數(shù)為：等概率誤差面是一個(gè)誤差橢球面，隨用戶(hù)空間坐標(biāo)變化誤差橢球的取向和大小都將發(fā)生變化。用戶(hù)的測(cè)量定位誤差隨幾何位置的變化而變化。由上面的結(jié)果分析可以得到如下結(jié)論：36幾何因子假設(shè)測(cè)量誤差為零均值的正態(tài)隨機(jī)變量，且有獨(dú)立同分布的性質(zhì)以衛(wèi)星導(dǎo)航中的偽距定位為例，說(shuō)明導(dǎo)航系統(tǒng)中與定位精度密切相關(guān)的幾何因子的定義幾何因子假設(shè)測(cè)量誤差為零均值的正態(tài)隨機(jī)變量，且有獨(dú)立同分布的37若要同時(shí)完成時(shí)、空的四維解算，用戶(hù)需要同時(shí)測(cè)量四個(gè)獨(dú)立的偽距方程：若要同時(shí)完成時(shí)、空的四維解算，用戶(hù)需要同時(shí)測(cè)量四個(gè)獨(dú)立的偽距38無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件39HDOPVDOPHDOPVDOP40從上面的第三條結(jié)論可知系統(tǒng)的定位精度與幾何位置有關(guān)。因此，在某些區(qū)域中，導(dǎo)航系統(tǒng)的精度有可能已經(jīng)不能滿(mǎn)足正常導(dǎo)航的需要。由上面的誤差橢球可以知道,定位點(diǎn)落在該橢球面內(nèi)的概率為：幾何工作區(qū)從上面的第三條結(jié)論可知系統(tǒng)的定位精度與幾何位置有關(guān)。因此，在41無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件42通常導(dǎo)航系統(tǒng)的精度是在給定的誤差概率P條件下的，因此，根據(jù)此概率就可以由此來(lái)確定誤差橢球的軸長(zhǎng)a，b，c。若要求在既定概率P條件下，定位誤差橢球的半長(zhǎng)軸不能超出額定數(shù)值，由滿(mǎn)足這一條件的空間區(qū)域構(gòu)成了系統(tǒng)的幾何工作范圍。通常導(dǎo)航系統(tǒng)的精度是在給定的誤差概率P條件下的，因此，根據(jù)此43二維定位精度分析運(yùn)載體的位置可以通過(guò)的兩條位置線的交點(diǎn)來(lái)確定。設(shè)u，v為運(yùn)載體所在的位置的真實(shí)位置線，載體的真實(shí)位置M。由于測(cè)量存在誤差，實(shí)際測(cè)量的位置線為和，這時(shí)確定的載體的位置為M1。若運(yùn)載體在遠(yuǎn)場(chǎng)，且測(cè)量誤差方差較小，此時(shí)在較小的區(qū)域內(nèi)位置線可用一些彼此平行的直線來(lái)代替。如下圖所示：二維定位精度分析運(yùn)載體的位置可以通過(guò)的兩條位置線的交點(diǎn)來(lái)確定44無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件45無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件46MM47無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件48無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件49無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件50無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件512.3定位原理無(wú)線電導(dǎo)航定位，就是通過(guò)電參量所測(cè)量到的幾何參量確定用戶(hù)位置。一種方法就是通過(guò)測(cè)量的幾何參量與幾何位置之間的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行位置的確定，稱(chēng)之為位置線法；另一種通過(guò)電測(cè)量的高階運(yùn)動(dòng)參量，如速度等，積分確定位置，稱(chēng)之為推航定位。2.3定位原理無(wú)線電導(dǎo)航定位，就是通過(guò)電參量所測(cè)量到的幾522.3.1位置線法導(dǎo)航幾何參量通常都是空間坐標(biāo)的標(biāo)量函數(shù)，這樣的標(biāo)量函數(shù)就構(gòu)成了空間的標(biāo)量場(chǎng)，在三維空間中，它們分別對(duì)應(yīng)著空間中各種類(lèi)型的曲面。工程應(yīng)用中所測(cè)得的幾何參量往往為一個(gè)固定的數(shù)值，對(duì)應(yīng)于標(biāo)量場(chǎng)中的等位面：，通常稱(chēng)之為位置面（角位置面和距離位置面）。位置面之間的交線稱(chēng)之為位置線。2.3.1位置線法導(dǎo)航幾何參量通常都是空間坐標(biāo)的標(biāo)53如果通過(guò)無(wú)線電方式測(cè)量到了三個(gè)獨(dú)立的幾何參量，則可以得到，三個(gè)獨(dú)立的位置面方程：因而可以得到載體在空間中的三維位置。地球表面的運(yùn)動(dòng)載體（或者是空中具有高度測(cè)量設(shè)備的載體）通常只需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)幾何參量（或位置面）就可以進(jìn)行平面定位。如果通過(guò)無(wú)線電方式測(cè)量到了三個(gè)獨(dú)立的幾何參量，則可以得到，三54一、角位置面角參量都是相對(duì)一定的基準(zhǔn)方向而言的,如偏航角是機(jī)頭方向相對(duì)于飛機(jī)與導(dǎo)航臺(tái)的連線基準(zhǔn)方向可以是直線，也可以是平面，視具體的導(dǎo)航方式而定。其位置面分別如下圖所示:一、角位置面角參量都是相對(duì)一定的基準(zhǔn)方向而言的,如偏航角是55無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件56無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件57二、距離位置面若測(cè)量的是距離差，則位置面為雙曲面，其代數(shù)方程為：

若測(cè)量的是距離，則位置面為球面，其代數(shù)方程為：

二、距離位置面若測(cè)量的是距離差，則位置面為雙曲面，其代數(shù)58如果測(cè)量的是偽距，則不能用位置面的物理含義來(lái)理解。偽距不再像距離（差）那樣只是空間坐標(biāo)的函數(shù)，而是包含時(shí)間和空間的四維物理量。假如用戶(hù)和導(dǎo)航臺(tái)站的時(shí)鐘沒(méi)有同步，那么用戶(hù)測(cè)量到的偽距與用戶(hù)與導(dǎo)航臺(tái)站的距離和鐘差的關(guān)系如下：如果測(cè)量的是偽距，則不能用位置面的物理含義來(lái)理解。591、偽距所測(cè)量到的不僅包含未知位置參量的物理量，而包括用戶(hù)和導(dǎo)航臺(tái)站的未知鐘差在內(nèi)。2、假如各個(gè)臺(tái)站沒(méi)有同步，未知參量總比測(cè)量的物理量個(gè)數(shù)多三，不可能定時(shí)定位的。系統(tǒng)要求所有的臺(tái)站進(jìn)行時(shí)間同步，并維護(hù)統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)，稱(chēng)之為系統(tǒng)時(shí)。3、通過(guò)對(duì)同步了的臺(tái)站組測(cè)量四個(gè)偽距參量即可解算出用戶(hù)的位置坐標(biāo)和用戶(hù)的時(shí)間誤差（相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)），能夠?qū)τ脩?hù)進(jìn)行無(wú)源授時(shí)。1、偽距所測(cè)量到的不僅包含未知位置參量的物理量，而包括用戶(hù)和60迭代及最小二乘解算法迭代及最小二乘解算法61無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件622.3.2推航定位推航定位是許多自備式導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的主要方式。它的基本原理是運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的積分關(guān)系。它的主要步驟為：1、給定用戶(hù)或載體出發(fā)時(shí)刻的初始位置坐標(biāo)；2、測(cè)定用戶(hù)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度參量（通常在用戶(hù)的載體坐標(biāo)系中）；3、利用航姿系統(tǒng)所測(cè)量的姿態(tài)信息，橫滾角r（roll）,俯仰角p（pitch）,航向角y（yaw），導(dǎo)航計(jì)算機(jī)就可以將測(cè)量的載體坐標(biāo)系中的速度分量轉(zhuǎn)換到地平坐標(biāo)系。4、經(jīng)積分運(yùn)算，實(shí)際實(shí)現(xiàn)中是求速度與時(shí)間乘積的累加和，得到用戶(hù)的位置坐標(biāo)。2.3.2推航定位推航定位是許多自備式導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)備的主63如果測(cè)得的速度數(shù)據(jù)或者姿態(tài)數(shù)據(jù)有誤差，則推航系統(tǒng)的位置誤差將具有隨時(shí)間積累的特性。長(zhǎng)時(shí)間的推航之后，需要對(duì)推航位置信息進(jìn)行更正。一般可以在載體通過(guò)導(dǎo)航臺(tái)站或者地標(biāo)時(shí)重新進(jìn)行空間位置對(duì)準(zhǔn)。如果測(cè)得的速度數(shù)據(jù)或者姿態(tài)數(shù)據(jù)有誤差，則推航系統(tǒng)的位置誤差將642.4時(shí)間同步時(shí)鐘同步也叫“對(duì)鐘”。所謂系統(tǒng)中各時(shí)鐘的同步，并不要求各時(shí)鐘完全與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘物理對(duì)齊。只要求知道各時(shí)鐘與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘在比對(duì)時(shí)刻的鐘差以及比對(duì)后它相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鐘的漂移修正參數(shù)即可。只有當(dāng)該鐘積累鐘差較大時(shí)才作跳步或閏秒處理。2.4時(shí)間同步時(shí)鐘同步也叫“對(duì)鐘”。65很多導(dǎo)航系統(tǒng)，只有完成時(shí)間的同步之后系統(tǒng)才能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作。羅蘭-C系統(tǒng)在地面臺(tái)站精密的時(shí)間同步之后，才能夠?yàn)橛脩?hù)提供準(zhǔn)確的雙曲位置線。GPS同樣需要衛(wèi)星間進(jìn)行時(shí)間同步，以維持精準(zhǔn)的系統(tǒng)時(shí)；地面測(cè)軌站也需要進(jìn)行精密的時(shí)間同步之后才能實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的精密測(cè)軌。戰(zhàn)術(shù)通信導(dǎo)航系統(tǒng)中，系統(tǒng)成員只有經(jīng)過(guò)時(shí)鐘粗對(duì)準(zhǔn)后才可以進(jìn)行空間框架的獲取，只有完成精對(duì)準(zhǔn)后才可以按照既定的時(shí)間安排發(fā)射消息和配合工作。很多導(dǎo)航系統(tǒng)，只有完成時(shí)間的同步之后系統(tǒng)才能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和工66要把分布在各地的時(shí)鐘對(duì)準(zhǔn)（同步起來(lái)），最直觀的方法就是搬鐘。時(shí)間同步的另一種方法是目前常用的利用無(wú)線電波傳播時(shí)間信息。時(shí)間同步的方法要把分布在各地的時(shí)鐘對(duì)準(zhǔn)（同步起來(lái)），最直觀的方法就是搬鐘。67最早采用短波授時(shí)，由于短波傳播路徑受電離層變化的影響，并有一次和多次諧波，授時(shí)精度僅能達(dá)到ms級(jí)。用超長(zhǎng)波即用奧米伽臺(tái)授時(shí)，其授時(shí)精度約10μs左右。用長(zhǎng)波即用羅蘭C臺(tái)鏈兼顧授時(shí)，其授時(shí)精度可達(dá)到μs。用衛(wèi)星超短波信號(hào)作搬鐘，可以全球時(shí)間同步,授時(shí)精度可達(dá)到10ns精度無(wú)線電授時(shí)最早采用短波授時(shí)，由于短波傳播路徑受電離層變化的影響，并有一682.4.1單向時(shí)間同步單向時(shí)間同步，也叫做單向授時(shí)，實(shí)際上是一種無(wú)源（被動(dòng)）同步方式?；境霭l(fā)點(diǎn)是利用偽距中鐘差的信息。2.4.1單向時(shí)間同步單向時(shí)間同步，也叫做單向授時(shí)，實(shí)際69如果已知用戶(hù)的位置和源的位置，就可以估計(jì)出兩者之間的鐘差，從而完成時(shí)間同步。單向時(shí)間同步由于受到用戶(hù)位置誤差和信道媒介的影響，同步精度一般不高通常用在對(duì)時(shí)間同步精度不高的場(chǎng)合，如用作時(shí)間的粗同步。如果已知用戶(hù)的位置和源的位置，就可以估計(jì)出兩者之間的鐘差，從702.4.2雙向時(shí)間同步雙向時(shí)間同步，亦稱(chēng)做雙向時(shí)間比對(duì)，是一種有源（主動(dòng)）同步方式。需要被校準(zhǔn)方向時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)射時(shí)間比對(duì)請(qǐng)求，時(shí)間基準(zhǔn)在接到請(qǐng)求信號(hào)后，回復(fù)被校準(zhǔn)方，從而完成雙向時(shí)間同步。其示意圖如下所示：2.4.2雙向時(shí)間同步雙向時(shí)間同步，亦稱(chēng)做雙向時(shí)間比對(duì)，是71無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件722.4.3共視比對(duì)共視比對(duì)法是單向時(shí)間同步的擴(kuò)展。20世紀(jì)90年代初，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）開(kāi)發(fā)出衛(wèi)星共視技術(shù)。共視法其含義是指：在一顆衛(wèi)星的視角內(nèi)，地球上任何兩個(gè)地點(diǎn)的原子鐘可以利用同一時(shí)間收到的同一顆衛(wèi)星的時(shí)間信號(hào)進(jìn)行時(shí)間、頻率比對(duì)。2.4.3共視比對(duì)共視比對(duì)法是單向時(shí)間同步的擴(kuò)展。273目前，共視法是國(guó)際原子時(shí)（UTC）合作的主要技術(shù)手段之一，也是地球上遠(yuǎn)距離時(shí)鐘比對(duì)性?xún)r(jià)比最優(yōu)的方法之一。傳遞不確定度可達(dá)到幾個(gè)納秒。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院從90年代開(kāi)始利用GPS共視技術(shù)參加國(guó)際原子時(shí)合作。目前，共視法是國(guó)際原子時(shí)（UTC）合作的主要技術(shù)手段之一，也74無(wú)線電導(dǎo)航基本原理(35)第2章課件752.5無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)指的是導(dǎo)航系統(tǒng)能夠向運(yùn)載體提供既定質(zhì)量要求導(dǎo)航定位服務(wù)的空間區(qū)域精度完好性可用性連續(xù)性等2.5無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)指的是76工作區(qū)的由系統(tǒng)的幾何配置、工作頻段、輻射功率、天線的方向性、接收機(jī)性能、大氣噪聲條件和影響信號(hào)可利用性的其他因素決定。工作區(qū)也有以信號(hào)噪聲比(簡(jiǎn)稱(chēng)信噪比)或最大作用距離來(lái)定義的。通常說(shuō)來(lái)，精度要求愈高，工作區(qū)愈小。在不考慮其他因素的條件下，由幾何因素所確定的概率誤差范圍將對(duì)無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備的正確使用具有重要的指導(dǎo)意義，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)常常用來(lái)進(jìn)行定位性能的考察。工作區(qū)的由系統(tǒng)的幾何配置、工作頻段、輻射功率、天線的方向性、77無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度是衡量無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的最主要戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo)，是決定工作區(qū)的主要因素由于各種噪聲、干擾和各種不可預(yù)見(jiàn)因素的存在，測(cè)量總會(huì)存在誤差。通?？梢哉J(rèn)為測(cè)量誤差是隨機(jī)變量很難通過(guò)理論對(duì)其進(jìn)行精確的描述。無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度是衡量無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的最主要戰(zhàn)術(shù)性能78在誤差相對(duì)較小，影響因素較多的情況下，根據(jù)中心極限定理，可以近似將其作為正態(tài)分布的隨機(jī)變量處理。假設(shè)與很多實(shí)際情況符合較好為了分析的方便，假定如下測(cè)量誤差是零均值為平穩(wěn)、遍歷的隨機(jī)過(guò)程。在誤差相對(duì)較小，影響因素較多的情況下，根據(jù)中心極限定理，可以79對(duì)于只要求單純的測(cè)角或者測(cè)距的導(dǎo)航系統(tǒng)而言，影響系統(tǒng)導(dǎo)航精度的主要因素是距離。距離的遠(yuǎn)近決定了信噪比，而信噪比將決定無(wú)線電參量的測(cè)量精度及通信的誤碼率，因而決定了系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。因此考察該類(lèi)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度時(shí)，主要考慮系統(tǒng)的工作半徑。引導(dǎo)系統(tǒng)工作區(qū)對(duì)于只要求單純的測(cè)角或者測(cè)距的導(dǎo)航系統(tǒng)而言，影響系統(tǒng)導(dǎo)航精度80系統(tǒng)的工作半徑將取決于系統(tǒng)的通信方式。對(duì)于遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的工作半徑主要看信號(hào)的衰減程度，需要進(jìn)行具體的工程測(cè)定。對(duì)于中近程視距導(dǎo)航系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的工作半徑主要取決于系統(tǒng)的視距

系統(tǒng)的工作半徑將取決于系統(tǒng)的通信方式。81視線距離視線距離82對(duì)于定位系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的導(dǎo)航精度不僅與距離有關(guān)系，而且在相同的距離上定位精度也有較大的區(qū)別與載體與導(dǎo)航臺(tái)站的相對(duì)幾何有關(guān)。此時(shí)系統(tǒng)的工作區(qū)的分析比較復(fù)雜?？梢越Y(jié)合位置面方程進(jìn)行分析。定位系統(tǒng)工作區(qū)對(duì)于定位系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的導(dǎo)航精度不僅與距離有關(guān)系，而且在相同83當(dāng)測(cè)量的幾何參量（位置面）有測(cè)量誤差時(shí)，所對(duì)應(yīng)的位置線也要發(fā)生變動(dòng)，從而位置也有相應(yīng)的誤差。當(dāng)上述的幾何觀測(cè)量出現(xiàn)測(cè)量誤差時(shí)，利用微分的概念，可得到測(cè)量誤差和定位誤差之間的關(guān)系為：誤差橢球當(dāng)測(cè)量的幾何參量（位置面）有測(cè)量誤差時(shí)，所對(duì)應(yīng)的位置線也要