無線電基礎(chǔ)知識ppt課件

1、無線電定位的基本知識,2012年3月30日,1,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(jī)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凰惴ㄓ嬎愠瞿繕?biāo)的位置。,2,無線電定位可分為,陸基無線電定位,星基無線電定位,（1）星基無線電定位

2、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(qiáng)、相位、或入射角等參數(shù)來實現(xiàn)目標(biāo)的定位。,3,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，通常稱為位置線法；通過

3、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。,4,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(jī)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。,5,一 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（或位置線）不同，又可分為

4、： 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）,6,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：,7,發(fā)射臺輻射無線電信號,接收機(jī)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,8,首先，由一個或多個地理位置精確的已知的發(fā)射臺發(fā)射無線電信號，

5、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(jī)； 其次，接收機(jī)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）；,9,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。,10,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）無線電波在

6、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),11,*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,12,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)用中

7、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。,13,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。,14,GPS 一

8、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(jī)三部分組成。,15,1、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111，13 18，2031。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 springs(科羅拉多.斯平士)。 3個注入站:Asce

9、ncion(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)。,16,3、用戶接收機(jī)部分,GPS接收機(jī)的基本類型分導(dǎo)航型和大地型。 大地型接收機(jī)又分單頻型和雙頻型。,三 GPS定位方法分類,若按用戶接收機(jī)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。,17,（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)確定確定同步跟蹤相同的G

10、PS衛(wèi)星信號的若干臺接收機(jī)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(jī)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(jī)天線處于運動狀態(tài)，定位結(jié)果是連續(xù)變化的。,18,四、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(jī)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(jī)天線所對應(yīng)的點位，即觀測站的位置。 設(shè)接收機(jī)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 ）可根據(jù)導(dǎo)航電文

11、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,19,2、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(jī)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,20,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(jī)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。可觀測數(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(jī)，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：可達(dá)到（ 5mm +1ppm ）