基于差分GPS的水采船导航控制系统设计.pdfVIP

第 期 No.4 4 水 运 科 学 研 究 年 月 Dec. 2009 2009 12 RESEARCH ON WATERBORNE TRANSPORTATION 基于差分GPS 的水采船导航控制系统设计 姚立柱 刘晋川 杨 瑞 （交通部水运科学研究院，北京 100088） 摘 要：本文针对传统水采船导航系统精度不高、定位范围窄的问题，通过对水采船位置 和姿态的分析，提出了基于差分GPS 的导航控制系统，并给出了软硬件设计方案，实现了 水采船位置和姿态的高精度控制。 关键词：差分GPS；水采船；导航控制系统；载波相位差分 水采船简单的说就是采矿船, 是国内钾盐生 采用差分 GPS 技术可以消除系统中共有的 产基地上采用的一种大型水中采矿设备，集计算 误差，如电离层误差、对移层误差、卫星时钟误 机自动控制系统、液压、机械和导航定位系统于 差、星历误差等，从而达到提高定位精度的目 [3] 一身。其高精度的导航控制系统有利于提高水采 的 。根据差分GPS 基准站发送的信息方式通常 船的作业效率和矿池成矿，在生产中起着至关重 可将差分GPS 分为位置差分、伪距差分、相位 要的作用。 平滑伪距差分和载波相位差分（RTK）4 种。这 早期的水采船采用微波导航定位系统来实现 4 种差分方式都具有相同的工作原理，即由已知 一定空间范围内相对位置的定位，适用范围较 坐标的基准站更正来自卫星的具有偏差的定位信 窄、技术相对落后。 由于导航系统未利用精细的 息，并且将更正信息发送给用户(移动站)，用户 微积分控制手段实现，导致方向控制机构动作频 端接收并对其自身测量结果进行更正，从而获得 率极高，系统故障率较高，定位精度较差，系统 较高精度的定位结果。所不同的是，更正信息的 [1] 维护十分不便 。随着GPS 的发展和广泛应用， 内容决定了差分定位的精度。本系统采用载波相 其定位技术和精度都发生了质的飞跃，可以实现 位差分(RTK)技术，使定位精度达到厘米级，其 [4] 全球任一空间的精度定位，其定位精度从分米级 原理图如图 1 所示 。 到厘米级，这一点与上述微波定位导航系统有着 [2] 本质的区别 。因此将GPS 技术应用到水采船上 不仅可以大大提高导航的定位精度和速度，同时 也可以提高水采船的作业效率，并且从整体上真 正实现水采船的整体化、标准化、正规化、网络 化，从而使整个系统有较强的稳定性和可靠性。 本文设计的系统应用差分 GPS 来实现水采 船定位导航。使用2 个 GPS 接收机，一个置于 图1 RTK 原理图 基准站上，用来产生更正信息；另一个双天线的 [5] GPS 接收机置于移动站上，用来接收卫星数据和 RTK 的观测模型为 ： 基准站的更正信息，实现了水采船位置和姿态的 Ф= +c*(dT- dt)+ *N+dtrop- dion+dpreal+ (Ф) (1) 双重控制，大大提高了导航精确度和采矿效率。