定位定向儀在車載氣象儀中的應用

方便安裝的車載氣象站，使用靈活，可獲取觀測車在其所在地區的天氣數據，實現對氣象環境的實時監測。由于受行駛速度、行駛方向及車首方向等因素的影響，觀測車中安裝的風速風向傳感器實際輸出的數據為相對風速和相對風向。真實風速和真實風向是相對風速、行駛車速、行駛車向和車首向量合成的相對風向數據。
志愿者船自動測量儀和類似走航式氣象觀測儀中的真風計算是由相對風速相對風向、航速航向和船首向矢量合成而成的，其中航速航向是由GPS設備測量的，船首是由方位傳感器測量的。而在實際應用中，方位傳感器易受磁場的影響，船體傾斜時也會受到磁場的影響。另外方位傳感器需要自己做密封，安裝在船體上也很不方便，維護保養也比較麻煩。本論文利用ADU3600定位定向儀同時測量了車輛的行駛速度、行駛方向和首向方向，從而得到了真實的風場數據。它的安裝方面，結構簡單，同時還能計算時間，實現了時鐘校時功能。
ADU3600定位定向儀是基于GPS載波測量技術和優化算法的一種產品。該系統克服了陀螺尋北儀成本高，動態性能差，操作復雜，磁盤精度低，抗干擾性差，不易安裝等缺點，是一種理想的衛星通信車、衛星遙感車、氣象雷達車等。一、ADU3600定位定向儀概述XW-ADU3600定位定向儀由兩個GPS接收器、兩個測量天線和一個處理模塊組成，其中嵌入式處理器為核心。圖1顯示了XW-ADU3600定位定向儀實物圖。XW-ADU3600定位定向儀實物圖上方白色部分是雙GPS接收天線，下面的部分是集成GPS接收機和GPS處理模塊的兩個裝置。該定位定向儀采用2臺高精度、高動態GPS接收機作為衛星信號傳感器，利用載波測量技術和整周模糊度快速解算技術，計算運動載體的航向角，并可輸出俯仰角、位置、速度和UTC時間等信息。定位系統的基本測量方法有兩種：偽距離測量和載波相位測量。偽距離測量按照精度可分為C/A碼和P碼兩種，其精度一般為碼長的1%。與P碼相比，采用載波測量時，在相同的測量相位精度下，其碼相測量誤差比P碼小兩個數量級。
因此，載波相位測量的精度比偽距測量高得多。使用了2個GPS天線來測量航向和俯仰角，使用了3個線外的GPS天線來測量航向、俯仰角和翻滾角度。其中，姿態計算是雙GPS的核心內容，顯示了具體的姿態測量流程。由于姿態測量流程圖偽距的測量精度不夠高，因此必須采用載波測量數據。載波周期模糊度既不能直接測量，也不能直接計算，只能通過復雜的數學模型從眾多的候選值中選取。
模糊度的數學模型目前在國內外研究較多，但由于其計算量較大，不能滿足實時計算的要求，只能進行后期處理，無法進行實時姿態計算。采用一種選擇計算方法，利用GPS單頻接收機實時測量載體姿態，實現了載波相位初始整周模糊度的快速求解。在實際應用中，ADU3600型定位定向儀由于GPS前后連接衛星數目不足，造成測量數據不*，必須保證連接衛星數為8，才能使數據比較完整。因為城市建筑物多，衛星很容易被遮擋，會影響整個儀器數據的完整性，這也是未來需要解決的問題。