圆轨道同步卫星在区域导航系统中应用研究
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篇1：圆轨道同步卫星在区域导航系统中应用研究
圆轨道同步卫星在区域导航系统中应用研究
阐述了我国建立第二代卫星导航系统的.必要性和区域性卫星导航系统的特点,进一步研究了倾斜圆轨道同步卫星在区域导航系统中的应用.最后设计了一种静止卫星和倾斜圆轨道同步卫星相结合的星座,并且初步研究了它的性能.通过仿真计算表明,实现区域卫星导航系统是可行的.
作 者：王永澄 付锋 陈晓凤 作者单位：南京航空航天大学信息科学与技术学院,南京,210016 刊 名：南京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS & ASTRONAUTICS 年，卷(期)： 34(4) 分类号：V474.2 关键词：区域导航系统 同步卫星 定位几何因子(PDOP)篇2：FPGA在组合导航系统中的应用研究
FPGA在组合导航系统中的应用研究
提出了一种基于可编程片上系统(SOPC)技术的组合导航系统硬件解决方案.整个导航系统的核心是单片FPGA芯片,处理单元采用了高性能32位嵌入式NiosII处理器来处理数据.利用VHDL硬件描述语言在FPGA芯片内部编写了包括姿态预处理、逻辑控制系统等设备.
作 者：LONG Da-feng 沈小林 LONG Da-feng SHEN Xiao-lin 作者单位：中北大学,山西,太原,030051 刊 名：机械工程与自动化 英文刊名：MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION 年，卷(期)： “”(4) 分类号：V249.32+8 关键词：FPGA 可编程片上系统 组合导航系统篇3：H∞滤波在GPS/INS组合导航系统中的应用研究
H∞滤波在GPS/INS组合导航系统中的应用研究
提出了GPS/INS位置、速度、姿态组合方法,并把线性时变离散系统的H∞滤波应用于组合系统.由于GPS存在多路径误差及SA误差等原因,难以确定准确的噪声统计模型.H∞滤波对噪声的不确定具有鲁棒性,所以用于组合系统能取得高于Kalman滤波的`效果.文中对基于MotionPak惯性组件和三个JupiterGPS接收机组成的组合系统进行了实验研究.实验结果表明,H∞滤波取得了较好的效果,特别是位置精度有较大的提高.
作 者：段志勇 袁信 Duan Zhiyong Yuan Xin 作者单位：南京航空航天大学自动控制系,南京,210016 刊 名：南京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS & ASTRONAUTICS 年，卷(期)： 32(2) 分类号：V249.3 P22 关键词：组合导航 惯性导航 H∞滤波 全球定位系统篇4：H∞滤波在GPS/INS组合导航系统中的应用研究
H∞滤波在GPS/INS组合导航系统中的应用研究
根据H∞鲁棒滤波理论,提出了基于H∞滤波技术的GPS/INS全组合导航系统,利用了GPS和INS提供的位置、速度和姿态信息,并对该系统的滤波算法进行仿真.仿真结果表明,在GPS/INS组合中采用H∞滤波,不仅保证了组合系统导航精度,提高了滤波的.鲁棒性,而且能够防止滤波发散.
作 者：李雪涛 范胜林 LI Xue-tao FAN Sheng-lin 作者单位：南京航空航天大学,导航研究中心,江苏,南京,210016 刊 名：陕西理工学院学报（自然科学版） ISTIC英文刊名：JOURNAL OF SHAANXI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDUTION) 年，卷(期)： 24(1) 分类号：V249.32 关键词：H∞滤波 GPS 惯性导航系统 组合导航篇5：在轨地球同步卫星轨道控制参数计算及工程实现
在轨地球同步卫星轨道控制参数计算及工程实现
在轨地球同步卫星轨道控制包括东西、南北控制和位置漂移三个部分.分别针对这三种情况,从工程实用角度出发,给出了选择目标参数方法、控制参数计算公式和具体实施策略.以自旋卫星为例,分析了控制效率,提出了一种新的`东西控制参数计算方法,在给定控制精度下,大大简化了算法的复杂性.以199月FY-2B星一系列控制为例,详细介绍了它们在经度漂移、南北控制、刹车控制和定点捕获等方面的具体应用和实现效果,理想的控制效果表明了上述算法和实施策略的正确性.
作 者：李于衡 魏维 易克初 LI Yuheng WEI Wei YI Kechu 作者单位：李于衡,易克初,LI Yuheng,YI Kechu(西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室,西安,710071)魏维,WEI Wei(西安通信学院网络工程系)
刊 名：空间科学学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SPACE SCIENCE 年，卷(期)： 27(1) 分类号：V4 关键词：轨道控制 定点捕获 风云二号卫星篇6：新陈代谢模型在区域大气总量预测中应用研究
新陈代谢模型在区域大气总量预测中应用研究
摘要：针对常规新陈代谢GM(1,1)模型存在着精度随预测时间增长而降低的.不足,引入新陈代谢GM(1,1)模型对大连市未来五年的SO2排放量变化趋势进行了预测,对其模型的精度和可行性进行了分析和检验,并与常规GM(1,1)模型的预测结果进行了对比.结果表明:新陈代谢GM(1,1)模型预测区域大气总量是可行的,其模型的平均相对误差比常规GM(1,1)模型减少了45%,因此预测精度高,能够满足预测要求.作 者：朱悦 李伟 郑洪波 张树深 作者单位：朱悦(辽宁省环境科学研究院,沈阳,110031)李伟(大连理工大学土木水利学院)
郑洪波,张树深(大连理工大学环境工程系,大连,116024)
期 刊：环境科学与技术 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2007, 30(z1) 分类号：X823 关键词：区域大气总量 新陈代谢GM(1,1)模型 GM(1,1)模型 大连市篇7：条件数在区域日降水量预报中的应用研究
条件数在区域日降水量预报中的应用研究
针对前汛期广西北部暴雨洪涝灾害频发的问题,利用T213模式和日本细网格降水预报等数值预报产品,采用条件数计算选取回归因子的方法建立广西北部区域平均降水量的预报方程.进行了、两年5-6月的.前汛期业务预报应用试验.采用条件数方法建立的预报方程和传统的逐步回归预报方程的平均预报误差分别为6.3569mm和7.0096mm,同期T213模式的预报误差为7.9456mm.试验表明新方法比传统的逐步回归方程和T213模式具有更高的预报精度,有较好的业务应用前景.计算对比可知,采用条件数计算选择的预报因子间的复共线性较微弱,而逐步回归方法选择的因子间的复共线性很严重,影响了回归方程的预报效果.
作 者：林健玲 金龙 Lin Jianling Jin Long 作者单位：林健玲,Lin Jianling(广西南宁市气象局,530022)金龙,Jin Long(广西气象减灾研究所)
刊 名：气象 ISTIC PKU英文刊名：METEOROLOGICAL MONTHLY 年，卷(期)： 32(9) 分类号：P4 关键词：条件数 逐步回归 降水量篇8：GPS模块在便携式导航系统中的应用
GPS模块在便携式导航系统中的应用
摘要：GPS是全球定位系统的简称,目的是在全球范围内对地面或空中目标进行准确定位和监测。文章讨论了GPS模块TU-30的工作原理，介绍了其在便携式导航系统中的应用，给出了这种GPS模块与单片机的接口电路。关键词：GPS；TU-30；单片机；卫星定位；导航
1GPS系统简介
GPS是GlobalPositioningSystem的缩写，即全球定位系统。其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定位和监测。随着全球性空间定位信息应用的日益广泛，GPS提供的全时域、全天候、高精度定位服务将给空间技术、地球物理、大地测绘、遥感技术、交通调度、军事作战以及人们的日常生活带来巨大的变化和深远的影响。
目前的民用GPS设备包括测量型和导航型。其中测量型产品的精度可达到米级甚至毫米级，但至少需要两台（套）才能达到设计精度要求，而且其内部结构复杂，单机成本一般在几万到几十万，适合专业高精度测量环境使用；导航型产品，由于其使用者对精度要求不高，一般为几十米，因此机器内部硬件相对简单，只须一台就可以完成导航工作，加之其价格相对较低，因而更有普及和推广价值。
GPS系统一般由地面控制站、导航卫星和用户接收机三大部分组成。导航卫星至少24颗，均匀分布在6个极地轨道上，轨道的夹角为60度，距地平均高度为20?200公里，每12恒星时绕地球一周。
GPS信号接收机的任务主要是捕获一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，同时对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，最终实时计算出现测站的三维位置、位置、甚至三维速度和时间。
静态定位时，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机通过高精度测量GPS信号的传播时间，并利用GPS卫星在轨的已知位置解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所在的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的`飞机，行走的车辆等）。由于载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中将相对地球而运动，这样，接收机用GPS信号就可实时地测量运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。
接收机硬件、机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成了完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单元则置于测站附近的适当地方，并用电缆线将两者连接成一个整机。实际上，也可以将天线单元和接收单元制作成一个整体，而在观测时将其安置在测站点上。
GPS接收机一般用蓄电池做电源，同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防丢失数据。
2TU－30GPS模块简介
TU－30模块是美国罗克韦尔公司的GPS产品，其特点是体积小、接口简单、可靠性好。模块的组织结构是一个用于接收GPS信号的单片机小系统。GPS信号接收部分由Rockwell自行设计开发的芯片及其外围电路组成。其控制内核是一个DSP处理器，该处理器具有很强的数据运算处理能力，并有两个串口和时钟输出；外围电路有实时时钟，并带有E2PROM（保存重要参数）、SRAM、ROM等存储器，可对相关重要信息数据进行存储、交换；此外，还留有DGPS接口。该模块的卫星采集启动方式分为4种模式：热启动方式、初始启动方式、冷启动方式、冻结启动方式；而导航模式则有3维模式、2维模式和DG-PS模式3种。图1所示是该模块的硬件结构。
TU－30GPS模块留有天线接口，可以用同轴电缆与天线进行连接，天线可延长30米。此外，它还留有20Pin应用接口，可方便地与单片机、PC机等设备进行接口。
表1TU-30GPS的模块中的20针接口定义
接口功能Pin1前置放大电源输入Pin25V电源输入Pin3电池电源输入Pin5主复位输入Pin7NMEA协议选择Pin8ROM默认选择Pin11串口1数据输出Pin12串口1数据输入Pin14串口2数据输出Pin15串口2数据输入Pin191PPS时间标志输出PinkHz时钟输出Pin4,6,9,17无连接NCPin10,13,16,18接地
3GPS模块的串行数据接口规范
GPS模块的应用关键在于串口通信协议的制定，也就是模块的相关输入输出协议格式。它主要包括数据类型与信息格式，其中数据类型主要有二进制信息和NMEA?全国海洋电子学会?数据信息。这两类信息可以通过串口与GPS接收机进行通信。这里重点介绍TU－30的二进制信息字格式与字结构。TU－30的传输速率为9600bps，无奇偶校验，有8位数据位，1位停止位。其二进制信息字格式包括信息头、头校验、数据、数据校验等。
TU－30中的每个信息都有头，但不一定有数据，信息的应答和请求以头的形式完成。二进制信息头通常由如下五个字组成：
Word1：1000000111111111；
Word2：信息ID；
Word3：数据子计数；
Word4：应答／无应答；
Word5：头校验。
头校验计算公式为：
一般情况下，二进制信息数据由如下4个字组成：
Word6：触发；
Word7：间隔；
Word8：偏移量；
Word9：数据校验。
头校验计算公式为：
TU－30中的每个字均为16位，有无符号整型和有符号整形之分。按字长又可分为单精度（16bit）、双精度（32bit）和三精度（48bit）。保留位输入时为0，独立定义位域标志位时可为0或1。
TU－30中的输出信息如下：
信息位置状态输出（经度、纬度、时间、高度等）；
信息ID为1000，信息长度为55个字；
ECEF状态输出：信息ID为1001，信息长度为54个字；
通道摘要?信息ID为1002，信息长度为51个字；
通道测量?信息ID为1007，信息长度为154个字；
…
用户设置输出：信息ID为1012，信息长度为22个字；
内建测试结果：信息ID为1100，信息长度为20个字；
测量时间标记：信息ID为1102，信息长度为253个字；
串口通信参数：信息ID为1130，信息长度为21个字；
EEPROM状态：信息ID为1136，信息长度为18个字。
下面是TU－30的输入信息描述：
测量位置和速度初始化：信息ID为1200，信息长度为27个字。现以此为例来介绍各信息字的具体含义：
字1～4：信息头；
5：头校验；
6：序列号；
7：初始化控制；
8～16：GPS时间、日期；
17～18：纬度；
19～20：经度；
21～22：高度；
23～24：对地速度；
25：卫星轨道仰角；
26：爬升率；
27：数据校验。
下面是TU－30的其它信息，其具体内容可参见相关文档。
用户数据定义：信息ID为1210，信息长度为20个字；
地图选择信息数据：信息ID为1211，信息长度为8个字；
卫星仰角屏蔽控制（0～±л／2）：信息ID为1212，信息长度为8个字；
卫星选择：信息ID为1213，信息长度为10个字；
差动GPS控制：信息ID为1214，信息长度为9个字；
冷起动控制：信息ID为1216，信息长度为9个字；
定位方法校验标准：信息ID为1217，信息长度为13个字；
无线类型选择（主动／被动）：信息ID为1218，信息长度为8个字；
用户登录高度输入：信息ID为1219，信息长度为12个字；
应用平台控制（默认、静态、海洋、陆路、空中）：信息ID为1220，信息长度为8个字；
串口通信参数信息：信息ID为1221，信息长度为15个字；
导航配置信息：
信息协议控制：…
以上相关信息通常都保存到模块的EEPROM中。
4与单片机构建的便携式导航系统
4．1硬件结构
设计时，通常将TU－30模块的串口1与单片机的串口相连接，模块与天线的连接可以加一级前置放大器。天线可选用东芝天线，也可以专门定制。可选用LCD屏显示经纬度、时间、高度等数据。电源采用4节碱性电池，易于更换。
MCU可选用德州仪器的MSP430flash（F13X）系列。MSP430系列为16位单片机，处理速度快，功耗低，体积小，适合在便携式仪器上使用。同时，MSP430单片机支持C语言，易于编程。
屏幕菜单采用字符型西文显示，可缩短开发时间、降低成本，很适合于民用；也可以选用大屏幕彩色点阵液晶，它界面友好、美观，但软件工作量大，硬件成本高。键盘可选择3个触摸键，菜单功能全部可用软件实现。因为MSP430单片机的电源为3．3V?而TU－30的电源为5V，所以?需要用DC－DC电源转换模块进行处理。如果采用充电电池?则还需要充电电路。GPS模块与单片机的接口原理如图2所示。
4．2软件设计
图3所示是TU－30GPS模块的软件流程图。该软件的编写主要是设置GPS模块与MCU之间的串口通信、参数显示及人机接口。主要包括初始化、串口通信、数据处理、故障提示、显示、键盘处理、电源管理等部分。其中初始化包括MSP430中各种寄存器的配置、串口相关参数配置（波特率，模式）及外围电路（LCD、电源等设备检测）的初始化等；
串口通信包括数据发送、接收、校验，通信故障提示等；数据处理主要是对接收数据的解码、存储和数据刷新等；故障提示包括设备故障、通信故障、电源故障等。电源管理主要是电源欠压提示和当前电源状态显示。
另外，设计时还应注意GPS模块的天线要求，具体有以下两点：
（1）天线增益应为30dB，阻抗应为50Ω。
（2）无线频率信号环境方面要求，即RF输入L1的载波频率应为10MHz，带宽中心点应为0dBW。5结束语
GPS导航设备的应用着重于多卫星系统、远距离监控以及多功能显示等方面。使用多卫星系统（如GNSS综合导航定位系统）进行导航定位时，卫星较多可保证实时定位的精度与可靠性。
此外，GPS定位还受GPS网的限制，应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来大致可分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，以为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务。另一类是区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。
篇9：GPS模块在便携式导航系统中的应用
GPS模块在便携式导航系统中的应用
摘要：GPS是全球定位系统的简称,目的是在全球范围内对地面或空中目标进行准确定位和监测。文章讨论了GPS模块TU-30的工作原理，介绍了其在便携式导航系统中的应用，给出了这种GPS模块与单片机的接口电路。关键词：GPS；TU-30；单片机；卫星定位；导航
1 GPS系统简介
GPS是Global Positioning System 的缩写，即全球定位系统。其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定位和监测。随着全球性空间定位信息应用的日益广泛，GPS提供的全时域、全天候、高精度定位服务将给空间技术、地球物理、大地测绘、遥感技术、交通调度、军事作战以及人们的日常生活带来巨大的变化和深远的影响。
目前的民用GPS设备包括测量型和导航型。其中测量型产品的精度可达到米级甚至毫米级，但至少需要两台（套）才能达到设计精度要求，而且其内部结构复杂，单机成本一般在几万到几十万，适合专业高精度测量环境使用；导航型产品，由于其使用者对精度要求不高，一般为几十米，因此机器内部硬件相对简单，只须一台就可以完成导航工作，加之其价格相对较低，因而更有普及和推广价值。
GPS系统一般由地面控制站、导航卫星和用户接收机三大部分组成。导航卫星至少24颗，均匀分布在6个极地轨道上，轨道的夹角为60度，距地平均高度为20?200公里，每12恒星时绕地球一周。
GPS信号接收机的任务主要是捕获一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，同时对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，最终实时计算出现测站的三维位置、位置、甚至三维速度和时间。
静态定位时，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机通过高精度测量GPS信号的传播时间，并利用GPS卫星在轨的.已知位置解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所在的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。由于载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中将相对地球而运动，这样，接收机用GPS信号就可实时地测量运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。
接收机硬件、机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成了完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单元则置于测站附近的适当地方，并用电缆线将两者连接成一个整机。实际上，也可以将天线单元和接收单元制作成一个整体，而在观测时将其安置在测站点上。
GPS接收机一般用蓄电池做电源，同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防丢失数据。
2 TU－30 GPS模块简介
TU－30模块是美国罗克韦尔公司的GPS产品，其特点是体积小、接口简单、可靠
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