自主定位导航（精选十篇）
自主定位导航 篇1
关键词：GPS伪距测量,航天飞行器,自主导航
2000年5月1日, 时任美国总统克林顿宣布:即日起停止对GPS卫星实施SA技术, 致使广大民用GPS用户能够获得±23m (置信度95%) 的二维位置精度、±33m (置信度95%) 的高程精度和200ns (置信度95%) 的定时精度, 这标志着GPS现代化的开始。G P S现代化后, G P S卫星将向全球广大用户发送3个导航定位信号 (L1, L2, L5) , 而能够为民用提供L1-C/A码、L2-C码和L5-G码的三个伪距测量值, 这为器载GPS测量的航天飞行器自主导航奠定了坚实的工程应用基础。
早在GPS技术问世之初的1982年7月, 美国发射的Landsat-D地球资源卫星便开创了星载GPS测量的先例, 而在Landsat-D卫星上安设了一台GPSPAC GPS信号接收机;其功耗为45瓦, 重达18千克。星载G P S测量的结果表明, 它不仅验证了G P S用于卫星定轨的可行性, 而且证实了星载GPS测量具有下列优越性:
⊙能够精确而自主地测定卫星在轨飞行时的实时位置与速度, 甚至姿态参数。
⊙能够实现在轨卫星的自主导航, 而显著减少对地面测控系统的依赖。
⊙能够为星上其他设备提供高精度的时间基准而取代地面测控系统的时统子系统。
近年来的实用证明, 从几百千米高的低轨航天器, 直到几万千米高的高轨航天器 (如地球同步卫星, 但它利用在地球另外一面与该卫星相对的GPS导航定位信号, 见图1所示) , 都能够采用GPS技术进行导航定位测量, 即使是航天器的交会与对接、航天飞机的入轨飞行和变轨返航, 都成功地应用了GPS技术。美国正在设计研制中的用于取代航天飞机的乘员探索飞行器 (CEV, Crew Exploration Vehicle) , 也将采用GPS自主导航定位技术。
我们知道, 为了测控定轨“神舟”五号飞船, 不仅在新疆、甘肃、内蒙、陕西、山东和福建等省设立了10余个固定测控站, 而且派出4艘“远望号”航天测量船分别在太平洋、大西洋和印度洋上设置了四个机动测控站。“远望一号”停泊于日本海上, “远望二号”停泊于南太平洋上, “远望三号”停泊于南大西洋上, “远望四号”停泊于印度洋上, 这4艘航天测量船装备着无线电跟踪测量系统、光学跟踪测量系统、遥测系统、遥控系统、再入物理现象观测系统、声呐系统、数据处理系统、指挥控制中心、船位船姿测量系统、通信系统、时间统一系统、电磁辐射报警系统和辅助设备。为了完成对“神舟”五号飞船于2003年10月15日至16日的14圈太空飞行的测控定轨任务, 从2003年9月8日开始, 4艘“远望”号航天测量船相继出征, 它们分别通过台湾海峡、马六甲海峡和好望角等险要航区后, 先后到达各自的预定海域, 历时87天, 航程6万余海里, 才完成了对“神舟”五号飞船的测控定轨任务。如果能够充分发挥G P S技术的作用, 如此费时、费力和费钱的地面测控, 是能够减轻负担的, 本文拟对GPS伪距测量在航天飞行器自主导航中的应用予以简要论述。
1 器载GPS伪距测量自主导航定轨的基本问题
实用表明, (航天) 器载GPS伪距测量定轨, 需要注重下列三大问题:
(1) 器载GPS信号接收机, 它不仅具有随航天器以每秒几千米飞行时能够同时捕获、跟踪和测量4颗以上GPS卫星的能力, 而且能够实时地快速转向取代降落卫星的新卫星, 保持4颗以上GPS卫星的测量数据。
(2) 器载GPS信号接收天线, 它不仅具有多频信号的接收和捕获能力, 而且具有1°以下的天线方向截止角 (天线方向性系数近于零的方向角) 。此外, 在航天器上设置GPS信号接收天线时, 既要注重减小多路径效应的影响, 又要严防本地信号的串扰。
(3) 器载GPS测量数据处理软件, 它不仅具有优异的在星数据处理软能力, 实时给出定轨结果, 而且能够通过遥测遥控信号进行更新换代。
此处需要特别强调一下器载GPS信号接收天线。器载GPS测量, 难以进行高程约束解, 而至少需要观测4颗GPS卫星, 才能解算出三维实时在轨位置。为了确保在轨点位测量的连续性, 器载GPS信号接收天线必须稳定接收和跟踪4颗以上的GPS卫星, 天线方向图的优劣和卫星飞行姿态的稳定与否, 便成为能否保持稳定接收和跟踪的关键。GPS信号接收天线的优劣, 取决于它的方向图、增益、输入阻抗、极化和频带宽度等天线参数。对于单频GPS天线而言, 它的带宽应为1565-1586MHz;对于双频GPS天线而言, 它的第一频带宽度 (L1) 应为1565-1586MHz, 第二频带宽度 (L2) 应为1217-1237 M H z, 这是接收GPS信号的重要前提。若所购GP S天线不能工作于上述频带, 便难以接收到GP S信号, 根据接收天线理论可知, GPS信号接收天线的最大输出功率和信噪比均正比于它的方向性系数ka。现行GPS信号接收天线的方向性图多数近于半球体, 但是, 随着天线设计和制作工艺之异, 天线的方向截止角 (ka近于零的方向角) 彼此相差较大。例如, Trimble动态天线的方向截止角为15°, 而Tecom 401170型动态天线的方向截止角仅为1° (如图2所示) 。由此可见, 在GPS卫星处于同一高度角 (如10°) 的情况下, 用Tecom 401170型动态天线能够稳定接收到GPS信号, 而Trimble动态天线恰好处于方向截止角之内, 而接收不到该颗GPS卫星的导航定位信号, 达不到至少观测4颗GPS卫星的目的。若卫星在飞行过程中, 因摄动力的波动起伏而导致较大的倾斜和转动, 这相当于GPS卫星高度角的跃变, 可能导致GPS信号落于天线方向截止角之内, 而中断在轨点位的实时测量。因此, 器载GPS信号接收天线应该具有小于甚至远小于1°的方向截止角。
2 粗差的探测和剔除
现在, 我们讨论器载GPS测量数据的处理问题。依据在“GNSS伪距单点定位及其实现──GNSS卫星导航定位方法之一”的式 (13) (《数字通信世界》, 2016年第4期) 可知, 器载GPS伪距测量的单点首发解, 是一个迭代计算过程。在空间飞行环境下, 由于器载GPS信号接收机的性能不完整性和多路径效应的影响, 如果不采较优越的GPS数据处理软件, 而用一般的商品软件处理器载GPS伪距测量数据, 用CH A MP卫星的GPS测量数据计算结果表明, 器载GPS伪距测量单点解, 有时会出现10~100m的粗差, 个别情况下甚至会产生10~10 0 k m的异常结果, 而严重损失器载GPS自主导航定轨的精度及其稳定性。因此, 探测和剔除这种粗差, 是器载GPS伪距测量自主导航定轨的重要问题。此处介绍一种基于动力法预报轨道的粗差剔除算法, 该法以简化的动力法预报轨道作为星载GPS伪距测量解的初始值, 进而用G r ubbs准则剔除含有较大伪距粗差的观测值, 并计算卫星的轨道。然后用简化的动力学模型对星载GPS伪距测量解的结果进行推广卡尔曼滤波, 获得最终的卫星自主定轨值。现对此作较详细介绍。
2.1 简化动力学推广卡尔曼滤波
(1) 根据k-1时元的先验状态, 对卫星运动方程和变分方程进行数值积分
考虑到星载计算机的内存和速度的限制, 仅采用包含摄动力有10×10阶次的JGM3地球重立场模型和日月引力影响的动力模型。在变分方程积分计算状态转移矩阵的过程中, 并没有使用严密的数值积分, 而是使用计算量较小的仅考虑二体问题的方法 (详细计算过程参阅Yanming FENG.An Alter native Orbit Integ ration Algor ith m for GPS Based Precise satellite Autonomous Navigat ion.GPS Solutions.2001, 5 (2) :1~11) 。
(2) 时间更新
(3) Grubbs准则下的GPS伪距几何法实时定轨计算卫星在k时元的状态Yk
(4) 测量更新
(5) 以k=k-1, 返回第一步并计算下一观测时元。
2.2 Grubbs准则下的GPS几何法实时定轨
对CHAMP卫星而言, GPS几何定轨可采用双频伪距的无电离层影响组合作为观测值, 进而列出下述观测方程
式中, Pc (t) 为t时元双频伪距的组合观测值;ρ (t) 为t时元的GPS卫星发射天线至卫星星载GPS接收天线间的几何距离;δtLeo (t) 为t时元星载GPS接收机的钟差, 为待求量;δt (t) 为t时元GPS卫星的钟差, 可用导航电文中钟差参数直接计算;vPc为组合观测值的测量噪声。
以动力法轨道积分的预报值作为参考值, 对 (1) 式进行线性化并迭代求解。为提高轨道精度, 计算时应考虑地球自转影响、相对论影响, 以及卫星GPS接收天线相位中心和卫星质量中心的偏差改正。
几何法定位方法简单, 计算量小, 但容易受GPS卫星星历和卫星钟差的精度、GPS卫星在空间的几何分布、多路径效应和测量噪声等因素的影响。
2.3 星载GPS测量定轨解算实例
根据上述方法, 任意选取连续三天 (2004年5月9日~11日) 的C H A M P星载G P S观测数据进行实时模拟计算。首先仅用一般的GPS几何法实时定轨处理, 不剔除异常数据, 卫星高度截止角设置为10°, 并以卫星高度角进行加权处理 (w (z) =sin2 (z) , z为卫星高度角) 。将整分的计算结果与相应的J PL精密CHAMP轨道比较如图3所示, 但该图中已删除了23处超过1km的轨道差值。由此可见, 绝大多数轨道差值在±50m的范围内, 但受到异常数据的影响, 小部分超出50m, 而且受GPS卫星数 (如图4所示) 的影响, 出现定轨中断现象。
用上述Grubbs准则下的GPS几何定轨并简化动力学推广卡尔曼滤波, 计算以上3天的CHAMP卫星轨道, 与JPL精密轨道比较如图5所示。由该图可见, 三个坐标方向的轨道差值多集中在±10m以内, 只是在GDOP值较大的情况下, 轨道较差较大。主要由于目前公布的CHAMP星载数据中不含D o p ple r实测数据, 无法实时计算卫星的速度并进行卡尔曼滤波, 影响动力学轨道积分的精度。
以上两种方法的定轨结果比较见表1, 简化动力学滤波轨道的RMS有较大提高, 但计算的耗时仅增加1倍 (计算时间间隔为1min, 时元总数为4, 317个) 。在实际应用中, 轨道积分器步长使用60s, 若中间时元使用数学插值方法预报, 总体计算量不会有大的增加。
综上所述, 在用GPS测定低轨卫星的实时轨道时, 简化动力学模型进行推广卡尔曼滤波是必要的, 它不仅可以克服GPS卫星几何分布差、卫星信号中断而出现的卫星轨道不连续, 而且能够剔除伪距测量中的异常数据来提高轨道精度。在计算耗时方面, 仅增加1倍机时, 若辅助以数学插值方法, 计算总耗时不会有较大的增加。在实际应用中, 若能够采集Doppler实测数据, 提高低轨卫星的速度计算精度, 卫星实时定轨精度有望获得进一步提高。
3 航天器的SATODS自主定轨软件
在上述算法的基础上, 王甫红教授研究成功了用于航天器的SATODS自主定轨软件。航天器自主定轨, 是航天器不依赖地面支持, 利用航天器上自备的测量设备实时地测定自身的在轨位置、速度和姿态。该功能与航天器姿态控制系统相结合, 可以实现航天器轨道和姿态的自主维持, 有助于提高地面测控网的生存能力, 即使地面测控网发生了故障, 仍能保持航天器的正常运行。航天器实现自主定轨后, 地面测控网不需要跟踪测轨功能, 只需少量的数据收发站完成数据上行、下行传送功能。
SATODS自主定轨软件, 是基于星载GPS测量自主定轨揉合算法的;它是星载GPS伪距测量、动力学定轨理论、动力学补偿算法、推广卡尔曼滤波和U-D分解滤波等理论的集成应用。SATODS软件的特点是:程序代码简洁、占用内存少、运行速度快和可移植性强。SATODS软件的组成部分如图6所示。现对各组成部分予以简要介绍。
(1) 与星载GPS信号接收机进行实时通信而获取观测数据。这个模块是指GPS信号接收机测量GPS信号产生观测数据时, 自主定轨软件实时地通过串行通信或其他通信方式从接收机中得到观测数据流, 并能够从数据流中提取导航电文、伪距、多普勒频移和载波相位观测数据。
(2) 动力学轨道积分。动力学轨道积分是以当前滤波估计的卫星状态作为初值, 根据已知的卫星摄动力模型使用4阶Runge-Kutta-Fehlberg单步积分器预报下一观测时元的卫星状态, 同时用直接法计算状态转移矩阵。这部分软件实现包括卫星摄动力模型、地固系和惯性系之间的坐标转换、不同时间系统之间的转换、单步积分器与状态转移矩阵计算等子模块组成。其中地球重力场模型最大可达到70×70阶次, 在此阶次内可任意选择确定。这部分程序的计算量在整个自主定轨软件占有较大比例, 因此根据星上处理器的性能和对实时轨道精度的需求, 合理选择摄动力模型尤为重要。另外, 使用合理的非球形加速度的递推算法也可以减小部分计算量。
(3) 粗差或异常观测数据探测和剔除。如果星载GPS观测数据中含有粗差或异常观测数据, 将会降低实时定轨的精度, 严重时导致卡尔曼滤波的发散。因此要获得高精度的定轨结果, 粗差或异常观测数据的探测和剔除至关重要。在自主定轨中, 特别是小量级的伪距观测值粗差, 难以准确地探测和定位。SATODS自主定轨软件采用两步法, 首先根据数值积分的预报轨道计算的新息向量进行较大量级的粗差探测, 然后在U-D分解滤波的估计过程中, 再次对每个进入滤波器的观测数据进行检查。
(4) 建立观测方程并线性化。自主定轨中使用伪距和多普勒频移作为观测量, 如果是星载GPS双频接收机, 可以使用消除电离层影响的组合伪距。计算GPS卫星信号发射时刻的卫星位置和速度, 以及各项误差源改正。根据动力学轨道积分的预报轨道, 将伪距和多普勒频移观测值线性化, 计算待估参数的偏导数, 在此基础上可以进行几何法定轨, 用于推广卡尔曼滤波定轨的轨道检查。
(5) U-D分解推广卡尔曼滤波。观测方程线性化后, 用U-D分解推广卡尔曼滤波来估计卫星状态参数。U-D分解滤波的特点是将所有观测数据作为一个观测序列, 依次进行测量更新。每次只更新一个观测数据, 在滤波估计中, 避免了多维矩阵求逆运算。不仅可以减小计算量, 而且增强滤波的稳健性, 避免因为数值计算问题导致的滤波发散现象。
(6) 滤波器状态检查并作随机参数自动调整。在滤波的测量更新后, 需要对观测数据的残差序列进行分析, 评定滤波器的状态。当滤波出现发散现象时, 能够重置为初始状态。在低轨卫星进行轨道机动前后, 必须对随机参数进行调整, 使滤波的轨道在动力法定轨和几何法定轨间达到达到最佳的平衡, 以输出最优的卫星轨道。
(7) 轨道内插与发布。为了减小计算量, SATODS的轨道积分步长为30秒, 滤波器的更新时间间隔亦为30秒。而低轨卫星的姿态控制系统以及对地观测系统的观测设备可能需要更小时间间隔的卫星轨道, 这要求自主定轨系统必须提供所需时刻的卫星轨道状态参数。减小轨道积分的步长, 可以达到加密轨道输出的目的, 但这无疑将大幅增加星上处理器的负担。为了解决这个问题, 我们在滤波估计的轨道基础上, 通过5阶的Hermite多项式内插出所需要时刻的卫星轨道, 并将其发布给其他设备。轨道内插的计算量很小, 其插值精度与轨道积分处于同一量级。
为了检测星载GPS测量自主定轨软件SATODS的可靠性, 而进行了比较验算;用C H A M P卫星 (2000-7-15发射) 于2006年4月30日的GPS实测数据, 由SATODS软件解算的该颗卫星的在轨位置与美国JPL高精度轨道进行比较, 其结果表明, 速差最大值仅为1mm/s, 点位差最大值为0.882m (如表2所示) 。用SAC-C卫星 (2000-11-21发射) 于2006年4月30日的G P S实测数据, 由SAT OD S软件解算的该颗卫星的在轨位置与美国JPL高精度轨道进行比较, 其结果表明, 速差最大值仅为2.09mm/s, 点位差最大值为0.927m (如表3所示) 。上述算例表明, 采用星载GPS测量自主定轨的揉合算法, 可以获得米级的卫星轨道测量精度和毫米级的卫星运行速度测量精度, 而具有广泛的应用价值。
4 结束语
星载GPS测量能够自主地测定卫星在轨飞行时的实时位置与速度, 甚至姿态参数;能够实现在轨卫星的自主导航, 而显著减少对地面测控系统的依赖;能够为星上其他设备提供高精度的时间基准, 而取代地面测控系统的时统子系统。
航天器自主定轨, 是航天器不依赖地面支持, 利用航天器上自备的测量设备实时地测定自身的在轨位置、速度和姿态。该功能与航天器姿态控制系统相结合, 可以实现航天器轨道和姿态的自主维持, 有助于提高地面测控网的生存能力, 即使地面测控网发生了故障, 仍能保持航天器的正常运行。航天器实现自主定轨后, 地面测控网不需要跟踪测轨功能, 只需少量的数据收发站完成数据上行、下行传送功能。
我们的实算成果表明, 采用星载GPS测量自主定轨的揉合算法, 可以获得米级的卫星轨道测量精度和毫米级的卫星运行速度测量精度, 而具有广泛的应用价值。
参考文献
[1]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法 (第二版) .北京:北京科学出版社, 2008.6
[2]王甫红.高精度星载GPS实时定轨卡尔曼滤波模型.武汉大学学报 (信息科学版) , 2010, 35 (6) :653-656 (EI)
[3]王甫红, 刘基余.星载GPS伪距测量数据质量分析.测绘科学技术学报, 2007, 24 (2) :97-99
[4]王甫红, 刘基余.星载GPS卫星自主定轨研究.见:第14届全国遥测遥控技术年会论文集.厦门, 2006.11.5-10
导航定位望北斗 篇2
导航定位望北斗
4月15日,我国的`长征三号丙运载火箭推举着北斗卫星导航系统第二颗卫星从西昌卫星发射中心腾空而起,约26分钟后实现星箭分离,卫星被送入近点约200公里、远地点约3.6万公里、倾角20.5度的预定的地球同步转移轨道,标志着发射取得圆满成功.
作 者：尹怀勤 作者单位： 刊 名：科学与文化 英文刊名：SCIENCE AND CULTURE 年，卷(期)：2009 “”(8) 分类号： 关键词：自主定位导航 篇3
此研究报告刊登于《农业工程学报》2011年第3期，题为“基于GPS和机器视觉的组合导航定位方法”，第一作者为中国农业大学“现代精细农业系统集成研究”教育部重点实验室的硕士研究生陈艳。通信作者为张漫副教授，该研究为国家自然科学基金项目和国家“863”计划项目。
定位精度直接影响农业机械进行路径自动跟踪的质量。全球卫星定位系统（GPS）和机器视觉是自动导航系统中使用较多的两类传感器，农田中作物收割与未收割的边界有时并非直线，单独使用GPS进行导航，在确定导航基准线方面存在一定的误差；使用机器视觉进行此类作业，可以实时提取出当前作物行的特征信息，提高了定位的精度，但是单独使用机器视觉时，在图像处理过程中有时会出现漏检的情况；为了弥补单一传感器的不足，常采用多传感器组合进行导航定位。对多传感器信息进行融合时，常采用Kalman滤波算法，该方法可对研究对象过去、现在和将来的状态做出线性最优估计，比较适合动态环境中传感器信息的实时融合；但是Kalman滤波器是一种线性滤波器，对农业机械导航的非线性系统无法得到满意的效果；而UKF方法是根据Unscented变化(无迹变换)和卡尔曼滤波相结合得到的一种算法，该方法是对非线性函数的概率密度分布进行近似，用一系列确定样本来逼近状态的后验概率密度，UKF没有线性化忽略高阶项，因此非线性分布统计量的计算精度较高。
为了更好的改善农业机械的导航定位效果，研究者将GPS和摄像机两种传感器结合起来，并采用UKF滤波算法对采集到的信息进行融合。
该研究构建了一个基于GPS和机器视觉的多传感器组合导航定位系统。在此系统中，采用GPS获取导航车的绝对位置信息、航向角度和行驶速度；机器视觉通过图像处理获取导航基准线，并得到代表作物行特征的点；UKF滤波器用来对上述传感器获取的信息进行滤波，并以电瓶车为平台，对滤波前后的定位效果进行对比。试验结果表明，使用UKF滤波后的定位精度得到了改善，减少了定位数据的标准偏差，免了视觉信息丢失时导航无法进行的情况，提高了系统的稳定性。
自主定位导航 篇4
此研究报告刊登于《农业工程学报》2011年第3期，题为“基于GPS和机器视觉的组合导航定位方法”，第一作者为中国农业大学“现代精细农业系统集成研究”教育部重点实验室的硕士研究生陈艳。通信作者为张漫副教授，该研究为国家自然科学基金项目和国家“863”计划项目。
定位精度直接影响农业机械进行路径自动跟踪的质量。全球卫星定位系统(GPS)和机器视觉是自动导航系统中使用较多的两类传感器，农田中作物收割与未收割的边界有时并非直线，单独使用GPS进行导航，在确定导航基准线方面存在一定的误差;使用机器视觉进行此类作业，可以实时提取出当前作物行的特征信息，提高了定位的精度，但是单独使用机器视觉时，在图像处理过程中有时会出现漏检的情况;为了弥补单一传感器的不足，常采用多传感器组合进行导航定位。对多传感器信息进行融合时，常采用Kalman滤波算法，该方法可对研究对象过去、现在和将来的状态做出线性最优估计，比较适合动态环境中传感器信息的实时融合;但是Kalman滤波器是一种线性滤波器，对农业机械导航的非线性系统无法得到满意的效果;而UKF方法是根据Unscented变化 (无迹变换) 和卡尔曼滤波相结合得到的一种算法，该方法是对非线性函数的概率密度分布进行近似，用一系列确定样本来逼近状态的后验概率密度，UKF没有线性化忽略高阶项，因此非线性分布统计量的计算精度较高。
为了更好的改善农业机械的导航定位效果，研究者将GPS和摄像机两种传感器结合起来，并采用UKF滤波算法对采集到的信息进行融合。
该研究构建了一个基于GPS和机器视觉的多传感器组合导航定位系统。在此系统中，采用GPS获取导航车的绝对位置信息、航向角度和行驶速度;机器视觉通过图像处理获取导航基准线，并得到代表作物行特征的点;UKF滤波器用来对上述传感器获取的信息进行滤波，并以电瓶车为平台，对滤波前后的定位效果进行对比。试验结果表明，使用UKF滤波后的定位精度得到了改善，减少了定位数据的标准偏差，免了视觉信息丢失时导航无法进行的情况，提高了系统的稳定性。
第五章 雷达定位与导航概要 篇5
第一节 物标的雷达图象
2203 船用导航雷达的显示器属于哪种显示器。
A．平面位置 B．距离高度 C．方位高度 D．方位仰角
2204 船用导航雷达发射的电磁波属于哪个波段。
A．长波 B．中波 C．短波 D．微波
2205 船用导航雷达可以测量船舶周围水面物标的。
A．方位、距离 B．距离、高度 C．距离、深度 D．以上均可
2206 船用导航雷达显示的物标回波的大小与物标的 有关。
A．总面积 B．总体积
C．迎向面垂直投影 D．背面水平伸展的面积 2207 船用导航雷达发射的电磁波遇到物标后，可以。
A．穿过去 B．较好的反射回来 C．全部绕射过去 D．以上均对 2208 本船雷达天线海面以上高为16米，小岛海面以上高为25米，在理论上该岛在距本船多远的距离内才能探测得到。
A．20米 B．20海里 C．20千米 D．以上均不对
2209 本船雷达天线海面以上高度为16米，前方有半径为4海里的圆形小岛，四周平坦，中间为山峰，海面以上高度为25米。当本船驶向小岛时，雷达荧光屏上首先出现的回波是小岛那个部分的回波。
A．离船最近处的岸线 B．离船最远处的岸线 C．山峰 D．A、C一起出现
2210 本船雷达天线海面以上高度为16米，前方有半径为2海里的圆形小岛，四周低，中间为山峰，海面以上高度为49米。当船离小岛4海里时，雷达荧光屏上该岛回波的内缘（离船最近处）对应于小岛的。A．山峰 B．离船最近的岸线 C．山峰与岸线间的某处 D．以上均不对
2211 对于一个点目标,造成其雷达回波横向扩展的因素是。
A．目标闪烁 B．水平波束宽度 C．CRT光点直径 D．A+B+C 2212 远处小岛上有两个横向分布的陡峰,间距为1海里,海面以上高度均为36米，本船雷达天线海面以上高度为16米，本船离岛至少 海里外时,小岛回波将分离成两个回波。
A．6 B．9 C．16 D．20 2213 远处小岛上有两个横向分布的陡峰,间距为1海里,海面以上高度均为36米，本船雷达天线海面以上高度为16米，本船驶近该岛 海里内时,小岛回波将成为一个回波。A．6 B．8 C．16 D．20 2214 本船前方河道入口处两侧有陡山，河口宽度为300米，雷达天线水平波束宽度为1°，本船离河口 海里以外时，雷达荧光屏上河口将被两侧陡山回波堵满。A．7．5 B．9．3 C．10．4 D．6 2215 造成雷达荧光屏边缘附近雷达回波方位扩展的主要因素是。
A．水平波束宽度 B．垂直波束宽度 C．脉冲宽度 D．CRT光点直径
2216 造成雷达荧光屏中心附近雷达回波方位扩展的主要因素是。
A．水平波束宽度 B．垂直波束宽度 C．脉冲宽度 D．CRT光点直径 2217 减小雷达物标回波方位扩展影响的方法是。
A．适当减小增益 B．采用小量程 C．采用X波段雷达 D．A+B+C 2218 哪种操作可减小雷达物标回波方位扩展影响。
A．适当增大扫描亮度 B．适当减小扫描亮度 C．适当减小增益 D．B+C 2219 方法可减小雷达物标回波的失真。A．调好聚焦
B．将“聚焦”钮顺时针稍稍调偏一些 C．将“聚焦”钮逆时针调偏一些 D．以上均错
2220 造成雷达物标回波径向扩展的因素是。
A．脉冲宽度 B．CRT光点直径 C．目标闪烁 D．A+B+C 2221 造成雷达物标回波径向扩展的主要因素是。
A．脉冲宽度 B．CRT光点直径 C．目标闪烁 D．水平波束宽度 2222 造成雷达图象与物标形状不符的原因是。
A．被高大物标遮挡 B．雷达分辨力差 C．聚焦不佳 D．以上三者都是 2223 造成雷达图象与物标实际形状不符的原因是。
A．CRT光点直径 B．无线水平波束宽度 C．发射脉冲宽度 D．以上都是
2224 海图上是连续的岸线，而在雷达荧光屏上变成断续的回波，其原因可能是。
A．被中间的较高的物标所遮挡 B．由于部分岸线地势较低 C．可能有部分岸线处有阴影扇形内 D．以上均可能
2225 本船前方同一方位与两艘小船，本船雷达脉冲宽度为0．8μs,要在雷达荧光屏上分
开显示这两个目标，不考虑光点直径的影响，这两艘船至少相距。A．240米 B．24海里 C．120米 D．1．2海里
2226 本船前方同一方位上有两艘小船，相距150米，若要在雷达荧光屏上使这两艘小船 回波分开显示，则在 脉冲宽度上才行。A．0．8微妙 B．1．2微妙 C．1．5微妙 D．2微妙
2227 用雷达观测两个等距离上相邻方位的物标时，为在雷达荧光屏上分离它们的回波，应。
A．使用短脉冲工作 B．使用长脉冲 C．使用FTC电路 D．尽可能用小量程
2228 本船前方同一方位上有两艘小船，相距120米，若要在雷达荧光屏上分开显示它们 的回波，下述哪个操作是正确的。A．选用具有0．8微妙以下脉冲宽度的量程 B．选用具有1．2微妙以下脉冲宽度的量程 C．选用具有1°水平波束宽度X波段雷达 D．选用具有2°水平波束宽度S波段雷达
2229 造成TV扫描雷达图象失真的原因是。
A．方位、距离单元值太大 B．回波视频分层数太少 C．视频处理中门限电平太高 D．A+B+C 2230 过江电缆的雷达回波常常是。
A．一个点状回波 B．一条直线回波 C．一条虚线状回波 D．以上均可以 2231 造成过江电缆的雷达回波是一个亮点的原因是。
A．距离太远 B．电缆太细
C．电缆表面很光滑 D．电缆表面太粗糙 2232 快速物标（如飞机等）的雷达回波常常是。
A．连续的一条亮线 B．跳跃式的回波 C．与通常速度的船舶一样 D．与小岛等回波一样
第二节 雷达的干扰和假回波
2233 在雷达荧光屏局部区域上出现的疏松的棉絮状一片的干扰波是。
A．雨雪干扰 B．噪声干扰 C．海浪干扰 D．同频干扰 2234 雷达荧光屏上的雨雪干扰图象特征是。
A．辐射状点线 B．满屏幕的散乱光点 C．密集点状回波群，如棉絮团一样 D．屏中心附近的辉亮圆盘 2235 雷达荧光屏上的雨雪干扰的强弱决定于。
A．雨雪区的分布面积 B．雨雪区的体积 C．雨雪区迎向面面积 D．以上都不是 2236 雷达荧光屏上的雨雪干扰的强弱决定于。
A．雨区面积的大小 B．降雨量的大小 C．A+B D．以上均不对
2237 在雷达荧光屏上能形成类似小岛回波一样强度的雨雪干扰的雨量是。
A．小雨 B．中雨
C．大雨 D．热带大暴雨 2238 抑制雷达的雨雪干扰的方法是。
A．使用FTC电路 B．使用圆极化天线 C．使用S波段雷达 D．以上均可 2239 抑制雷达的雨雪干扰的方法是。
A．适当减少增益 B．使用圆极化天线 C．选用窄脉冲 D．以上均可 2240 雷达使用圆极化天线后，可以。
A．抑制雨雪干扰 B．可能丢失对称体物标回波 C．探测能力降约50% D．以上均对 2241 用雷达为探测雨雪区域后面的远处物标，应。
A．选用S波段雷达 B．选用圆极化天线 C．选用FTC D．A+B+C 2242 用雷达为探测雨雪区中的物标，应。
A．选用10厘米雷达 B．选用圆极化天线 C．适当使用FTC D．以上均可
2243 用雷达为探测雨雪区域中的物标，在使用FTC后，还应。
A．适当加大增益 B．适当减小增益 C．使用STC D．B+C 2244 为抑制雷达的雨雪干扰，可以采用。
A．快转速天线雷达 B．对数中放 C．CFAR处理电路 D．以上均可
2245 用雷达探测雨雪区域后的物标，FTC及增益钮正确用法是。
A．使用FTC，适当减小增益 B．使用FTC，适当增大增益 C．关掉FTC，适当减小增益 D．关掉FTC，适当增大增益 2246 用雷达探测雨雪区域中的物标，FTC及增益钮正确用法是。
A．使用FTC，适当减小增益 B．使用FTC，适当增大增益 C．关掉FTC，适当减小增益 D．关掉FTC，适当增大增益 2247 在雷达荧光屏中心附近出现的鱼鳞状亮斑回波，是。
A．海浪干扰 B．雨雪干扰 C．某种假回波 D．以上均可能
2248 在雷达荧光屏中心附近出现的圆盘状亮斑回波，越往外越弱，它是。
A．海浪干扰 B．雨雪干扰 C．某种假回波 D．以上均可能 2249 雷达的海浪干扰的强度有距离的关系是。A．距离增加时，强度急剧减弱 B．距离增加时，强度急剧增加
C．距离增加时，强度缓慢减弱 D．以上均不对
2250 雷达荧光屏上的海浪干扰显示的范围一般风浪时为 海里，大风浪时
可达 海里。
A．6~8，10 B．10~12，16 C．1~2，5 D．0．5~1．3 2251 雷达荧光屏上海浪干扰强弱与风向的关系为
A．上风舷弱 B．上风舷强 C．下风舷强 D．与风向无关 2252 海浪干扰强弱与雷达工作波长的关系为。
A．波长越长，强度越弱 B．波长越短，强度越弱 C．强弱与波长无关 D．以上说法均不对
2253 下述有关影响雷达海浪干扰强弱的说法中，是不正确的。
A．垂直波束越大，干扰越强 B．天线高度越高，干扰越强 C．天线转速越慢，干扰越强 D． 脉冲宽度越窄，干扰越强
2254 下述有关影响雷达海浪干扰强弱的说法中，是不正确的。
A．水平波束宽度越宽，干扰越强 B．脉冲宽度越宽，干扰越强
C．海浪较小时，水平极化波引起的干扰较垂直极化波强 D．海浪较大时，水平极化波引起的干扰较垂直极化波强
2255 抑制雷达海浪干扰的说法是。
A．适当使用STC钮 B．使用对数放大器 C．使用S波段雷达 D．以上均可 2256 雷达中抑制海浪干扰的方法是。
A．采用10厘米雷达 B．采用高转速天线 C．采用CFAR处理电路 D．以上均可 2257 雷达使用STC后，应特别注意。
A．近距离小物标回波可能丢失 B．远距离小物标回波可能丢失 C．A+B D．对物标回波强度无影响
2258 雷达接收机中使用对数放大器后，应注意。A．可能丢失强度与海浪干扰强度相近的回波
B．可能丢失远处小回波 C．A+B D．不用担心上述问题
2259 雷达采用CFAR处理电路抑制海浪干扰后，应注意。
A．可能丢失远处弱回波
B．可能丢失强杂波边缘小目标 C．A+B D．不用担心上述问题
2260本船航向正北,东风八级,雷达荧光屏上海浪干扰最强,伸展得较远的位置在。
A．船首方向 B．右舷 C．左舷 D．船尾 2261 在雷达荧光屏上发现,5海里内较暗,除固定距标,船首线,EBL外，其他信号(如噪声和
回波信号)均很弱,而在5海里外，噪声,回波等均很正常,此时，应调整 控钮．
A．扫描亮度 B．调谐 C．STC D．增益 2262 产生雷达同频干扰的条件是。
A．两部雷达均属同一频段 B．两部雷达相距较近C．两部雷达同时工作 D．A+B+C 2263 两部雷达重复频率相同时,其干扰图象是。
A．散乱光点 B．螺旋线状光点 C．辐射状光点 D．以上均不对
2264 两部雷达重复频率相差不大时,其干扰图象是。
A．散乱光点 B．螺旋线状光点 C．辐射状光点 D．以上均不对
2265 两部雷达重复频率相差很大时,其干扰图象是。
A．散乱光点 B．螺旋线状光点 C．辐射状光点 D．以上均不对 2266 抑制或削弱雷达同频干扰的方法是。
A．使用同频干扰抑制器 B．改用较小量程 C．该用另一频段的雷达 D．以上均可 2267 雷达使用同频干扰抑制器后应注意。
A．将增益、调协、STC等调至最佳位置 B．关掉FTC C．A+B D．以上控钮均不会影响抑制效果 2268 当雷达荧光屏上出现严重电火花干扰时，你应该采取 措施。
A．减小扫描亮度，继续使用 B．减小增益，继续使用 C．关掉雷达，修复后再用 D．将雷达报废 2269 当雷达荧光屏上出现明暗扇形干扰时，你应。A．关掉雷达，修复后再用
B．关掉AFC，改用手动调谐继续使用 C．立即调节显示器面板上的调谐即可 D．B或C均可
2270 雷达出现间接反射回波的必要条件是。
A．附近存在强反射体 B．天线有足够大的增益 C．发射功率要足够大 D．天线旁瓣要大 2271 在雷达荧光屏上的阴影扇形内出现的回波有可能是。
A．雨雪干扰 B．多次反射回 C．间接反射回波 D．二次扫描回波 2272 在雷达阴影扇形内出现回波时，你采用 方法判断其真假。
A．暂时改变航向 B．利用STC钮 C．减小增益 D．改变量程 2273 雷达荧光屏上间接反射回波通常出现在。
A．阴影扇形内 B．船首标志线上 C．船尾线方向上 D．首区内 2274 雷达荧光屏上间接反射回波的距离等于。
A．物标的实际距离 B．物标到间接反射体的距离 C．间接反射体到天线的距离 D．B+C 2275 船首向上相对运动显示方式时，本船转向时，间接回波在雷达荧光屏上的位置。A．固定不动
B．以与船首转动方向相同的方向移动 C．以与船首转动方向相反的方向移动 D．固定不动或回波消失 2276 雷达荧光屏上可能出现多次反射回波的条件是。
A．物标距离较近B．物标反射强度较强 C．A+B D．不需要特殊要求 2277 雷达荧光屏上多次反射回波的特点是。
A．在同一方向上 B．距离间隔均等于真回波距离 C．越往外面，回波越弱 D．A+B+C 2278 雷达抑制多次反射回波的方法是。
A．使用STC钮 B．适当减小增益 C．使用FTC钮 D．B+C 2279 雷达荧光屏上可能出现旁瓣回波的条件是。
A．近距离 B．中距离 C．远距离 D．三者都可能 2280 雷达荧光屏上旁瓣回波的特点是。
A．距离等于真回波距离 B．对称分布于真回波两侧 C．越向两侧强度越弱 D．A+B+C 2281 在雷达荧光屏上，在一个强回波两侧等距圆弧上对称分布的若干回波点，它们是。
A．二次扫描回波 B．多次反射回波 C．间接反射回波 D．旁瓣回波 2282 雷达抑制旁瓣回波的方法是。
A．适当使用STC B．适当减小增益 C．适当使用FTC D．以上均可
2283 雷达荧光屏上可能出现二次扫描假回波的大气传播条件是。
A．欠折射 B．超折射
C．气压较低的天气 D．存在较低的雨层云 2284 雷达荧光屏上二次扫描回波的特点是。
A．方位是物标的实际方位
B．距离等于实际距离减去CT/2 C．回波形状严重失真
D．A+B+C（注：T为脉冲重复周期）
2285 远处直岸线在雷达荧光屏上变成向扫描中心凸出的回波，它是。
A．二次扫描假回波 B．雷达存在测距误差 C．雷达存在方位误差 D．B+C 2286 在雷达荧光屏上判断是否二次扫描回波的方法是。
A．改变航向 B．改变量程段 C．进一步调谐 D．适当改变增益 2287 改变量程时，雷达荧光屏上二次扫描回波将。
A．方位改变 B．距离改变 C．改变在屏上的位置，但测得的距离不变 D．A+B
第三节 雷达测距和恻方位
2288 在雷达近量程档观测，发现两侧笔直岸线在荧光屏上呈向扫描中心凸出的曲线，说明。
A．是岸线的二次扫描回波 B．雷达测距误差为“+” C．雷达测距误差为“-” D．B或C 2289 在雷达近量程档观测，发现两侧笔直岸线在屏上呈中间向外弯曲的曲线，说明。
A．是岸线的二次扫描假回波 B．雷达测距误差为“+” C．雷达测距误差“-” D．B或C 2290 当雷达显示器的距离扫描起始时间与发射脉冲离开天线的时间不同步时，会产生。
A．方位误差 B．距离误差
C．A+B D．A、B均不会产生 2291 为减小雷达测距误差，在测量物标岸线回波时，应该。
A．用VRM内缘与回波内缘相切 B．用VRM外缘与回波外缘相切 C．用VRM内缘与回波外缘相切 D．用VRM外缘与回波内缘相切 2292 为减小雷达测距误差，在测量远处山峰回波时，应该。
A．用VRM内缘与回波内缘相切 B．用VRM外缘与回波外缘相切 C．用VRM内缘与回波外缘相切 D．用VRM外缘与回波内缘相切
2293 本船雷达天线海面以上高度为16米，前方小岛岸线离处在小岛中央的山峰的水平
距离为4海里，当本船离小岛岸线的距离为12海里时，欲用小岛距离定位，应用 VRM测量该岛回波 部位。
A．内缘（最近处）B．外缘（最远处）C．回波中央 D．以上均可
2294 为减小雷达测距船位误差，对首尾向和正横方向物标的测量顺序应该是（在不能
同时观测的情况下）。
A．先首尾方向，后正横方向 B．先正横方向，后首尾方向 C．与先后次序无关 D．以上都不对
2295 为减小雷达测距误差，应选合量程，使被测回波处于。
A．荧光屏中心附近B．荧光屏边缘附近C．荧光屏离中心2/3半径附近D．A、B、C均可 2296 为减小雷达测距误差，下述说法 是错误的。A．适当调节各控钮，使回波清晰、饱满
B．应经常检查距标的精度，掌握其误差 C．应将VRM的中心与回波的中心精确重合 D．应选择陡峭、回波清晰稳定的物标
2297 某船雷达天线移位，横移距离及高度变化较大时，应注意测定、校正 数据。
A．方位误差 B．距离误差 C．A+B D．均不需要
2298 某船雷达收发机转移地方，波导长度改变较大时，应注意测定、校正 数据。
A．方位误差 B．距离误差 C．A+B D．均不需要
2299 当本船对准远处小物标航行，而在雷达荧光屏上该物标回波不落在船首线上说明。A．船首线未对准固定方位0° B．雷达有方位误差 C．雷达有测距误差 D．雷达有故障
2300 在检查雷达有无方位误差时，测量物标的雷达舷角撕，该舷角的基准是。
A．固定方位盘的0° B．船首线 C．任意选定的基准线 D．A或B 2301 当雷达显示器荧光屏上的扫描中心与屏中心不重合时，若用机械方位标尺测方
位，下述说法 是错的。A．扫描中心离屏中心越近，误差越小 B．物标回波离扫描中心越远，误差越小 C．物标回波方位线与扫描中心偏离屏中心的方位间的夹角接近0°或180°，误差越小
D．选用量程越大，误差越小
2302 影响雷达测方位误差的设备因素中，说法是对的。A．天线水平波束宽度越窄，方位误差越小
B．脉冲宽度越窄，方位误差越小
C．CRT直径越大，光点直径越小，方位误差越大
D．隙缝波导天线主波束轴向偏移角是稳定的，不影响方位误差
2303 有关雷达荧光屏上船首线位置影响测方位误差大小的下述说法中 是错的。A．船首线出现的时间应该是天线主波束转过船首的时间
B．船首线宽度应不大于0．5 C．在船首向上显示方式中，扫描中心在屏中心时，船首线应对准固定方位盘0° D．在真北向上显示方式中，不管扫描中心在屏上哪个位置，船首线均应指向固定
方位盘上的航行值
2304 为减小雷达测方位误差，船舶摇摆时，下述说法中 是错的。A．应尽可能选择船舶正平时测量方位
B．应尽可能选择45°、135°、225°、及315°方位上的物标定位 C．横摇大时，尽可能选择测正横方向物标 D．纵摇大时，尽可能选择测首尾方向的物标
2305 为减小雷达测方位定位误差，在不能同时测量的情况下，对首尾方向和正横方向 的物标的测量顺序应该是。A．先测正横方向，后测首尾方向 B．先测首尾方向，后测正横方向 C．A或B均可 D．以上均可
2306 为减小雷达方位定位误差，下述措施中 是不对的。A．应正确调节控钮，使回波图象清晰稳定
B．应尽量选用调节各控钮，使回波处于2/3半径附近C．应尽量选用真北向上显示方式和EBL测量
D．应尽量选用船首向上显示方式和用机械方位标尺测量
2307 雷达测量大目标方位时，为消除CRT光点直径对回波的扩大效应，应该。
A．用电子方位线与回波同侧外缘相切
B．用EBL与回波异侧外缘相切 C．用EBL与回波同侧内缘相切 D．用EBL与回波异侧内缘相切
2308 雷达测量物标方位定位时，为消除天线水平波束宽度（θH）的影响，应该。
A．在所测方位上加上θH/2 B．在所测方位上减去θH/2 C．在回波图象扫描线进入端所测方位上加θH/2，在扫描线离开端所测方位中 减去θH/2 D．A或B均可
2309 雷达更换磁控管或调制管后，应注意重新测定 数据。
A．距离误差 B．方位误差 C．A+B D．均不需要
2310 雷达测量点状物标方位时，应该将方位标尺线压住回波 位置。
A．左边沿 B．右边沿 C．中心 D．内侧边
2311 在要求船位精度较高的情况下，应选用 雷达定位方法。
A．距离定位方法 B．方位定位方法 C．距离、方位混合定位方法 D．以上各方法均可
第四节 雷达定位选择目标的原则 2312 对雷达波反射性能较好的物标形状为。
A．平板组成的角反射体 B．圆柱形物体 C．球形物体 D．锥形物体 2313 对雷达波反射性能较强的物质是。
A．海水 B．冰块 C．岩石 D．金属板 2314 对雷达波反射性能最差的物标是。
A．岛屿 B．漂浮的货船 C．葫芦形冰山 D．岬角 2315 下列物标中 是用作雷达定位较好的物标
A．浮标 B．建筑群中的较高的灯塔 C．陡峭岸角 D．沙滩岸线 2316 下列物标中 是不能用作雷达定位的物标
A．小岛 B．雷达应答标
C．平缓的沙滩岸线 D．岬角 2317 对雷达定位使用效果最好的是。
A．雷达角反射器 B．Ramark C．Racon D．回波增幅器 2318 采用雷达单目标方位距离定位时，最重要的是。
A．测量距离要准 B．测量方位要准
C．测量速度要快 D．要选位置准确可靠的物标 2319 雷达定位选择物标时，下述 说法是不准确的。A． 应选择回波稳定，亮而清晰的物标 B． 应尽量选择近而可靠的物标 C． 应尽量选择交角好的2~3个物标
D． 应尽量选择有醒目颜色标记的港区背后高大的烟囱
2320 在大洋中，用远距离较高小岛雷达距离定位时，应该用。
A．小岛的岸线 B．小岛的山峰 C．小岛半山腰的某处 D．以上均可 2321 选用三物标雷达定位时，物标交角最好的是。A．30° B．60° C．90° D．120° 2322 选用二物标雷达定位时，物标交角最好的是。A．30° B．60° C．90° D．120°
2323 采用单物标雷达方位距离定位时，选用物标的最重要的一条是。
A．小而孤立 B．位置准确，可靠 C．尽量近的距离 D．要有一定的高度 2324 下列物标中 物标用作雷达定位较好。
A．离岸线较远的高山 B．突堤端头的灯塔 C．风暴过后的近处浮标 D．A或B 2325 如果远处一个小岛，左边是平缓的沙滩岸线，右边是陡岸，在雷达定位时，应该选
用。
A．左边岸线 B．右边岸线 C．A或B均可 D．以上均不对
2326 远洋航行初近陆地时，利用陆地上的高山雷达定位，对所得船位的正确态度是。
A．很可靠，放心使用 B．不一定准，仅供参考 C．没有参考价值，不应定位 D．以上说法均不对
第五节 雷达应答标和搜救雷达应答器
2327 雷达应答器是一种 的雷达航标。
A．有源主动 B．有源被动 C．无源 D．以上均不对 2328 雷达应答器的回波图像是。
A．在应答器所在方位上呈1°~3°的扇形点线
B．在应答器方位上的一条虚线 C．在应答器台架回波后的编码回波 D．在应答器台架回波后的扇形弧线
2329 雷达可以测量雷达应答器的 数据。
A．方位 B．距离
C．A+B D．以上均不能测量 2330 雷达应答器发射的无线电波的极化方式是。
A．水平极化 B．垂直极化 C．圆极化 D．以上均可
2331 雷达应答器的工作波段大多数是。
A．S波段 B．X波段
C．C波段 D．上述各波段一样多 2332 在雷达荧光屏上雷达应答器的图像显示特点是。A．只要雷达工作，每次天线扫描均可见到它
B．随天线的旋转连续显示几次后会消失几次 C．一旦显示后，不会再消失，除关掉雷达后 D．显不显示，可以按需要选择 2333 雷达应答器一般安装在。
A．海上重要的孤立物标上（如浮标，小岛，平台等）B．装在陆地上特殊的物标上（如烟囱，山峰等）C．装在港口重要的建筑物上 D．以上都有
2334 雷达应答器的工作由 控制。A．按应答器自己规律定时发射脉冲信号
B．在雷达脉冲激发后再发射
C．至少有两部雷达同时激发后才发射 D．由雷达应答器控制人员操纵工作 2335 雷达应答器发射 编码脉冲。
A．ASCII码 B．格雷码 C．莫尔斯码 D．以上都有 2336 搜救雷达应答器（SART）是一种 信标。
A．主动有源 B．被动有源 C．无源信标 D．以上都有 2337 搜救雷达应答器是装在。A．航行在国际航线上的船舶上 B．重要的导航标志上
C．重要的小岛，岬角上
D．专门用于搜救遇难船舶人员的救援船和飞机上 2338 搜救雷达应答器 时能响应雷达脉冲信号。A．应答器内有足够的电源
B．由人工起动或自动起动后
C．雷达天线与应答器天线之间无阻挡，且在有效距离内 D．A+B+C 2339 搜救雷达应答器在 发射信号。
A．由人工或自动启动后 B．抛入水中后 C．收到雷达脉冲激发后 D．A+C 2340 搜救雷达应答器的信号在雷达荧光屏上是。
A．在应答器位置后一串（至少12个）等间隔短划信号，总长度约8海里
B．在应答器位置后一串（6个）等间隔短划信号，总长度6千米 C．在应答器位置后一串编码脉冲信号
D．在应答器方向上呈一串等间隔短划信号,布满整个扫描线 2341 波段的雷达可以激发和接收搜救雷达应答器的信号。
A．A波段 B．X波段 C．C波段 D．以上都可以 2342 极化方式的雷达可以激发和接收搜救雷达应答器的信号。A．水平极化 B．垂直极化 C．圆极化 D．以上均可
2343 为尽早发现遇难者清晰显示搜救雷达应答器的信号，下述操作 是对的。A．仔细调谐，使各种回波均清晰，饱满
B．有意暂时调偏调谐，使海浪回波，物标等均减弱或消失 C．尽量减小增益
D．使用各种有利于消除杂波干扰的各种装置，再加上A或C 2344 要在雷达荧光屏上显示全搜救雷达应答器的12个脉冲信号，量程至少应为。
A．6海里 B．12海里 C．3海里 D．24海里
第六节 雷达导航 2345 利用雷达进行导航的基本方法是。
A．利用连续的短时间间隔定位 B．利用距离避险线 C．利用方位避险线 D．以上均是 2346 采用雷达距离避险线避险时，参考物标应该选择。
A．特点明显不易搞错 B．回波亮而清晰 C．测距误差小 D．A+B+C 2347 采用雷达距离避险线的基本条件是。
A．有合适的雷达参考物标 B．当时的风流要小 C．航道要宽阔 D．天气要好
2348 在使用雷达距离避险线航行时，应随时操纵船舶使参考物标始终处于。
A．距离避险线外侧 B．距离避险线内侧 C．靠近扫描中心 D．靠近屏边缘
2349 当航线与岸线基本平行时，而航线与岸线间有暗礁等碍航物时，宜采用雷达的 方法导航。
A．方位避险线 B．距离避险线 C．连续测定船位 D．以上方法都行 2350 可作为雷达距离避险线的参考物标是。
A．陡的岸角 B．沙滩岸线
C．港口建筑中的高塔 D．附近海上的工程作业船 2351 利用雷达导航时，用 显示方式较好。
A．船首向上相对运动 B．北向上相对运动 C．对地真运动 D．对水真运动
2352 在用雷达导航时，若用真运动显示方式，则速度的输入是。A．相对于水的速度
B．相对于地的速度
C．对水计程仪输入后进行风流校正的速度 D．B或C 2353 在用雷达进行狭水道导航时，量程应该。A．不宜改变 B．尽量用小量程 C．尽量用大量程
D．据航、航速、船舶密度、视距等适当选用
2354 用雷达进行狭水道导航时，以下 是不对的。A．准备好雷达
B．准备好航线的有关资料 C．通知机舱准备好主机
D．驾驶员应全力进行在雷达荧光屏上的观测
2355 一万吨级货船，使用雷达了望时，有关量程的使用，是准确的。A．据航区情况选用后不该改变
B．应固定用大量程，可看地远些
C．一般用12海里，但应以5~10分钟的间隔换用较大的和较小量程搜索海面 D．应固定用小量程，可看得清楚些 2356 用雷达观了望时，是正确的。
A．对动目标应进行连续标绘，判断动向，求出必要的数据
B．应定时观察荧光屏，了解物标动向
C．因为雷达性能很好，很少漏掉目标，故不必经常进行目视了望 D．只应注意船首方向和右舷的物标状况，因为它们是最危险的
2357 当雷达的避险参考物标与危险物的连线与航线垂直时，用 避险法较好。
A．距离避险线 B．方位避险线 C．连续定位法 D．以上方法均好
2358 当雷达的避险参考物标与危险物的连线和航线平行时，用 避险较好。
A．距离避险线 B．方位避险线 C．连续定位法 D．以上各法均好
2359 利用雷达方位避险线导航时，将标尺线放于避险方位上，情况是安全的。A．当参考物标回波在避险标尺线有船首线之间时 B．当参考物标回波在避险标尺线的外侧
C．参考物标在荧光屏上看不见时 D．参考物标靠近荧光屏中心时
2360 利用方位避险线导航时，将方位标尺放在避险方位上，此时，雷达的显示方式应是。
A．船首向上相对运动 B．真北向上相对运动 C．A或B均可 D．A或B均不可
2361 利用方位避险线导航时，将电子方位标尺放在避险方位上，此时的雷达显示方式应
选用。
A．船首向上相对运动 B．真北向上相对运动 C．对水真北向上真运动 D．对地真北向上真运动
2362 在狭水道航行时，雷达上容易出现假回波，应注意识别，它们是。
A．多次反射回波 B．间接回波 C．旁瓣回波 D．A+B+C 2363 下面 是在狭水道航行时，容易在雷达上出现的假回波。
A．二次扫描回波 B．三次扫描回波 C．多次反射回波 D．A+B+C 2364 狭水道航行，航道较窄，为确保航行安全，在用雷达核实船位时，宜用。A．船首方向远距物标方位核实
B．船首方向远距物标距离核实 C．正横方向近距物标距离核实 D．正横方向远距物标方位核实
2365 如果防波堤端头雷达回波刚好在4海里距标圈上，雷达所用量程为6海里，那么，考虑到雷达本身的可能误差，你认为你船离防波堤的实际距离应该在哪个范围内。
A．4±0．015*6海里 B．4±0．02*6海里 C．4±0．015*4海里 D．4±0．02*4海里
2366 如果防波堤端头雷达回波外缘真方位为100°，考虑本身的可能误差，不考虑人
为误差，你认为你船船位应在防波堤的哪个范围内。A．280°±1°之内 B． 280°±1°之外 C．280°±2°之内 D． 280°±2°之外
2367 如果防波堤端头回波刚好在1．5海里，量程上的1海里距标圈上，不考虑偶然误差，仅考虑雷达本身的可能误差，你认为船位应在防波堤的哪个范围内。A．1+1．5*0．015海里 B．（1+1*0．015）海里 C．1海里+70米 D．以上都不对 2368 在雷达荧光屏上显示的回波。A．都是实际物标的回波
B．有真回波，也有假回波和干扰杂波 C．都是假回波 D．都是干扰回波
2369 本船周围的物标，在雷达显示器荧光屏上。A．都能稳定显示出来
B．只要满足一定条件时才能显示出来 C．只要高出海面一定高度就能显示出来 D．只要在一定距离内就能显示出来
2370 船用导航雷达可以测量船舶周围物标的。
A．方位、距离 B．高度、厚度 C．水下深度 D．A+B+C 2371 一个点物标在雷达荧光屏上的图像是。
A。仍是一个点 B．展宽成水平波束宽度 C．被拉长了cτ/2 D．B+C 2372 下述说法中 是对的。
A．雷达荧光屏上只能显示物标当前的位置，不能显示物标动态 B． 雷达荧光屏上能显示物标当前的位置，也能显示物标动态 C．雷达荧光屏上不能显示物标当前的位置，只能显示过去位置 D．雷达荧光屏上可直接显示预测的物标动向 2373 下述说法中 是正确的。
A．从雷达荧光屏图像可直接看出物标船的动向
B．雷达荧光屏上可直接看到避让物标船所需的航向和速度 C．必须经过雷达标绘，才能求出对物标船的避让航向和速度 D．从雷达荧光屏上直接看出物标的航迹变化 2374 下述说法中 是正确的。A。只要物标确实在海面存在，它的回波就能在雷达荧光屏上稳定显示
B．只要雷达功率足够大，不管物标多远，都能探测到它 C．只要天线与物标间无阻挡，不管多远的物标都能探测到它 D．雷达只能探测一定距离范围内且具有一定条件的物标 2375 下述说法中 是正确的。
A．雷达的方位误差经过校正后，不会再改变
B．雷达的距离误差，经过仔细校正后，不会再改变 C．应经常注意检查雷达的方位、距离误差
D．雷达的方位、误差随时随刻都会变，每次使用时，必须先校正 2376 下述说法中，是正确的
A．雷达误差在安装时已经校掉，测量数据可直接使用
B．虽然在安装时已经校过误差，但还会存在由图像扩展等因素引起的误差，也应
修正
C．雷达用的超高频脉冲波，所以测量精度很高，不会有误差 D．以上说法都对
2377 在雷达荧光屏上可以看到。A．物标的实际形状
B．物标的实际水平投影形状 C．物标垂直投影形状 D．物标迎向面的垂直投影
2378 使用雷达后，下述 是错的。
A．可较放心地进行海图改正等作业，但应定时进行雷达观测 B．应经常细致观测，发现目标应及时进行标绘
自主定位导航 篇6
在目前的室内定位系统中,大多是基于无线信号的定位, 包括基于RSS (Receive Signal Strength) 、AOA (Angle - Of - Arrival ) 、 TOA ( Time - Of - Arrival ) 、 TDOA ( Time - Difference - Of - Arrival )[1,2]等定位技术,其中基于RSS的定位具有方法简单、成本低等优点。 通过接收到的锚节点信号强度信息, 以电波传播经验公式反演出距离信息,再利用数值的或拟合的方法即可得出被测目标的位置信息。 但是由于室内环境的复杂性,室内电波传播具有较强的时变特性, 指纹法定位[3,4,5,6]较传统的基于电波传播模型的定位能更准确地获取目标的空间位置,因而被广泛应用于室内定位系统中。 指纹法的定位精度受离线阶段建立的指纹库的精细程度影响很大,高精细度指纹库的建立耗时费力,阻碍了指纹法的实际应用。 利用加速度计、 磁强计、 陀螺仪等运动传感器能够精确地测得物体的运动信息[7], 通过这些信息可以得到载体的航向和距离, 再根据初始位置信息推算其位置, 以实现载体的惯性导航。 在嵌入式设备中通常使用MEMS传感器来获取相应的数据,但这些传感器存在较大的固有误差和随机测量误差等,长时间的误差积累会导致导航精度的下降,因此不适于长期单独工作。
本文将基于RSS指纹的无线定位方法与基于运动传感器的航迹推算方法相结合,融合两种方法的定位信息, 提高了系统整体定位精度; 同时减少了指纹法中离线阶段的指纹库采集量, 也解决了单纯惯导累计误差大的问题;设计并实现了具有一定实用价值的室内定位系统。
1 指纹法无线定位
指纹法的实施主要有两个阶段: 离线指纹库建立阶段和在线定位阶段。 指纹法定位原理如图1 所示。 在离线阶段, 对一些标定位置进行RSS信息的采集, 建立样本点RSS指纹数据库。 在线实时定位阶段,根据目标节点获取到的RSS信息,通过一定的算法与指纹库中的指纹信息进行匹配,匹配成功后即可获得目标节点的位置估计。 指纹库的匹配算法有很多类型,其中直接计算指纹距离的方法简单且易于实现。 将获取的目标节点RSS信息与指纹库中的各样本点信息进行比对,计算其与每个样本点的欧式距离,直接选取距离最小的样本点位置即可作为对目标节点位置的估计。 但由于指纹库中样本点的数量通常比较稀少, 各样本点之间的距离很大,所以这种简单的匹配方法得出的结果精度较差。 为提高定位的精度, 可以选取匹配距离最小的3 个样本点坐标,以目标节点RSS信息与样本点RSS信息的欧式距离作为权值进行加权质心计算,将其结果作为估计的目标位置坐标。
由于指纹库样本点数量有限, 且在现实场景中无线电波的传播受环境变化影响很大,测得的RSS值会有较大的波动,因此通过指纹法作加权质心估计的目标位置仍然不会有太高的精度。
2 基于运动传感器的惯性导航和定位
利用MEMS运动传感器提供的地磁方向、 旋转速率、 加速度等传感数据, 通过航迹推算算法可以估计运动的方向和距离,从而估计出目标的实时位置。
测量磁传感器的磁场强度,通过与地磁方向的比较计算, 可以得出目标的运动航偏角, 但单纯的磁传感器存在高频抖动和测量误差等问题,会导致航偏角出现偏差;利用陀螺仪测得的角速度数据通过积分也可以得到航偏角, 但陀螺仪存在低频的指向漂移等问题, 也会导致航偏角指向不准。 因此为减小磁传感器的抖动误差以及陀螺仪指向漂移的问题,通常采用卡尔曼滤波或互补滤波器[8,9]的方法对传感数据进行处理。 这两种方法中,前者收敛速度慢, 对处理器的性能有较高的要求, 并且实现复杂度高,而后者结构简单,相对更易于实现,因此本文采用互补滤波器融合两种方法测得的数据,减小了航偏角的最终误差。 互补滤波器的结构如图2 所示。 首先,磁力传感器的数据通过低通滤波器滤除高频的抖动噪声, 然后通过计算得到估计的航偏角; 陀螺仪的数据经过积分, 并通过高通滤波器滤除低频的漂移噪声,得到估计的航偏角。 最后将得到的这两组数据加权求和得到最终的航偏角。
获得载体的运动方向后, 再通过加速度传感器可以测得系统的总体加速度,由于加速度传感器容易受运动影响产生高频抖动, 故在应用前需对数据进行低通滤波。 将总体加速度在运动方向上进行投影即可得到载体实际运动的加速度。 最后将加速度信息对时间进行二次积分即可得到载体在运动方向上的距离。 由于常用的MEMS传感器存在较大的固有误差和随机测量误差等,因此长时间积分会导致较大的累积位置误差。
3 两种方法融合的定位系统设计
为解决单纯的指纹法或惯性导航精度偏低的问题,可以将无线定位和惯性导航的信息进行融合,以更小的代价获取更高的定位性能,其定位原理如图3 所示。 利用运动传感器获得的地磁方向、 旋转速率、 加速度等传感数据, 通过航迹推算算法可以估计运动的方向和距离。 基于RSS指纹的定位方法利用与锚节点通信的RSS信息, 在指纹库中进行匹配, 匹配成功后可以估计目标的位置信息。 以室内二维平面定位为例,由预先设定的初始位置对航迹推算系统的起始位置进行初始化,在载体运动过程中, 当获取到两种方式的定位估计值之后,利用信赖度对其结果进行加权融合,得到最终的联合定位位置。
当使用指纹法进行定位时, 算法将实际测得的RSS矢量R(rss1, … , rssn) ( rssi( i = 1 , 2 , … , n ) 表示从第i个锚节点收到的RSS值),与指纹库中的RSS指纹进行比对,选取欧式距离最近的3 个RSS指纹R′ (rss1′ , … , rssn" ) 、 R "( rss1" , … , rssn" ) 、 R ″′( rss1″′ , … , rssn″′ ) 对应的样本点位置作加权质心计算定位结果。 当R与3 个样本点的最小欧式距离Dis=min(‖R-R′‖,‖R-R"‖,‖R-R″′‖)越小,定位结果可信度越高。 当Dis大于某一阈值 θ 时, 认为该定位结果无效。 定义信赖度因子 α∈[0,1], 描述指纹法的可信度。 该值与Dis关系如式(1)所示。
惯性导航系统随时间的增长, 其误差累积加大, 当导航时间超过x秒后,定位误差过大,此时,可认为其定位结果不可信。 为其定义信赖度因子 β∈[0,1], 描述惯性导航系统的可信度。该值在x秒内随时间以1/x斜率递减,与时间的关系如式(2)所示。
在上式中, 在x秒之后, 航迹推算系统的信赖度变为0,对最终的定位结果不做贡献。 为在定位中能有效利用惯导信息,设定定位开始后当信赖度低于某一阈值ω 时, 重新推算载体位置并更新计时。
最终定位结果由下式计算获得:
式中,loc表示最终估计位置,loc1为指纹法定位估计出的位置,loc2为惯性导航估计出的位置。
在实际应用中, 设指纹法RSS采集周期为T1, 运动传感器采集周期为T2, 通常情况下T1> T2, 即在一个RSS采集周期内会有连续多个运动传感信息。 因此,仅在每个T1周期时刻上由式(3) 进行定位信息的融合, 并将融合的位置作为每轮的初始位置, 在T1时间间隔内由惯性导航推算载体运动位置。 采用以上方法得到的运动轨迹由于多种测量误差的影响会表现出位置的波动,可以通过滑动平均等简单的方法对位置信息进行滤波,得到最终的运动轨迹。
4 系统搭建及测试验证
在测试中采用由TI公司CC2430 芯片构成的满足Zig Bee标准的无线传感器网络节点, 该节点具备自组织网络功能,并能实时获取与其余节点通信的接收信号强度值,可以实现指纹法的无线定位。 通过在扩展接口上连接多种MEMS运动传感器模块,可以实时测得载体的运动方向和加速度信息。 对于这些信息的处理既可以采用集中式的处理也可以由各个节点进行分布式处理。 由于自组织网络具有一定的通信能力,且RSS信息和运动传感器信息的数据量通常较小,所以在本文的测试验证中将这些信息发送至上位机进行集中演算处理,以避免节点自身计算资源不够、计算速度较慢的问题。
在指纹法无线定位中,首先需要布置固定位置的锚节点, 并建立可以通信的无线传感器网络, 然后在测试区域内多个样本点测量RSS值,以收集指纹信息建立标准指纹库,该指纹库存放于上位机中。 在物体定位跟踪过程中,将带有MEMS运动传感器的节点附带于物体之上,与载体一同运动。 在运动中,节点将实时测得的RSS值和传感器信息传送至上位机,由上位机使用基于信赖度的联合定位算法完成各类信息的计算和融合,最终获得载体的位置信息。
测试工作在一间7 m×7.5 m的房间中进行, 测试场景如图4 所示。 其中小圆圈表示锚节点,星号表示用于构造指纹库的样本点采集位置, 实线表示被测目标的实际运动轨迹。 测试载体为一平板小车,带有MEMS传感器的节点固定于小车之上,从位置(0.9 m,2.1 m)开始沿实线箭头方向运动,最终停止于位置(0.9 m,2.5 m)处。
在测试过程中,设定RSS采集周期T1= 2 s , 运动传感器采集周期T2= 0 . 1 s , 根据实验经验, 设定指纹法信赖度阈值 θ=20, 设定惯性导航信赖度时间x=20 s, 阈值 ω=0 . 4 。 测试结果如图5 所示。 其中实线表示被测目标的实际运动轨迹, 点划线表示单纯指纹法估计的轨迹, 点线表示单纯惯性导航估计的轨迹,虚线表示基于信赖度的联合定位算法融合定位的最终轨迹。
GPS电子定位导航系统 篇7
目前,GPS全球定位系统已经得到广泛的应用,在很多领域都可以看见G P S系统的应用。但是这些常见的产品都是经过封装和测试,并组装成一体机的最终产品。这样的产品可以满足其市场定位时设定的功能需求,但是,这样的成型的产品并不适合自行研发的自动化系统:一、这样的系统一般封装程度比较高,无法将上位机系统和下位机系统简单分离,无法将GPS定位模块与PCB板和控制模块简单分离,这样就使得自行研发的系统不能简单使用市场上现有的产品实现其功能;二、由于现有产品都是集成了上位机系统并进行了封装,这样使得其现有产品的价格包含了上位机系统和电子地图部分,这样会使整个自行设计的系统成本提高。基于以上理由,需要设计了一套符合系统需求的GPS电子定位导航系统。
2 系统需求分析与总体设计
GPS系统原名全球卫星定位系统,顾名思义其最主要的功能是定位,由此功能而衍生的其他应用和功能也已经为人们所熟知,比如导航功能,现在汽车上应用GPS导航产品已经非常常见,而该GPS定位系统现在只需要基本的定位和导航功能。虽然只有两个最基本的功能,但是对其定位精度要求是在1 0 m以内。
该G P S电子定位导航系统是要嵌入其他自动化系统中的,所以,整个系统虽然也分上位机系统和下位机系统,但是下位机系统要求体积比较小并且容易安装和调试。整个系统组成框图如图1所示:
3 系统硬件设计
3.1 单片机控制器模块
本系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片,STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、PCA、看门狗、片内R/C振荡器和外部振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机[1]几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块,可称得上一个片上系统。最小系统电路如图2所示:
3.2 GPS卫星定位器
该系统采用GS-87卫星定位模块[2]进行定位。数据帧信息包括:模块定位状态(A表示已定位,V表示未定位),模块所在地的经纬度信息。该模块采用外置天线,体积小,6个引脚,容易集成在电路中。正常工作时,采用4.3V电压供电,通过单片机串口2(P1.2和P1.3管脚连接GPS模块的TXD和RXD管脚)读取GPS数据信息。设置波特率为9600,并通过单片机串口1(P3.0和P3.1管脚)将数据发送至控制中心的上位机。控制中心上位机部分借助电子地图,显示当时的定位点,并能够指出相应的到达路径。GS-87卫星定位模块外围电路如图3所示。
4 系统软件设计
4.1 软件需求分析
本系统的上位机亦即软件部分主要功能包括:
1.接收并处理从下位机上传的数据。
2.利用SQL Server 2005软件和Visual Studio2008软件,将处理完的存入数据库,并在需要的时候,按一定的存取逻辑,将数据库中的数据取出。
3.通过Google Map API实现电子地图功能。
4.实现定位和导航功能。
根据以上所列功能,可以确定上位机软件分为三个部分:一、数据库部分;二、电子地图网页部分;三、Win Form程序部分。
4.2 数据库设计
数据库软件使用SQL Server 2005。根据已知的需求,建立2个第三范式数据库表,Setting表和GPS表。Setting表记录各种基础信息,这些信息一般一旦建立就不再更改,而且数据表也很少发生变动。G P S表记录GPS信息,此表字段要少于setting表字段,但是数据表记录会经常增加,致使数据表大小发生改变。这两个表的建立字段如图4和图5所示:
4.3 电子地图网页程序设计
电子地图选用Google Map API V2版本[3]。在电子地图网页的脚本元素中加入load()函数,具体代码如下:
在这个函数里,需要加入了3个G M a p控件和双击和滚轮改变大小,并且用set Center方法初始化地图。
在函数的最后,加入了单击和右击事件以实现特定的功能。当右击电子地图时,会判断右键点击的是不是标注点,若是标注点就弹出右键菜单,否则不做任何反应。当左键点击电子地图时,鼠标点击处的经纬度信息传回W i n F o r m程序,并在Win Form程序中显示出来。
接下来,就要实现导航和标注这两个功能。首先在脚本里添加2个基本功能函数,Add Marker()和Navigate()。Add Marker函数中最重要的脚本语句是var marker=new GMarker(point,myicon)和map.add Overlay(marker)。第一句是建立标注对象,地二句是将标注显示在电子地图上。Navigate函数最重要的脚本语句是
var directions=new GDirections(map)和directions.load("from:"+lat1+","+lng1+"to:"+lat2+","+lng2)。第一句是建立导航类对象,第二句根据传入参数进行导航。网页中还有一个功能是信息框功能,其中脚本语句是map.open Info Window Html(point,tabs)这条语句的功能是在指定点打开信息框。
这三个函数是基本功能函数,其他需要的功能都是在这些基本功能的基础上进行开发的。
4.4 Win Form程序设计
在W i n F o r m程序中,需要考虑预期的所有功能的具体实现和整个软件界面的布局等等。
从功能上来说,首先要实现从数据库中读取数据。为此,编写一个读取数据库的函数data Select函数[4],程序代码如下:
在这个程序中,主要查询的数据库表就是前面数据库设计中建立的GPS表,各种查询的最终目的就是通过各种查询逻辑将符合要求的GPS经纬度信息查询出来,并在电子地图上标注出来。
这时,就需要上文提到的Add Marker()函数了,通过调用这个函数,可以在电子地图上任意经纬度点实现标注。而另一个主要功能就是导航,这里要实现的导航非常简单,就是从一个固定点到另一个标注点之间的导航。可以将上文提到的导航函数Navigate()中的一个点的经纬度固定,另一个点的经纬度进行赋值,这样就可以实现预期的功能了。除此以外,还需要对每一个标注点的基本信息进行说明,要实现这个功能,需要上文说到的信息框函数,利用这个函数,可以在电子地图的任意标注点上打开一个信息框,并且在信息框中显示标注点要显示的各种相关信息。
在这里需要注意的是,要实现上述所有的功能,即在W i n F o r m程序中直接控制网页中的脚本函数,那么需要在窗口构造函数中加入一条语句:_b r o w s e r.Object For Scripting=this,这样才能将网页中的脚本与Win Form中的程序连接起来,以实现预期的功能,否则,网页中的脚本不会响应Winform中的事件和函数。
4.5 程序界面及验证测试
整个程序完成后,默认的程序打开界面如图6示。
在此程序界面中,主要的功能是通过在数据库中检索出所查点的经纬度信息,并将这些点标注在电子地图上,如图7所示。并且,可以右击某一标注点,打开右键菜单,如图7所示。
在右键菜单中,选择点击菜单中的功能,即可实现某一功能。若点击导航功能,就可以得到一条导航的路线,如图8所示。还可以在右键菜单中选择显示点信息,或者直接点击标注点,这样就可以得到关于这个标注点的信息框,如图8所示。
这样,就实现了预期的电子地图的功能,即标注与导航。但为了测试其定位准确性,我们使用达恒公司Pro Mark_200型号的专业GPS测量仪进行验证测试。这款测量仪的实时精度随使用模式的不同而不同,精度范围为1cm~50cm。通过使用测量仪进行实测,并且与现有的电子地图进行比对发现,此电子地图的精度在3~8m左右,符合我们预期的设计指标。
5 结束语
这个系统只是一个简单的实例,如果在实际的应用中若有其他的功能上的需求可以在这个系统的基础上进行功能上的扩充和性能上的改进。而且这个系统也可以根据需要,预留出一些接口并将上位机软件的功能封装成DLL文件,与某些大型的自动化系统相集成,以达到本系统研发的初衷和目的。
摘要：首先对GPS电子定位导航系统进行了总体结构设计,然后分别从上位机和下位机的角度对系统进行分析和设计。在下位机的设计中,包括STC单片机的使用,GPS定位模块的选择,单片机接口的设计等.在上位机设计中,包括数据库设计,Google Map开发,Javascript代码编写,C#语言编程,以及Visual Studio 2008的使用等.最后得到一个可以与其他系统相集成的GPS电子定位导航系统。
关键词：GPS,单片机,C#,Visual Studio 2008,Google Map
参考文献
[1]蔡美琴,张为民,何金儿等.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].2版.北京:高等教育出版社,2004.
[2]王建敏,王天文.多模块GPS系统集成应用及精度分析[J].辽宁工程技术大学学报,2011,(1):46-49.
[3]江宽,龚小鹏.Google API开发详解:Google Maps与Google Earth双剑合璧(第2版)[M].电子工业出版社,2010.
北斗卫星导航系统定位性能评估 篇8
在过去的20年里,GNSS系统在大地测量以及地学研究领域获得广泛应用,从导航应用、高精度控制网布设、城市建筑变形监测、地震监测与预报到全球板块地壳运动研究等,GNSS系统都扮演着重要的角 色[1]。北斗卫 星导航系 统 ( Bei DouNavigation Satellite System,BDS ) 是中国自行研制的继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统[2]。2012年底第13、14号卫星的成功运行标志着覆盖亚太地区的北斗区域卫星导航系统已经建设完成,伪距定位精度可达10m以内,并且初步具备高精度定位能力[3~5]。随着北斗系统的进一步提高和完善,其在地震监测、预报,大陆板块运动等研究领域的潜力逐渐显现,这一系列应用的基础便是正确的位置解算。近年来,越来越多的国内外学者就北斗单点定位、精密单点定位、基线解算等方面开展学术研究,创新数据处理方法,评估系统定位导航性能。Oliver Montenbruck等利用北斗实测数据从轨道、多路径效应、卫星钟差、单点定位、相对定位等多个方面对北斗卫星导航系统进行初步评估并给出相关的计算结果[6]。李敏基于武汉大学提供的北斗卫星精密轨道和卫星钟差产品,利用武汉大学“北斗卫星观测实验网”实测北斗观测数据,首次开展北斗卫星导航系统精密单点定位应用研究[7]。施闯等利用北斗GEO、IGSO卫星实时观测数据进行精密相对定位,解算结果可达厘米级[5]。本文就北斗卫星导航系统单点定位、精密单点定位、基线相对定位等算法开展研究,利用实测数据评估了北斗系统的定位性能,为北斗系统进一步应用于地学研究领域打下一定的基础。
1 定位解算方法
1. 1伪距单点定位
对于北斗伪距观测量可以罗列如下方程[8]:
式 ( 1) 中,P代表伪距观测值; 上标j表示当前的卫星号; ρ表示卫星到接收机的几何距离; δtr和δts分别表示接收机钟差和卫星钟差; δion、δtrop、δrel分别表示电离层延迟、对流层延迟和相对论效应误差; MP表示伪距多路径误差; εP表示伪距的随机噪声。为了方便起见,所有的项都以m为单位。
在实际解算中分别对以上各误差项采用如下策略进行改正:
( 1) 对于卫星钟差δts,采用北斗广播星历提供的卫星钟钟差、钟速、钟速变率等参数进行改正,即δts= a0+ a1( t - toe) + a2( t - toe)2;
( 2) 对于电离层误差δion,本文采用Klobuchar( 克罗布歇) 的8参数模型进行改正;
( 3) 对于对流层误差δtrop,本文采用了Hopfield( 霍普菲尔德) 模型进行改正;
( 4) 对于相对论相应δrel,本文采用北斗ICD文件中提供的改正公式进行改正。
1. 2 精密单点定位
对当前时刻的伪距、载波相位观测数据可罗列如下方程[8]:
式 ( 2) 中, φ代表载波相位观测值; m φ表示相位多路径误差; ε φ表示相位随机噪声; Nj表示整周模糊度参数,λ为相应信号的波长。
对于双频接收机,一般采用无电离层组合观测值进行解算。无电离层组合可以消除电离层延迟的一阶项,其组合方程如下:
其中,L = λ φ,f表示相应频段的频率。把组合观测值带入式 ( 2) 即可。
在进行精密单点定位时,除了常规单点定位解算时考虑电离层、对流层等误差改正外,还要对其他误差进行更为细致和精准的改正,误差项以及改正方法见表1。
进行解算时,对于静态观测,位置参数可以作为常未知数处理; 没有周跳情况下,整周未知数作常数处理; 出现周跳时,整周未知数看做一个新的常数参数计算。同时,接收机钟存在抖动现象,因此将其参数当作白噪声处理; 对流层变化较为平缓,在模型改正后可利用随机游走的方法估计其残余影响。本文采用常规的序贯最小二乘法进行精密单点定位的解算。
1. 3 相对定位
GNSS绝对定位的精度受到诸多因素的影响。相对定位可有效削弱这些误差的影响。观测方程进行双差后,可消除接收机和卫星钟差,其观测方程为[8]:
式 ( 4) 中,下标A,B为测站,上标i,j为观测卫星,其中A为基准站,i为参考卫星; 下标组合表示对测站作差,上标组合表示对卫星作差。d X、d Y和d Z分别为基线向量的三个坐标改正数; l、m和n分别为三个坐标方向上的方向余弦; I和T分别为电离层延迟改正和对流层延迟改正,当基线长度较短时此两项误差可忽略不计。常数项:
双差观测值的随机模型为[9]:
式 ( 6) 中,S表示观测值类型,nS为该类观测值的卫星数。
高精度的定位结果依赖于正确的模糊度解算,因此模糊度固定是基线解算的核心。为便于模糊度的固定,文中先固定双差宽巷模糊度,而后根据B1和B2的线性关系固定B1和B2的模糊度[10,11]。具体流程如图1所示。
2 北斗系统定位性能评估
2. 1 北斗系统概述
北斗系统是中国自主研制的全新一代卫星导航系统,截止2014年,在轨工作的卫星有5颗地球静止轨道 ( GEO ) 卫星、4颗中圆地 球轨道( MEO) 卫星和5颗倾斜地球同步轨道 ( IGSO) 卫星。现阶段星座具体发展情况如表2所示。
北斗系统 的时间基 准采用北 斗时 ( Bei DouSystem Time—BDT) 。北斗时基于原子时,起始历元为2006年1月1日协调世界时 ( UTC) 00时00分00秒,采用周和周内秒计数。北斗系统采用CGCS2000坐标系 ( 2000中国大地坐标系) 。目前北斗系统已经覆盖中国以及大部分亚太地区,成为继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统 ( 见图2、图3) 。
2. 2 实验数据
本文用于系统性能评估的数据全部来自各个测站的实测数据。其中用于单点定位和精密单点定位评估的测站数据采用Trimble NetR9以及UB240CORS型接收机采集,采样间隔设为30s。用于短基线定位评估的数据由同济大学提供,采用和芯星通( UNICORE) 公司生产的UB240-CORS北斗/GPS双系统四频接收机 ( GPS: L1、L2; 北斗: B1、B2)对两条小于1km的短基线进行了数据采集,一条位于北京的超短基线3. 0669m,数据时间段为2012年11月8到10日; 另一条位于上海同济大学的基线长度为470. 3009m,数据时间段为2012年11月8到15日,数据的采样间隔均为1s。
2. 3 单点定位评估
如图4所示,为Rcv01站一天24h观测值北斗B1频率伪距单点定位N、E、U方向与真值偏差的时间序列,其他测站结果见表3统计。
由表3可知,N方向一般在4m以内,E方向一般在2m以内,U方向一般在5m以内,三维精度已满足设计要求的10m。同时可以看到,一般解算结果都是E方向最好,U方向最差。U方向为高程方向,高程方向解算结果最差在情理之中; 而北斗系统定位的东西方向结果明显好于其他两个方向,这是由于北斗特殊的星座构成导致的。现阶段北斗系统大量采用GEO卫星进行定位导航,5颗GEO卫星近似均衡地分布在我国赤道上空,加强了星座东西方向的约束,对E方向的定位结果提高显著。
2. 4 精密单点定位评估
对8个测站一天24h的观测数据利用自编的软件进行了精密单点定位解算,给出了各测站的静态解。在该软件解算的数据预处理过程中,采用了M-W联合GF组合的方法进行野值点剔除、周跳探测和修复[12]。同时利用相位平滑后的伪距作为辅助观测值,提升精密单点定位初始化的效率[13]。各测站结果见表4。
可以看到,对于北斗精密单点定位,平面精度一般在3 ~ 4cm左右; 高程方向精度一般在4 ~7cm,不超过10cm; 系统已经 具备高精 度定位能力。
2. 5 基线相对定位评估
利用自制的北斗短基线数据处理软件,按1s采样率分别解算了同济大学测站11月8到15日、北京测站11月8到10日的实测数据。由于篇幅所限,本文只将上海站11月8日一天观测数据 ( 采样率1s,解算历元86400个) 求得的北斗基线相对于标准值的偏差时间序列如图5所示。其他时间段观测数据的解算结果如图6所示。
由图5的误差序列求得北斗基线在N、E、U各方向上的RMS值分别为0. 41cm、0. 30cm、和0. 71cm。
为了评估北斗系统在上海、北京两站的定位表现,对多天解算结果进行了统计分析,如图6所示。经统计,上海基线6天解算结果N、E、U方向误差序 列的平均RMS值分别为0. 42cm、0. 31cm、0. 80cm; 北京基线3天解算结果N、E、U方向误差序列的平 均RMS值分别为0. 21cm、0. 18cm、0. 55cm。可以看到,对于这两条短基线数据,北斗单历元基线解算得到了较好的结果。
3 结论
北斗是中国自行研制的全新一代卫星导航系统,目前系统已经覆盖中国以及大部分亚太地区,成为继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。本文就北斗卫星导航系统单点定位、精密单点定位、基线相对定位等算法开展研究,利用实测数据评估了北斗系统的定位性能,现初步得到以下结论:
( 1) 对于基于伪距观测值的单点定位,N方向一般在4m以内,E方向一般在2m以内,U方向一般在5m以内,三维精度已满足设计要求的10m。
( 2) 对于北斗精密单点定位,平面精度一般在3 ~ 4cm左右; 高程方向精度一般在4 ~ 7cm,不超过10cm; 系统已经具备高精度定位能力。
( 3) 对于1km以内的短基线,单历元基线解算结果可以达到平面精度5mm左右,高程方向精度1cm左右。
( 4) 现阶段,北斗系统大量采用GEO卫星进行定位导航,5颗GEO卫星近似均衡的分布在我国赤道上空,加强了星座东西方向的约束,E方向的定位解算结果明显好于其他两个方向。
摘要：北斗卫星导航系统是中国自行研制的继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。本文就北斗卫星导航系统单点定位(SPP)、精密单点定位(PPP)、基线相对定位等算法开展研究,利用实测数据评估了北斗系统的定位性能,为北斗系统进一步应用于地学研究领域打下了一定的基础。评估结果显示,伪距单点定位精度可达10m以内,精密单点定位和基线相对定位精度可达厘米级。
军用导航定位系统能力需求的分析 篇9
1 导航定位系统的基本情况
在全球海陆空天范围内, 用于确定位置、进行导航和授时的星座称全球导航定位系统。迄今为止, 人类已经建立了多个全球定位系统[1]。
早在1964年, 美国海军建成了第一个卫星导航系统——子午仪卫星导航系统。1967年, 前苏联也发射了自己的导航卫星——宇宙192。子午仪系统和宇宙192的原理都是双频多普勒测量, 它们的共同特点是星座中卫星的数量少, 不能实时定位;运行轨道低, 难于精密定轨;频率较低, 难于修正电离层延迟误差。因此, 无法满足许多用户对实时性和定位精度的需求。
1973年, 美国国防部批准其海陆空三军联合研制新一代卫星导航系统, 即授时和测距导航卫星, 或者称全球定位系统 (Navigation Satellite Timing andRanging/G lobal Positioning System, N A V STA R/GPS) , 简称GPS系统。GPS系统采用延时测距的被动式导航体制, 能够为地球表面和近地空间的广大用户提供全天候、全天时、高精度的位置、速度和时间等导航信息服务, 用户的数量没有任何限制。1978年2月发射第一颗GPS卫星, 1994年3月24颗卫星构成的星座部署完毕, GPS系统正式建成。
GPS已广泛应用于美国各军兵种, 将常规导弹的命中精度提高了1~2个数量级, 具有对敌方目标实施定点打击能力。同时, GPS还应用于海上舰船、陆地车辆、航空与航天飞行器的导航, 以及大地测量、石油勘探、精细农业, 地球与大气科学研究、移动通信等领域, 逐渐成为人们工作和生活所必需的一部分。
与此同时, 前苏联筹建了 (后由俄罗斯继承) 类似于GPS系统的全球导航卫星系统 (GLONASS) , 1982年10月发射第一颗卫星, 并于1995年12月配置完毕24颗卫星星座, 进入实际工程应用阶段。
鉴于卫星导航系统巨大的政治、军事和经济价值, 欧洲正在积极筹建民用的全球导航卫星系统——Galileo系统, 计划于2008年建成并投入使用。
2000年10月, 我国成功发射了第一颗北斗导航卫星, 现已独立建成具有3颗卫星组成的第一代区域导航系统, 目前正积极建设第二代卫星导航系统。
现代卫星导航系统正在给世界政治、军事、经济和技术带来革命性的变化。近十年来, 美国的GPS系统在几次局部战争中的成功实践, 表明卫星导航系统已成为现代高技术战争中不可缺少的及时获取高精度测量信息的空间基础设施, 具有极其重要的军事应用价值。同时, GPS应用已经渗透到国民经济的各个领域, 逐渐形成一项对全球经济有相当影响的巨大产业。
2 军用导航定位系统能力的需求
现代战争中, 战场的透明度不断增强, 非接触、非线性的作战模式日渐突出, 尤其是在地位逐步提升的反恐作战中, 小分队作战、特种作战的重要性逐渐凸现出来。随着战争形式的变化, 军队的信息化建设对导航定位系统的各方面能力提出了更高的要求。
2.1 导航定位能力的需求
2.1.1 在复杂地形地貌下定位的能力
在机械化的战争中, 作战多以消灭敌人的有生力量为主要目的, 通过消灭敌人的有生力量实现力量对比的转化, 从而赢得战争的胜利。随着武器杀伤力的提高, 精确打击能力的提升, 以消灭有生力量为目的的集团化的作战已逐渐淡出历史舞台, 取而代之的是针对作战系统的关键部位所进行的城市作战、特种作战等等, 而这些作战样式就要求在战斗中所使用的卫星导航定位系统具有在复杂地形地貌下的工作能力。
以城市作战为例, 在城市中, 由于高层建筑物越来越多, 无遮挡的空域范围比较小, 对于单兵而言, 要经常依托建筑物进行隐蔽, 甚至进入地下建筑进行战斗, 在这种复杂的环境中, 部队的作战更需要借助导航定位系统来实现战术协同, 这就要求导航定位系统的卫星信号在穿透建筑物或地层后仍具有较高的强度, 以保证导航定位系统的工作。
2.1.2 三维的导航定位能力
诸军兵种和同作战是现代战争的发展趋势, 陆、海、空、天、电一体化的作战将成为主要的战争模式。军用的卫星导航定位系统不仅要为地面部队提供服务, 同时也要为空中、水下甚至是天基武器提供导航定位服务, 这就要求所使用的导航定位系统摆脱对高程图库的依赖, 具有三维的导航定位能力。
以空军为例, 在战机接近目标的过程中, 一般要进行低空突防, 即低空或超低空在敌方雷达盲区内飞行, 以实现隐蔽接近目标的目的, 而在接近目标后又要拉高, 以获得作战空间, 这时就要求所使用的导航定位系统可以给出三维的数据, 以显示飞机所处的位置, 以及飞行的方向、速度等参数, 从而为战机的作战提供帮助。
2.1.3 高动态的导航定位能力
20世纪后期, 精确制导武器逐步崭露头角, 从海湾战争以来的几次局部战争中我们不难看出, 以精确打击力量对敌方作战体系中的重要目标或关键部位实施攻击已经成为信息化战争中不可或缺的组成部分。导弹通过电视制导、惯性导航等方式进行中制导, 其制导精度对地理环境和天气有较高要求, 而应用卫星导航系统的复合制导可有效克服上述问题[2], 但利用导航定位系统对精确制导武器实施导航定位时, 必须符合这类武器速度高的特点, 具备高动态导航定位的能力。
2.1.4 无源导航定位能力
电磁空间的战斗早在第二次世界大战中就已经出现了, 几十年的发展已经使它成为现代战争的重要作战样式, 各国都很重视对电磁方面的研究, 并开发了各种侦查设备、干扰设备以及反辐射武器。在现代战场高透明度的环境下, 使用有源的终端进行定位, 将无法有效的隐蔽自己达到战斗的突然性, 甚至可能成为敌人精确制导武器的一盏指路明灯, 因此军用的卫星定位系统必须具备无源的导航定位的能力。
2.2 用户机性能的需求
2.2.1 形成装备体系的能力
现代战争是系统与系统的对抗, 是体系与体系间的较量, 服务与战争的各种武器装备都要具有整体性、层次性、相似性、交互性和开放性的特点, 导航定位系统也不例外。为了应用于实战, 导航定位系统需要建立一个队长机系统, 在这个系统中, 队长机可以对属机的权限做一定的限制, 并可以一定程度的控制属机, 同时要求属机具有建立分系统的能力, 以体现出系统的层次性。导航定位系统的交互性应从两个角度来考虑, 首先是横向的交互性, 即导航定位系统与其它信息化装备的交互性;另一份那个面纵向的交互性, 即与不同层次的系统的交互性。由于现代战争中, 作战部、分队的编成往往是不固定的, 为了适应这种特点, 用户机需要具备依据指挥体系的变化随时改变的能力, 也就是具有开放性。有了以上四种特点的支撑, 导航定位系统才能融入到信息化装备的体系中, 形成一个整体, 体现出一个信息化装备体系的特点, 发挥其重要作用。
2.2.2 安全性方面的需求
在这里提到的安全性能主要指两个方面的能力, 首先是可用性的要求, 第一是抗毁伤, 随着科技的进步, 针对电子设备的武器层出不穷, 电磁脉冲炸弹的技术已经相当成熟, 在面对这种武器的攻击时, 用户机能否正常工作将成为其战场生存能力强弱重要标准;第二是抗干扰, 无源卫星导航定位系统最大的弱点就是信号微弱, 大功率的干扰机可以大范围的干扰定位信号, 因此必须提高用户机的抗干扰能力, 才能提升导航定位系统的战场可用性。其次是保密性的要求, 无论是用户机发出的信息还是用户机本身, 都应该增加保密方面的设计, 如对信息加密和添加用户机自毁的功能等。只有解决了用户机安全方面的问题, 导航定位系统才能应用于战争之中。
2.2.3 适应不同用途的型号配备
军队的武器装备是多种多样的, 对导航定位系统的需求也不尽相同, 因此, 根据不同武器装备的需求, 设计不同种类的用户机也是必要的。如机载用户机要求对高程的的显示更加精确, 而单兵用户机则要求重量轻、体积小、待机时间长, 车载型要求抗震性能, 舰载型需要防水、防腐蚀等等。只有依据这些武器装备的不同特征, 设计不同的机型, 以适应诸军兵种的不同需要, 才能在战争中发挥其作用。
3 结语
未来战争是陆、海、空、天、电五维一体的综合体系对抗, 单一武器、单一系统的决胜作用已逐渐弱化, 体系与体系的综合对抗已经成为制胜的关键。军事电子信息系统作伪联系各作战体系的纽带, 在整个作战系统中具有至关重要的地位。导航定位系统作为电子信息系统不可或缺的一部分, 必须根据现代战争和信息化军队的特点从功能上适应现代战争的需求。只有从需求出发, 改造军用卫星导航定位系统使之具有现代化战争需要的各种功能, 才能更好的发挥其作用, 为我军的信息化建设服务, 为我军实现打赢信息化条件下局部战争的目标服务。
摘要：本文着眼信息化军队和现代战争的特点, 从军队的实际情况出发, 分析了战争对军用导航定位系统需求, 指出了导航定位系统应用于所要面临的多种情况, 并由提出了一些可能的解决办法。
关键词：军用,导航定位,需求
参考文献
[1]陈世平, 方宗义, 巨涛, 等.利用全球导航定位系统进行航天遥感的新概念及其对策研究[R].中国空间技术研究院发展研究课题, 2003.
智能轮椅GPS定位导航系统设计 篇10
关键词：智能轮椅,安卓系统,高德地图,全球定位系统,定位导航
0 引言
轮椅作为一项代步工具自面世以来一直扮演着服务老弱病残认识的重要角色,为腿脚不便的人士提供了许多方便。人工智能技术与机器人技术在近几年迅猛发展,使得传统机械轮椅将被智能轮椅逐步替代。智能轮椅不同于传统软椅的是用智能化的操作方式代替了人工手动实现了对轮椅的控制,并能实现多模态操作。除了传统的手柄操作轮椅的方式以外,加入了键盘按键操作,语音操作,自主控制等多种控制方式并能在多种控制方式之间切换。
智能轮椅导航技术是智能轮椅研究的热点。通过智能轮椅导航技术可以为使用者的出行提供方便,特别是在服务于一些年长的老人时,当使用者独自出行到自己不熟悉道路的地域时,智能轮椅上的GPS导航终端可以令使用者准确认识自己现在所处的位置。并能通过简单的操作,使GPS终端为使用者规划出回家的运行路径,避免用户出门在外迷路的风险。
具有半自主导航功能的智能轮椅能通过轮椅自带的传感器,识别行进环境,按照标示线行走。而后针对“go to goal”的问题提出了一系列运行策略使使用者可以在人机通信界面上标出目标点,智能轮椅可以完成运行路径的规划与行进指令提示[1]。而未来智能轮椅导航应该向基于网络的云计算系统发展。通过网络后台的服务器完成对数据的处理,以实现路况信息的实时显示,以及地图的实时更新,从而实现更加人性化和智能化的导航。
本文对智能轮椅上的GPS导航终端进行了设计开发。首先搭建了该终端硬件系统,并利用高德地图LBS开发平台设计了软件系统并阐述了主要的功能模块,最后给出了系统运行的结果。
1 系统软硬件结构
选用一款具有多模态操作的智能轮椅,该轮椅除了传统的手柄操作轮椅的方式以外,加入了键盘按键操作,语音操作,自主控制等多种控制方式并能在多种控制方式之间切换,同时引入了避障模块可以实现轮椅运行过程中的自主避障。通过连接轮椅自带的直流电源,并设计了24 V转5 V转换电路为该终端供电。
1.1 系统硬件结构
采用三星S5PV210为主控核心,这是一款基于ARM Cortex⁃A8内核的高性能高集成度处理器。该芯片被广泛用于平板电脑和上网本。由于其出色的处理性能,因此选其作为操作系统的CPU。
使用GTS⁃4E GPS接收模块,这是一款基于高集成度48通道SIRF⁃IV芯片超高灵敏度GPS接收模块。具有高信号捕捉能力,抗干扰能力强,低功耗等优点。
该GPS接收机的硬件一般执行五个步骤进而实现数据解调与路径延迟测量。这五个步骤是射频下变频、信号捕获、数据解调、数据时钟恢复、卫星时钟复制和测量发射一接收时间信息[2]。GPS接收机的工作原理如图1所示。
本设计中的时间差异计算是由Android操作系统完成的。采用多通道GPS接收机可以使设备在同一时刻接收多颗卫星信号,并能实现对多颗卫星的多普勒跟踪,因此可以实现快速定位。由于射频电路对温度特别敏感,在布线时有意远离PCB板上的发热元器件。将接收器数字部分朝向PCB板数字部分,以减少底板其他电路对射频电路的干扰。本设计采用有源天线,并且尽可能地减少连接天线线材长度以达到减少信号干扰的目的。
为了确定轮椅的运行姿态,引入了加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器。并通过软件算法能准确地得出轮椅的加速度、速度、前进方向等姿态信息。
将S5PV210核心板焊接在20 cm×15 cm的底板上。通过底板上的布线连接GPS模块、电容屏、电池盒、开关等部件。图2为智能轮椅GPS终端硬件系统结构框图。
1.2 系统软件结构
本设计采用Android 4.0嵌入式操作系统。Android平台是在Linux内核的基础上发展起来的,用于支持系统的底层服务[3]。Android自身集成丰富的API,并且大部分代码开源。Android的应用框架采用结构化设计简化了组件之间的重复使用,从而简化了应用程序的开发[4]。
高德Android定位SDK为使用者提供了LBS定位功能,开发者可以通过相应代码实现应用程序的定位功能。该SDK可以实现全球定位以及多种设备下的混合定位包括Wi Fi定位,基站定位,GPS定位。对于使用者的使用环境高德Android定位SDK能够自主进行选择,以更快的响应速度以及更低的耗电量实现精确定位功能。图3为智能轮椅GPS终端软件系统结构框图。
2 主要功能模块
2.1 轮椅定位功能实现
Android SDK是进行编程使用的软件开发工具包。本设计用高德地图提供的Android SDK为实现定位导航相关功能提供开发调用接口。在申请完API KEY和在文件Android Manifest.xml中添加权限以结束对工程的配置。程序在实现定位操作时,首先发送定位请求并注册监听,期间定位程序会根据实际情况智能判断定位的方式。通过类Location Manager Proxy实现相关定位功能,首先程序会发送定位请求,然后进行定位回调,定义对象AMap Location用于接收返回位置信息。通过位置信息对象AMap Location可获取定位点的坐标、定位半径、定位速度(get Speed())、定位方向(get Bearing())等信息。定位流程图如图4所示。实现定位功能的部分关键代码如下:
2.2 轮椅姿态判定
在硬件端引入加速度传感器、磁力传感器。通过处理传感器提供的各种数据,并在软件端实施计算,从而能计算出轮椅的运行姿态,包括轮椅运动正前方,轮椅的运行加速度和速度。Android采用Open GL ES坐标系统,加速度传感器是反应x轴、y轴、z轴受到地心引力的情况[5]。而磁力传感器是用来检测设备周围磁场强度的一种传感器。其原理是通过霍尔效应将磁场的变化转化为电压输出的一种方式[6]。通过处理加速度传感器与磁力传感器的数据可以计算出设备目前所处的东、南、西、北方位。
使用Sensor Manager组件的get Orientation()函数来判断方位。首先是在Activity的on Resume函数中获取加速度和磁力传感器,并注册获得数据。当传感器检测到数据更新时,再由on Sensor Changed函数存储获取的数据,并存入相应的数组里。然后通过check Orientation计算出方位信息。最后通过在导航地图中加入一个指南针控件,可以绘制出一个指南针图形,并映射在定位的坐标点上以指示出轮椅的运动方向。部分关键代码如下:
2.3 轮椅路径规划功能实现
本设计用高德地图提供的Android SDK为实现路径规划相关功能提供开发调用接口。
轮椅移动的路径规划是使用类Route Search中的calculate Drive Route Asyn(Drive Route Query query)方法对起点和终点间的路径进行规划计算。在Route⁃Search.On Route Search Listener接口回调方法void on⁃Drive Route Searched(Drive Route Result drive Route Result,int r Code)处理驾车路径规划结果。并使用Drivin⁃g Route Overlay画出包括起点和终点在内的路线图层。路径规划流程图如图5所示,部分关键代码如下:
3 系统运行结果
将设备调试好后安装于智能轮椅上。利用GPS天线上的磁铁可以将天线固定在轮椅扶手上以达到良好的信号接收效果。将轮椅置于室外开阔地以确保卫星信号的正常接收。打开定位程序等待数秒后可以实现轮椅的定位功能如图6所示。
将轮椅的朝向改变,可以发现地图中所定位图标的指向也发生改变,如图7所示。在设定起点终点后,系统能绘制出起点到终点之间的规划路径,如图8所示。经过反复测试,该智能轮椅GPS终端对于卫星信号接收良好,定位精度较高,能满足在开阔路面情况下使用者对于智能轮椅定位导航的要求。
4 结语
本设计借助Android嵌入式系统并利用国内普及的高德GPS定位服务实现了对智能轮椅的定位和导航功能。使用者可以在图形界面下设定目的地。系统可以规划出当前位置与目的地之间的最佳路径,并提供路径提示。由于智能轮椅面对的是特殊的服务对象,在服务于年长不识路的老人时,定位导航功能的加入可以为使用者提供方便。
参考文献
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[5]黄彬华.Android 4.X应用与开发实战手册:适用Android 4.X-2.X[M].北京:清华大学出版社,2013:301-317.
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