首页理论教育GPS输出数据的详细解析与优化

GPS输出数据的详细解析与优化

2023-07-05 理论教育版权反馈

【摘要】：通过GPS获取的飞行器的位置坐标基于WGS-84坐标系，简称Geodetic或G坐标系。详细描述可以通过下式获得：h≈H+N，（6.2）N作为GPS输出高度h和当地海拔之间的偏差，一般在正负100m以内。由于GPS导航方式采用的坐标系不能直接获取无人机相对于地面的位置高度，而且这个误差范围是如此之大，所以无人机系统都需要根据实际的任务需求安装额外硬件以确保无人机高度状态信息的精确反馈。

实际的GPS系统会以一定格式输出很多数据，如时间，精度因子，卫星编号，信噪比等，但对于无人机控制而言，最为重要，也是最常使用的还是“经度（Longitude）”，“纬度（Latitude）”以及“高度（height）”三组数据：P_G=[λ，φ，h]^T。通过GPS获取的飞行器的位置坐标基于WGS-84坐标系，简称Geodetic或G坐标系。

图6.8 1972年7月由阿波罗17号宇宙飞船拍摄的地球照片（图片来源：维基百科）

为什么需要单独建立一个坐标系呢？地球表面地势复杂，有山有海，高低不平，需要建立一个简单而精确的近似数学模型。研究人员和工程师们决定采用椭球体作为地球的近似，而G坐标系就描述了一个椭球体，给出该椭球体的基本参数：长半轴a，短半轴b，第一偏心率e，第二偏心率e′，扁率f，曲率半径（米）：

如上节所述，GPS硬件直接获取的高度是相对于G坐标系中椭球表面的高度。而海拔是相对于海平面的高度，它与地球表面形状和重力分布相关。相对于大地水准面的高度才是海拔，也就是图中的H参数。详细描述可以通过下式获得：

h≈H+N，（6.2）

N（大地水准偏差）作为GPS输出高度h和当地海拔之间的偏差，一般在正负100m以内。

由于GPS导航方式采用的坐标系不能直接获取无人机相对于地面的位置高度，而且这个误差范围是如此之大，所以无人机系统都需要根据实际的任务需求安装额外硬件以确保无人机高度状态信息的精确反馈。