無線電基礎(chǔ)知識課堂

1、無線電定位的基本知識,2012,年,3,月,30,日,定位是指確定目標(biāo)在某一參考坐標(biāo)系中的位置,目前，常采用的定位方法有,3,種，即推算定位,Dead Reckoning,DR,接近式定位,Proximity,和無線電定位,Radio Location,推算定位是基于一個相對參考點或起始點，借助,地圖匹配等技術(shù)確定確定移動目標(biāo)位置，適用于,對運動目標(biāo)的連續(xù)定位。接近式,定位又稱信標(biāo),定位，它是通過最近的固定參考檢測點來確定運,動目標(biāo)位置。無線電定位是利用接收機的無線電,信號的電參量獲取定位參量，并采用適當(dāng)?shù)亩ㄎ?算法計算出目標(biāo)的位置,無線電定位可分為,陸基無線電定位,星基無線電定位,1,星基無

2、線電定位是利用,GPS,GLONASS,等衛(wèi),星系統(tǒng)的多個衛(wèi)星發(fā)射的信號實現(xiàn)目標(biāo)的三維定,位,2,陸基無線電定位則是利用安裝在地面的無,線電信標(biāo)或接受設(shè)備，通過測量無線電信號的傳,播時間、時間差、信號場強、相位、或入射角等,參數(shù)來實現(xiàn)目標(biāo)的定位,根據(jù)用途不同，陸基無線電定位可分為,陸基無線電導(dǎo)航定位,蜂窩網(wǎng)無線電定位,無線電導(dǎo)航定位是通過無線電信號參量所測得到,的幾何、物理參量來確定用戶的方位、距離、位,置、姿態(tài)等。其中方位、距離、姿態(tài)等導(dǎo)航參量,可以較直接地由無線電參量測量得到，而用戶的,位置參量則需要較復(fù)雜的導(dǎo)航解算，主要有兩種,方法：通過測量的幾何參量和幾何位置之間的數(shù),學(xué)關(guān)心進(jìn)行定位，

3、通常稱為位置線法；通過測量,的物理參量（如速度、加速度等）與幾何位置之,間的運動學(xué)關(guān)系確定位置，稱為推航定位法,在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中對移動臺的定位有兩類,基于移動臺的定位和基于網(wǎng)絡(luò)的定位,前者是由移動臺根據(jù)接收到多個發(fā)射臺的,信號特征信息確定其與各發(fā)射臺之間的幾何位,置關(guān)系，在對其自身位置進(jìn)行定位估計,GPS,系統(tǒng)、羅蘭系統(tǒng)屬于這一類,后者則由多個基站接收機同時檢測移動臺,發(fā)射的信號，根據(jù)信號的特征信息由蜂窩網(wǎng)絡(luò),對移動臺進(jìn)行定位估計,一,無線電定位通常需要兩步,第一步根據(jù)不同的定位類型，估計相應(yīng)的定,位參數(shù),第二步根據(jù)估計出的定位參數(shù)，采用相應(yīng)定,位算法估計目標(biāo)的位置,二,根據(jù)采用的定位參量（或位置

4、線）不同,又可分為,1,測距定位（圓位置線定位,2,測距差定位（雙曲線位置線定位,3,測距和定位（橢圓位置線定位,4,測角定位（直線位置線定位,5,混合定位（混合位置線定位,無線電定位,無線電定位的過程就是通過無線電,波的發(fā)射與接收，測量目標(biāo)的方向,距離、距離差、高度等定位參量,實現(xiàn)位置坐標(biāo)求解的過程,常用無線電定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下,發(fā),射,臺,輻,射,無,線,電,信,號,接,收,機,接,收,處,理,位置,1,位置,2,位置,n,目,標(biāo),位,置,電波傳播,電參量,A,W,T,電位參量,R,R,H,位置已知發(fā)射臺,位置已知發(fā)射臺,位置已知發(fā)射臺,首先，由一個或多個地理位置精確的已知,的發(fā)射臺發(fā)射

5、無線電信號，這個無線電信,號的電參量（如振幅,A,頻率,w,相位,時間,t,中的一個或多個攜帶著定位參數(shù)信,息，經(jīng)過電波傳播到達(dá)接收機,其次，接收機接收和處理該無線電信號,并根據(jù)電波傳播特性，有電參量得到定位,參量（如來波方向,距離,R,距離差,R,高度,H,再次，根據(jù)得到的定位參量及位置已知,的發(fā)射臺，獲得多條相對于個發(fā)射臺的,位置線（或位置面,最后，有多條位置線（或位置面）采用,相應(yīng)的定位算法，得到對目標(biāo)位置的估,計,采用無線電信號定位的依據(jù),無線電波具有以下傳播特性,1,無線電波在理想均勻媒質(zhì)中，按直線,或最短路徑）傳播,2,無線電波經(jīng)電離層反射后，入射波和,反射波在同一鉛垂面,3,無線

6、電波在傳播路徑中，若遇不連續(xù),煤質(zhì)時產(chǎn)生反射,4,在理想均勻媒質(zhì)中，無線電波傳播速,度為常數(shù),根據(jù),1,2,兩個特性，可以測定無線,電波的傳播方向，從而確定目標(biāo)相對發(fā)射臺,的方向,根據(jù),1,4,兩個特性，可以測定無線,電波在發(fā)射臺和目標(biāo)之間的傳播時間，從而,確定目標(biāo)到發(fā)射臺的斜距（如測定電波由兩,個發(fā)射臺到目標(biāo)的時間差，則可確定目標(biāo)到,這兩個發(fā)射臺的距離差,特性,3,是雷達(dá)定位的基礎(chǔ)，正是這個,特性才能通過無線電波發(fā)現(xiàn)并確定目標(biāo)相對,于雷達(dá)站的位置,基于超聲波定位,超聲波定位系統(tǒng)可用于一定范圍的無接觸,定位，定位精度可達(dá),1cm,由于超聲波的傳播受,環(huán)境影響較大，故不推薦在室外使用。在實際,應(yīng)

7、用中根據(jù)環(huán)境和具體要求其應(yīng)用電路可作適,當(dāng)改進(jìn),超聲波定位的原理與無線電定位系統(tǒng)相仿，只,是由于超聲波在空氣中的衰減較大，只適用于,較小的范圍。超聲波在空氣中的傳播距離一般,只有幾十米。短距離的超聲波測距系統(tǒng)已經(jīng)在,實際中應(yīng)用，測距精度為厘米級。超聲波定位,系統(tǒng)可用于無人車間等場所中的移動物體定位,超聲波定位系統(tǒng)在具體實現(xiàn)上與無線電,定位有所不同。不同發(fā)射點的無線電信號可以,用不同的頻率來區(qū)分，而超聲波系統(tǒng)難以做到,因此必須有一種能夠把各個發(fā)射點的超聲波信,號區(qū)分開來的方法。我們采用帶地址編碼的無,線電觸發(fā)電路分別觸發(fā)各個發(fā)射點,特點：超聲波速度慢，定位精度高，水下,傳播是它的最大優(yōu)勢,GPS

8、,一,定義：全球定位系統(tǒng),GPS,Global,Positioning System,是一種可以授時和測,距的空間交會定點的導(dǎo)航系統(tǒng),可向全球用戶,提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置，三維速,度和時間信息,二,GPS,定位系統(tǒng)由,GPS,衛(wèi)星空間部分、地面控,制部分和用戶,GPS,接收機三部分組成,1,空間部分,由,21,顆工作衛(wèi)星和,3,顆備用衛(wèi)星,截止,2004,年,3,月為止，在軌衛(wèi)星共,29,顆，星號為,1,11,13,18,20,31,目前,GPS,星座已真正實現(xiàn),全球覆蓋，不再有盲區(qū)，全天,24,小時任何時間都能,精密定位,2,地面控制部分,1,個主控站,Colorado sprin

9、gs,科羅拉多,斯平士,3,個注入站,Ascencion,阿森松群島,Diego Garcia,迭,哥伽西亞,kwajalein,卡瓦加蘭,5,個監(jiān)控站,以上主控站、注入站及,Hawaii,夏威夷,3,用戶接收機部分,GPS,接收機的基本類型分導(dǎo)航型和大地型,大地型接收機又分單頻型和雙頻型,三,GPS,定位方法分類,若按用戶接收機天線在測量中所處的狀態(tài)來分,可分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位；若按定位的結(jié)果,來分，可分為絕對定位和相對定位,1,絕對,單點定位,point positioning,確定觀測點在,WGS-84,系中的坐標(biāo)，即絕對位置,2,相對定位,relative positioning,確

10、,定確定同步跟蹤相同的,GPS,衛(wèi)星信號的若干臺接,收機之間的相對位置（坐標(biāo)差）的定位方法,靜態(tài)定位,即在定位過程中，接收機天線（觀,測站）的位置相對于周圍地面點而言，處于靜,止?fàn)顟B(tài),動態(tài)定位,則正好相反，即在定位過程中，接收,機天線處于運動狀態(tài)，定位結(jié)果是連續(xù)變化的,四,GPS,定位原理,1,絕對定位原理,利用,GPS,進(jìn)行絕對定位的基本原理為：以,GPS,衛(wèi)星與,用戶接收機天線之間的幾何距離觀測量,為基礎(chǔ)，并根據(jù)衛(wèi)星,的瞬時坐標(biāo),XS ,YS ,ZS,，以確定用戶接收機天線所對應(yīng),的點位，即觀測站的位置,設(shè)接收機天線的相位中心坐標(biāo)為,X,Y,Z,，則有,衛(wèi)星的瞬時坐標(biāo),XS ,YS ,ZS

11、,可根據(jù)導(dǎo)航電文獲得，所以,式中只有,X,Y,Z,三個未知量，只要同時接收,3,顆,GPS,衛(wèi)星，就能解出測站點坐標(biāo),X,Y,Z,?？梢钥闯?GPS,單,點定位的實質(zhì)就是空間距離的后方交會,GPS,絕對定位圖,2,相對定位原理,GPS,相對定位，亦稱差分,GPS,定位，是目前,GPS,定位中精度最高的一種定位方法。其基本定位原理為：如,圖,所示，用兩臺,GPS,用戶接收機分別安置在基線的兩端,并同步觀測相同的,GPS,衛(wèi)星，以確定基線端點（測站,點）在,WGS-84,坐標(biāo)系中的相對位置或向量,GPS,相對定位圖,目前在工程中，廣泛應(yīng)用的是相對定位模式,其后處理定位方法有：靜態(tài)定位和動態(tài)定位,1,靜態(tài)相對定位,將幾臺,GPS,接收機安置在基線端點上，保持固,定不動，同步觀測,4,顆以上衛(wèi)星?？捎^測數(shù)個時段,每時段觀測十幾分鐘至,1,小時左右。最后將觀測數(shù),據(jù)輸入計算機，經(jīng)軟件解算得各點坐標(biāo),用途,是精度最高的作業(yè)模式。主要用于大地測,量、控制測量,變形測量、工程測量,精度,