GPS系统的定位精度和定时精度_

056201207 GPS系统的定位和定时精度有多高？卫星教室卫星讲座9 +刘天雄为了统一导航方法，美国取代了Omega，Roland C等许多地面导航系统，实现了高精度，连续性，三维定位和速度测量. 1973年，美国国防部批准了GPS. 全球定位系统计划组织并设计了GPS系统解决方案: 卫星轨道高度为20230公里；卫星数为24，分布在6个轨道平面上；用户可以同时看到6-11颗卫星；有两个导航信号L1和L2，L1: 1575.42MHz，L2: 1227.60MHz；使用RNSS（导航卫星服务）伪距测量原理来实现位置分辨率. 1.定位精度，误差和偏差的概念GPS系统基于无源类型，并采用RNSS测距原理，即GPS接收机测量来自GPS卫星的导航定位信号的传播延迟，从而测量GPS和GPS卫星之间的距离. 距离，然后它与GPS卫星在轨位置（动态已知点）共同求解的三维坐标. 可以看出，GPS卫星导航定位误差主要来自GPS卫星信号误差，信号传播误差和GPS接收机测量误差. 对于GPS卫星导航，精度（准确性）定义为位置或速度的测量值与真实值之间的符合程度. 导航系统的精度通常用系统误差的统计量来表示.

在GPS定位测量中，不仅存在测量误差，还存在偏差. 例如，导航卫星的卫星原子钟不仅具有时钟偏差（每个GPS卫星的时钟相对于GPS时间系统的差），而且还具有时钟误差（尽管GPS的卫星原子钟卫星精度极高，但不完善，总会出现误差，原子钟的一个重要指标是稳定性，目前原子钟的“日稳定性”一般为1E-13，这意味着原子钟的误差. 为每天8.64 ns，相应的测距误差为2.59m. 再举一个例子，地球大气层中的电离层和对流层将改变导航信号的传播，并且其影响存在偏差和误差. 偏差是对电离层和对流层效应引起的额外延迟的校正，通常为几米到100多米. 该错误是由诸如附加延迟校正的真实性之类的因素引起的. 在导航和定位技术领域，通常使用距离的均方根值（drms）来表示二维定位精度，该精度由二次方与精度平方和之和来定量表示. 纬度标准偏差. 距离均方根值的两倍（2drms）是距离均方根值的两倍，距离均方根值可以理解为半径为2drms的圆，用概率来描述，并且可以在任何地方使用系统（此处为PPS）. 所有获得的可能的定位结果落入该圆的概率大于95％. 二，定位精度的影响定位精度到底是什么意思？让我们先谈谈水平误差.

例如，学校主楼前面的广场上有一个旗杆. 从星期一到星期五，每天与一起在旗杆上测量一组坐标. 尽管测量结果完全相同，但是每次测量的坐标都会不同. ，这种差异一般在0〜15m之间，但可能达到30m. 即使测量间隔只有几秒钟，测量的坐标也会略有不同. 30m的误差意味着如果您实际上站在旗杆下，可能会告诉您您在主楼的办公室里！让我们再谈谈高度误差. 在大多数情况下，高度误差在30m左右，看起来像“后果很严重”. 但是对于普通用户，我们使用来实现目的地导航. 此时，也称为导航器. 更常见的是，我们在驾驶时使用导航器实现语音导航. 我们根本不关心高度误差. 但是，不同的用户对定位精度有完全不同的要求！ GPS系统的不同用户对定位精度（准确性），导航信号的完整性（完整性）和可用性（可用性）有要求，如图1所示. 下面我们举几个例子来说明不同用户对定位精度的不同要求. 假设我们在广阔的草原上骑马，我们是否关心这架飞机30m的误差？只要方向正确，此精度就足以满足057 Satellite＆Network！但是，如果民用客机使用GPS数据降落在机场的特定跑道上，则该技术术语称为精确进场，并且30m的误差可能会导致非常严重的事故.

在第七版国际民航组织GNSS SARPs中，国际民航组织规定，当民航客机使用GPS定位数据来实现初始进近（非精确进近）时，GPS水平定位精度不应大于220m，并且不需要垂直定位精度. 对于I类精度方法，GPS水平定位精度应不大于16m，垂直定位精度应不大于7.7m；民航客机（CAT III）的盲降要求GPS水平定位精度不大于6mgps定位精度，垂直定位精度不大于2m. 武器，特别是GPS系统制导的战术导弹，对定位精度也有较高的要求，否则会造成不必要的人员伤亡. 例如，1991年1月17日，一支以美国为首的多国部队对伊拉克发动了空袭，代号为“沙漠风暴”. 这场战争使刚起步的美国GPS全球定位系统“发光”. 1991年1月18日，两架载有“ Slam”空对地导弹的美国海军A-6E“入侵者”舰载重型攻击机从部署在红海的肯尼迪号航空母舰起飞，飞越沙特阿拉伯领空. 它正在接近伊拉克. 该任务的主要目的是炸毁伊拉克发电厂的主要控制设备，并使其全部发电能力瘫痪. 在A-6E舰载攻击机发现目标之后，它首先发射了第一枚“猛击”导弹，将坚固的工厂建筑炸入直径10米的大孔中.

两分钟后，另一架A-6E向目标发射了第二枚“大满贯”导弹. 第二枚导弹实际上是通过第一枚导弹炸开的孔洞刺入工厂大楼的，一次就摧毁了发电. 发电厂的核心完全摧毁了电站，而附近的水闸完好无损. 这种“千里穿杨”的功夫，真打动了世界！ “大满贯”空对地导弹具有指点和打击高精度点形硬目标的能力. 这种武器不仅具有强大的杀伤力，而且还可以避免非军事目标，因此特别适合“外科”打击. 三，定时精度GPS系统的影响为了满足精确定位和导航的需求，在系统设计和测试开始时就建立了一个特殊的时间系统，称为GPST（GPS时间）. GPS主控站. 定义了监控站中使用的高精度原子钟和一系列基于卫星的原子钟. GPS系统GPST为全球用户提供时间同步功能（准时和定时）. GPST GPST是一个原子时间系统，其第二长度是原子时间的第二长度. GPST时间是由50个铯原子钟驱动的美国海军天文台（USNO）的原子秒时标版本的协调世界时，缩写为UTC（USNO）. GPST和UTC（USNO）于1980年1月6日凌晨0点重合.

由于地球绕其自转轴摇动，并且自转也将受到太阳，月亮和海洋潮汐的影响，因此这些因素会稍微影响地球自转，这将导致太阳时间偏离原子时间并协调世界. UTC系统会不时地进行调整，通过增加或减少某一天的“一秒钟”来补偿由于地球不均匀旋转而引起的误差. 术语称为“第二秒”或“第二秒”. 这项调整始于1972年，2012年6月30日的最后一分钟为61秒，这是UTC第25次运行. 计时是指在世界上任何地方的用户定义的任何时间参数条件下（包括时间传递），都可以从标准（GPS系统中的GPST，通用时间为UTC）获取并维持精确和准确的时间的能力. 在地面监视站的监视下，导航卫星传输精确的时间和频率信息是GPS的另一个重要应用，此功能的应用可以精确地控制时间或频率. GPS系统每秒发送一次信号，并且可以在世界上任何位置可靠地接收信号，这是理想的时间同步时钟源. GPS系统精确定位服务PPS提供200 ns（95％）之内的协调世界时UTC时间传递精度，标准定位服务SPS提供200 ns（95％）内的协调世界时UTC时间传递精度，未来GPSIII计时精度将达到5.7纳秒.

GPS全球定位系统的计时功能将为各行各业带来以下好处. 第一个是免费广泛共享原子钟的精确时间，而不必配备原子钟. 第二种是在通信系统，电力系统和金融系统中使用GPS全球定位. 系统的精确计时可实融系统中的金融交易和票据的时间. 交流高精度时间. 过去，中国电力公司从输电网络到电力计算机网络的时间同步系统主要使用GPS系统作为主要时钟源. 也就是说，GPS系统的导航和定位要求058201207卫星教室卫星教室使用GPS作为电力系统的定时方法智能设备，如电力自动化设备，，这不可避免地会导致电网系统中的重大安全事故. 根据2010年第1期《卫星导航与智能交通》，“自主创新，帮助国内导航卫星与电网时钟对准”，由于GPS计时不准确，中国每年发生电网事故，给经济造成巨大损失.

电力系统必须确保发电厂和变电站中设备操作的同步. 首先，必须确保设备内部时钟的一致性. 电力系统的安全运行需要实现大范围的高精度时间同步. 同步相位测量，运行稳定性判断，继电保护，电动机励磁和调速，功率角测量，电流纵向差动保护，故障定位以及整个电力系统电网故障记录的技术都需要时间同步技术. 安全，可靠，高精度的时间同步技术是当代电网乃至未来智能电网正常运行的基本要求. 根据2010年第2号卫星应用“北斗电网时间同步管理系统的应用”，由于定时系统问题，中国电力系统电网事故时有发生，对电网的保护，监测和调整电网的二次系统由于时间不同步，该功能还存在很大的问题，这影响了电网的安全运行. 2005年9月1日发生的蒙西电网低频振荡事故和2006年7月1日的河南电网保护失灵事故，是由于报告数据的时间尺度不一致和故障未对准引起的. 记录信息，这在事故分析中造成了困难. 显然，基于我国北斗卫星导航系统的电力定时系统的开发可以有效地保证我国电力系统的安全和国家安全. 北斗系统具有很高的定时精度，单向定时精度为100ns，双向定时精度为20ns，GPS定时精度仅为1000ns. 针对国电时序中潜在的安全隐患，北京国之恒电力管理技术开发了“北斗电网时间同步管理系统”，结束了中国电力运行安全等国家的历史，并解决了这一问题. 电力系统时间同步的应用. 提供可靠的时钟源gps定位精度，整个网络的时间同步管理以及远程实时监视和维护这三个问题.

2008年12月19日，“北斗电网时间同步管理系统”与华东电网连接. 2009年9月，国家正式建立了“以北斗为主体的时空相互准备”电力计时系统，中国国家电网公司和南方电网公司也做出了积极回应. 《北京晚报》 2010年3月22日报道，“北斗时间”系统首次成功引入我国电网数字化变电站，开启了智能电网建设的新纪元. “北斗电网时间同步管理系统”的精确时间服务系统是基于中国开发和建立的北斗卫星导航实验系统，结束了中国电力运行时间的历史，完全依赖美国GPS全球定位系统，使过去缺乏安全性保证的“美国时机”变为“中国时机”. 让我们谈一个最接近我们日常生活的例子. 在高速无线通信和宽带网络技术中，通信传输系统的时间基准和时间同步是非常重要的参数. 通信和网络中涉及的安全性，身份验证和计费都是基于共同的标记时间，这需要精确的时间和时间同步. 特别是对于第三代移动通信（3G），与过去相比，带宽和信号传输速率都有了很大的提高，并且对参考时间精度和时间均匀性的要求也非常高. 目前，几乎所有3G基站都使用GPS全球卫星定位系统地面的时间模块.

中国移动的TD-SCDMA系统是一个全网同步系统，需要所有基站之间严格的时间同步. 由于缺乏先进的网络同步技术，TD-SCDMA基站通常使用GPS全球卫星定位系统来实现站点之间的时间同步. 时间同步完全取决于美国GPS全球卫星定位系统，并且存在很大的隐患. 由于美国GPS全球卫星定位系统的定时问题，我国联通的CDMA网络陷入瘫痪. 目前，中国移动一方面通过有线传输网络传输精确的时间同步信号，另一方面使用中国自主发射的北斗卫星作为时间信号源（我们自己的卫星导航系统的时间标准） . 基于北斗卫星的定时方案也正在使用. 该学院的实验室完成了测试，结果表明它具有与GPS系统相同的定时精度，可以满足TD-SCDMA同步要求. 使用北斗卫星和GPS卫星双模式定时，并且彼此备份. 最后，将时间信号的源和传输结合起来，完全摆脱了对GPS的依赖. 第四，定位精度的变化趋势. 1993年12月，美国国防部宣布GPS系统具有初始务能力-IOC（初始作战能力）. 同年，它宣布GPS系统向世界开放，并且对全球民用用户免费使用了10年. 成本. 1989年至1990年，美国共发射了9颗Block-II GPS卫星.

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