北斗定向原理.docx

北斗定向原理航向信息对于船舶和汽车导航都是十分重要的一直以来，船舶都使用磁罗经和陀螺罗 经获得航向信息，以控制船舶在大海中沿着航线行驶，一旦船舶无法获得准确的航向信息， 船舶就会偏航，无法正确到达目的地，那将是十分危险的陀螺罗经精度较高，但是其造价 昂贵，一般小型船舶难以承受，而且存在累计误差；磁罗经虽然价格便宜，但是其精度较低， 而且无法直接输出电信号，不易与自动操舵装置集成而北斗定向系统是实时测量系统，不 存在累积误差，体积小，易集成，造价比陀螺罗经要低很多；与磁罗经相比，北斗定向系统 精度要高，而且可以直接输出电信号，用于自动操舵因此北斗定向系统可以在船舶导航， 特别是小型船舶导航中发挥重要的作用在陆地汽车导航中，随着世界性零事故目标的提出， 对车辆运动状态信息的获取提出更高的要求，精确车辆航向信息对于车辆自动驾驶系统和自 动防撞系统都是必不可少的本文以北斗OEM板、北斗天线、解算主板、嵌入式LINUX操作系统和定向软件实现了 一整套独立的北斗定向系统该系统可广泛用于船舶及车辆导航，输出精确的航向信息 一， 北斗定向原理北斗定向是依靠北斗基线矢量在载体坐标系和本地坐标系中的相互关系来确定载体的 空间方向。

北斗基线矢量指两北斗天线相位中心连线构成的矢量用与两北斗天线分别相连 的北斗 接收机同时测定北斗 卫星载波信号的瞬时相位,比较其相位差, 则可以测定基线的 空间方向这种方法就是定向的载波相位差分法如图 1 所示，由于基线长度相对于天线到卫星的距离很短, 因此, 北斗 卫星信号可以看作 平面波图一定向原理示意图则有：ei • b = (pA -^B + NA -NB) •九+£i (1)式(1)中：N表示卫星i到接收机A的载波相位整周模糊度，P i表示接收机A对卫星i的 AA载波相位观测值，ei表示接收机到卫星i的单位向量，九表示载波波长，£ i表示测量噪声式(1)就是单差相位观测方程单差可以消除电离层、对流层误差以及卫星钟差，为了进一步消除接收机钟差，组成双差观测方程：(ei - ej)・ b =(矶-PB +叫 + NA - N* - ⑵Nj + Nj )•X + £i-£jAB 式(2)中，如果知道了整周模糊度，则可以通过最小二乘法得到基线的矢量解，通过坐 标变换即可求解出载体的方位角本文所实现的系统使用两个北斗天线组成一条测量基线，两个北斗 OEM 板接收载波相 位，利用载波相位差分法，计算出载体的航向角。

二， 系统构成 本北斗定向系统主要由北斗接收部分、数据处理硬件系统、数据处理软件系统组成北 斗接收部分和数据处理硬件系统组成了系统的硬件部分，如图二所示2.1， 北斗接收部分北斗接收部分包括两个北斗测量型天线、两个北斗 OEM 板两北斗天线用钢性连杆连 接支撑，以保证测量基线长度不变天线和OEM板之间以电缆连接，供电和传输信号北 斗OEM板上的TTL串口通过串口转换板与解算嵌入式主板上的RS232串口相连，将北斗 OEM板输出的各种北斗原始数据，如SNV、MCA、PBN,输入给解算嵌入式主板，作为定 位软件的数据输入2.2，数据处理嵌入式硬件系统北斗定向系统是一个实时系统，要求至少1HZ的数据输出刷新速度，所以数据处理硬件系统核心部分要求数据处理能力强大，能满足实 时要求同时，定向系统作为一个可能用于汽车、船舶甚至航空器等各种不同环境的独立的 设备，要求硬件体积小、结构简单、可靠性高、功耗低嵌入式主板通过并口外接一块点阵LCD，实时显示定向结果另外，系统还通过一个RS232接口与PC机相连，通过此接口，系统可以将处理结果实时送 给 PC 机， PC 机可对数据作进一步的处理、以更加详细的方式显示2.3，数据处理软件系统 数据处理软件系统是定向系统的核心，它包含嵌入式操作系统和定向软件两部分。