GNSS专业名词释义
2020-01-01刘基余
刘基余
(武汉大学测绘学院,湖北 武汉 430079)
绝对定位(Absolute positioning):用一台 GNSS信号接收机直接测定一个测站在给定全球大地坐标系(例如 WGS-84世界大地坐标系)内的点位三维坐标;后者是相对于坐标原点的绝对坐标,故称之为“绝对定位”。近年来,人们常将它称为“单点定位”(single point positioning)。
精度(Accuracy):它表示一个量的观测值与其真值接近或一致的程度,常以其相应值——误差(Error)予以表述。对 GNSS卫星导航而言,精度直观地概括为用GNSS信号所测定的载体在航点位与载体实际点位之差;对于 GNSS卫星测地而言,精度是用 GNSS信号所测定的地面点位与其实地点位之差。
捕获(Acquisition):它是 GNSS信号接收机能够接收和锁定 GNSS信号的能力,这是获取 GNSS观测值的关键一步。
历书(Almanac):它是一组由卫星导航电文提供的描述所有在轨 GNSS卫星概略位置及其钟差的参数。每颗 GNSS卫星向用户发送历书数据,用户利用它们不仅能选择工作正常和位置适当的卫星,以致它们能够构成较理想的空间几何图形,而且依据已知的码分地址能够较快地捕获到所选择的待测卫星。
模糊度(Ambiguity):例如,当用 GPS第一载 波测量时,其载频 fL1=1575.42 MHz,它的相应波长 λ=19 cm,用该 19 cm电尺量测从 GPS信号接收机到 GPS卫星的二万余千米距离,其整尺段数(波数)约为1E+8。如此巨大的波数是无法直接精确测定的,而需用一定的方法求解这个未知数,该未知数称为载波相位测量的模糊度,因为它是从接收机到卫星的载波相位测量的整周期数,在笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》和《全球导航卫星系统及其应用》两部著作中将它称为整周模糊度,它的解算是载波相位测量数据处理的一个特殊而又极重要的问题。
姿态测定(Attitude determination):它是测定运动载体在专用坐标系——载体坐标系中相对于全球或者当地水平坐标系的定向参数;一般是三维姿态参数,也即运动载体的偏航角α、横滚角αrolyaw和俯仰角α pit。横滚角α rol是运动载体绕体轴线的转动角;俯仰角α pit是运动载体绕侧轴线的转动角;偏航角α yaw是运动载体绕垂直轴的转动角。
反电子诱骗技术(Anti-Spoofing,AS):AS技术的目的在于防止敌方对 GPS信号的 P码用作精密导航定位的电子干扰,而将P码经过译密技术处理变成Y密码,它是由正常的P码和机密的 W码形成的。在 AS技术的作用下,非特许用户不仅不能用P码作实时导航定位测量,而且也不能进行P码和C/A码码相位测量联合解算,甚至 P码数据平滑。
升交距角(Argument of latitude):它是描述卫星在轨运行点位,而是真近点角和近地点角距的之和,也直译为纬度角距。
近地点角距(Argument of perigee,ω):它是由升交点轴(OEN)顺着卫星运行方向度量到近地点的弧长(见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第二章所述),也称为近地点幅角。
升交点(Ascending node):它是卫星运行轨道与天球赤道的交点(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第二章所述),从此处开始近地点角距增加。
原子钟(Atomic clock):它是一种基于原子时的精密计时器具,利用铯原子或铷原子或氢原子内部的电子,在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准,去控制校准电子振荡器,进而控制钟的走动。导航卫星一般采用铯原子钟、铷原子钟和氢原子钟,它们的稳定程度很高,例如,最好的铯原子钟能够达到 500万年只相差1秒。
原子时(Atomic time):它是一种建立在铯原子或铷原子或氢原子的电子跃迁所辐射频率基础上的时间计量系统。 1967年10月,第 13届国际计量委员会决定用原子时秒作为时间计量的基本单位,它的秒长的定义为:铯原子 133(Cs133)基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射的电磁波 9192631770周所经历的时间为 1原子秒的长度,称为国际单位秒(SI),用这种原子时秒单位确定的时间系统称为国际原子时(IAT)。
自动增益控制(Automatic gain control,AGC):它是 GPS信号接收机中能够保持输出信号幅度恒定的电路功能,致使输出信号的幅度不随外来信号的强弱而变化。
自 动 频 率 控 制(Automatic frequency control,AFC):它是 GPS信号接收机中能够保持输出信频率与外来信号频率一致的电路功能。
带通滤波器(Bandpass filter):它是 GPS信号接收机中一种能够允许特定频带宽度信号通过而衰减很小,对于其他频带宽度信号则衰减很大而难以通过的电路器件。
带宽(Bandwidth):它是一个无线电信号的频率宽度,例如,GPS L1信号的带宽是 1575.42±10.23 MHz。
北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS):它是中国自主建设、独立运行,与 GPS等系统兼容的卫星导航系统,可为用户提供全天候、全天时和高精度、高可靠的定位、导航、授时(标准时间信号发播)服务。 BDS星座采用了中地球轨道(Middle Earth Orbits,MEO)、静 止 地 球 轨 道(Geostationary Earth Orbits,GEO)和倾斜地球同步轨道(Inclined GeoSynchronous Orbits,IGSO)三种轨道飞行的北斗卫星,它是 27颗MEO卫星 +5颗GEO卫星 +3颗IGSO卫星构成的混合星座。
Block I,II,IIR,IIF卫 星(Block I,II,IIR,IIF satellites):GPS卫星工作星座的四种工作卫星(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书所述);1978年2月22日,第一颗实验型 Block I卫星入轨运行,共发射了 11颗实验型 Block I卫星(其中1颗Block I发射失败),1989年开始发射的 Block II卫星才是正式的在轨工作卫星。
BOC调制(Binary Offset Carrier,BOC):它的中文名为“二进制偏置载波”调制,它是 Galileo卫星导航电文首先进行扩频调制,再作“二进制偏置载波”调制(详见笔者所著的《全球导航卫星系统及其应用》一书第一章所述)。 BOC调制的主要优越性是:一是能够实现Galileo导航信号与 GPS信号使用相同的载波频率,而不会产生相互干扰;二是能够减少信号相干损耗,抑制信号多路径效应,提高伪噪声码测量跟踪精度,研究表明,在载波噪声比一定的情况下,BOC调制信号跟踪测距精度高于 BPSK调制信号,BOC调制系数越大,其测距精度就越高;三是能够增强信号抗干扰性能,简化信号微波处理单元和多工器设计;四是能够提高军用信号发射功率而不会干扰弱民用信号的捕获与跟踪,有利于实现军用和民用导航信号的有效分离。
载波(Carrier):它是待发信息的运载工具,而可以用待发信息通过调制改变载波的一个特性值(例如频率、幅度或相位),实现运载待发信息。
C/A码(clear/acquisition code):它是一种 GPS民用码,容易捕获和跟踪;C/A码调制在 GPS L1载波信号上。它具有 1,023个码元,其时钟速率是 1.023 MHz,具有1 ms的码重复周期(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第三章所述)。
载波相位测量(Carrier phase measurements):它是GNSS动态/静态用户获得厘米级定位精度的有效技术途径;只不过它的数据处理较为复杂(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第六章所述)。
波道(Channel):它是 GPS信号接收机的核心部件,不是一种简单的信号通道,而是一种软硬件相结合的有机体,故以“波道”之名称予以区别。按照捕获伪噪声码的不同方式,信号波道分成相关型、平方律和码相位等三种类型(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第四章所述)。
码分多址(Code division multiple access,CDMA):它是通过编码区分不同用户信息,实现不同用户同频、同时传输信息的一种通信技术,是在数字技术的分支——扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 GNSS卫星导航采用CDMA技术能够有效地实现多颗卫星信号的接收与测量。
多普勒频移(Doppler shift):它是信号源相对于观测者相对运动时,观测者所接收到的信号频率,不同于信号源所发射的信号频率,两者之差称为频移。它是奥地利物理学家多普勒(Christian Doppler)于 1842年首次发现的,故称之为多普勒频移,因信号源相对于观测者的运动方式之异,多普勒频移也随之而不同。
星历(Ephemeris):它是一列描述导航卫星运动及其轨道的参数,例如,GPS星历分为“广播星历”和“后处理星历”。“广播星历”是由 GPS卫星通过导航电文直接向用户播发的用于实时数据处理的预报(外推)星历:由 C/A码传送的民用星历,称为 C/A码星历;由 P码传送的军用星历,称为 P码星历。“后处理星历”是一种用于测后数据处理的 GPS精密星历,它不是 GPS卫星直接播发的星历,而是由第三者提供用户的 GPS星历。例如,精度为厘米级的 IGS星历(详见笔者所著的《全球导航卫星系统及其应用》一书第二章所述)。
频带(Frequency band):它是一个信号所占有的频率范围。
频带宽度(Frequency bandwidth):它是一个电路器件为保证所传输信息的速率和质量所需占用的频率连续变化范围,其单位为赫(Hz)、千赫(kHz)、兆赫(MHz)。
频谱(Frequency spectrum):它是信号分量振幅随所占有频率分量的不同而不同的分布图。
Galileo全球导航卫星系统(Galileo global navigation satellite system,简称为 Galileo(伽利略)系统):它是由空间、运行控制和用户等三大部分组成的:运行控制部分包括 2个主控站、 30个监测站、 9个注入站和5个跟踪遥测控制站;用户部分(设备)一般是 Galileo信号接收机,只有需要全球搜寻援救功能的用户,其用户设备才应具有收发功能;空间部分即 Galileo卫星工作星座,它是由 30颗中轨(MEO)卫星(27颗工作卫星 +3颗在轨备份卫星)和3颗静地轨道(GEO)卫星构成的。每颗 Galileo卫星的导航载荷是2台稳定度为5×10-13的铷原子钟和 2台稳定度为 5×10-14的氢原子钟、导航信号发生器、功率放大器与 L波段发射天线等设备。
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS):它是所有在轨工作的卫星导航系统的“总称呼”;目前主要包括 GPS卫星全球定位系统、GLONASS全球导航卫星系统、 BDS北斗卫星导航系统、 Galileo全球导航卫星系统、 QZSS准天顶卫星系统、IRNSS印度区域导航卫星系统、 WAAS广域增强系统、EGNOS欧洲静地卫星导航重叠系统、 DORIS星载多普勒无线电定轨定位系统、PRARE精确距离及其变率测量系统、 GAGAN GPS静地卫星增强系统(详见笔者所著的《全球导航卫星系统及其应用》一书第一章所述)。从现行的GNSS发展计划可知,2020年将有 140余颗导航卫星在轨运行,致使卫星导航产业将成为供水、供电、供气和电信之后的第五大公用事业。
高斯-克吕格投影(Gauss-Krüger projection):它是一种等角横切椭圆柱投影。该投影是假想一个椭圆柱横向套在地球椭球体外面并与某一条经线相切,该经线称为中央经线。投影后中央经线和赤道均表象为直线并互相垂直,成为投影的对称轴。该投影没有角度变形,中央经线上长度比为 1,没有任何变形,其他经线为对称于中央经线的曲线,离中央经线愈远变形愈大;纬线投影为对称于赤道的圆弧,在同一条经线上纬度愈低变形愈大。为了将误差控制在允许的范围内,采用分带投影的方法;中国的1∶500,000及更大比例尺的地形图均采用该投影,其中 1∶500,000-1∶25,000比例尺用 6°分带,从格林尼治子午线向东每 6°投影一次。 1∶10,000及更大比例尺用 3°分带,为了减少换带计算,3°分带从东经 1°30’开始每 3°投影一次,其中央经线有一半与 6°分带重合。用传统方法编制地形图时,经纬网的直角坐标及变形值均可以从编制好的投影坐标表中查取。在数字测图和计算机制图的条件下,图幅的经纬线和直角坐标网格均可根据地形图图号自动生成。
转换码(Handover word):GPS卫星导航电文每个子帧的第二个字码都是转换码;它的主要作用是帮助GPS用户从所获的 C/A码转换到 P码的捕获。转换码的第 1-17比特表示所谓的 Z计数,后者表示自星期天零时至星期六 24时,P码子码 X1的周期(1.5s)重复数,也即 Z计数的量程是 0-403,200;因此,知道 Z计数,便可较快地捕获到 P码。转换码的第18比特表明卫星注入电文后有否发生滚动动量矩卸载现象,第18比特用于指示数据帧的时间是否与子码 X1的钟信号同步;第 20-22比特是子帧识别标志;第23和第24比特是无意义的连接比特;第25-30比特是奇偶检验码。
印度区域导航卫星系统(Indian Regional Navigational Satellite System,简称为 IRNSS),它由7颗卫星(3颗静地卫星(GEO)+4颗大椭圆轨道卫星(GSO))及其地面监控系统和用户接收机组成;3颗静地卫星分别定点在东经34°、东经83°和东经131.5°上空;4颗GSO卫星分别在两个轨道上运行,其远地点为24,000 km,近地点为 250 km,轨道倾角为 29°(详见笔者所著的《全球导航卫星系统及其应用》一书第一章所述)。
电离层(Ionosphere):它是离地表面高度为 50- 1,000 km之间的大气层。在太阳光的强烈照射下,电离层中的中性气体分子被电离而产生大量的正离子和自由电子,且两者的密度是相等的。但是,在电离层的所有高度上,电子密度均远小于中性气体密度的 1%。按照电离层距离地面高度的不同,将其划分为 D、E、F1和F2等四个电离区。它们的主要特点及其对 GNSS信号产生的时延影响如笔者所著的《全球导航卫星系统及其应用》一书第八章所述。
儒略日(Julian date,JD):它是不记年和日,而只用日计算的日期数,从而避免了平年、闰年、大月、小月等数字的麻烦。儒略日是从公元前 4713年1月1日格林尼治平午正(即世界时 12时)起算的记日数,从《中国天文年历》可以查出所需年月日的儒略日(JD)。
卡尔曼滤波器(Kalman filter):一种用于跟踪存在噪声时变信号的数字方法。
开普勒定律(Kepler’s laws):导航卫星在天空运行时,遵循开普勒(Johannes Kepler)三定律:一是人造地球卫星的运行轨道是一个椭圆,匀质地球位于该椭圆的一个焦点上;二是卫星向径在相同时间内所扫过的面积相等;三是卫星环绕地球运行的周期(TS)之平方正比于椭圆轨道长半轴(a)的立方(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第二章所述)。
动态测量(kinematic survey):它是用 GNSS信号接收机测定一个运动物体的运行轨迹和姿态,GNSS信号接收机所位于的运动物体称为载体,后者包括陆地车辆、河海船舰、空中飞机、宇空飞行器,等等。按照这些载体的运行速度之快慢,又将动态测量分成秒速为几米到几十米的低动态、秒速为1百米到几百米的中等动态、秒速为几千米的高动态等三种形式。所谓“动态测量”就是载体上的用户天线在跟踪 GNSS卫星的过程中相对地球而运动,接收机用 GNSS信号实时地测得运动载体的状态参数和姿态参数。动态测量的特点是逐点测定运动载体的状态 /姿态参数,多余观测量少,精度较静态定位低一些,DGNSS的伪距测量解,可以达到米级的测量精度,DGNSS载波相应测量解,可以达到亚米级甚至厘米级的精度。
L波段(L-band):从 390 MHz延伸到 1,550 MHz的无线电频率组;例如,GPS载波频率(1,227.60 MHz和1,575.42 MHz)位于 L波段。
L1信号(L1 signal):每颗 GPS卫星在 1,572.42 MHz上发送第一导航信号,称之为 L1信号,它受到 C/A码、P码和导航电文(D码)的调制。
L2信号(L2 signal):GPS卫星在 1,227.60 MHz上发送的第二导航信号,称之为 L2信号,它受到P码和导航电文(D码)的调制。
微带天线(Microstrip Antenna):它是 GNSS信号接收机应用较多的一种接收天线,是在一块厚度远小于工作波长的介质基片上,用微波集成技术覆盖在基片两面上的辐射(钢或金)片所构成的(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书图4.3.3所示)。其中,一块辐射片完全覆盖着基片的一面,处于天线的底部,称为接地板;处于基片另一面的辐射金属片,其尺寸小于工作波长,而形状规范,称它为辐射元。介质基片的厚度一般为 0.5-1.2 mm,聚四氟乙烯、聚苯乙烯和陶瓷等,均可作为基片材料。毫微秒(Nanosecond):它是1×10-9秒;常用 nsec.或者ns称之。
导航电文(Navigation message):例如,每颗 GPS卫星在 L1信号和 L2信号上,以 50 b/s的速率播发1,500比特的导航电文,该电文包含系统时间、时钟校正参数、电离层延迟模型参数以及卫星的星历和健康状况,这些信息便于处理 GPS观测成果时计算用户的时间、位置和速度。
观测值(Observability):GNSS信号接收机采集的用户位置、速度和时间的数据,称之为观测值。
OTF法(on-the-fly):它是一种解算 GNSS动态载波相位测量整周模糊度的方法;对于 GPS动态载波相位测量而言,它分为如下 4种:双频 P码伪距法;模糊度函数法;最小二乘搜索法;模糊度协方差法(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第七章所述)。
平行式波道(Parallel-type channel):它是GPS信号接收机跟踪和测量GPS信号的一种电路,采用4-12个平行式波道同时捕获、跟踪和测量来自4-12颗卫星的GPS信号(L1),每一个波道连续而固定地跟踪一颗特定的GPS卫星(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第四章所述)。
伪随机噪声码(Pseudo Random Noise Code):简称为伪噪声码或者称为 PRN码。卫星导航所用的伪噪声码是噪声通信的成功实践,伪噪声码是一个具有一定周期的取值 0和1的离散符号串,它具有类似于白噪声的自相关函数(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第三章所述)。
准天顶卫星(Quasi-Zenith Satellite):它是日本准天顶卫星系统的在轨工作卫星。 QZSS系统由 3颗运行在3个不同的倾斜地球同步轨道(IGSO)的导航卫星组成的,该系统的每颗卫星在日本上空工作8小时,3颗QZS卫星轮换出现在日本上空,从而保证总有 1颗QZS卫星在日本的“天顶”上运行。
距离率(Range rate):它表示 GNSS卫星和接收机之间的距离变化率,这是由于 GNSS卫星和观测察者之间的运动而导致站星距离发生变化。距离率通过测量GNSS卫星信号载波的多普勒频移来确定。
相对定位(Relative positioning):在静态定位中,“差分定位”一般称为“相对定位”。在动态定位中,我们采用(差分定位)之称;对于 GPS差分定位,称为 DGPS(Differential Global Positioning System)测量;若用伪距观测值作求差解算,称为 GPS伪距差分定位。 DGPS测量至少需要 2台GPS信号接收机,分别安设在运动载体和一个已知点位坐标的地面点(基准站)上,且将前者称为动态 GPS信号接收机(简称为动态接收机),后者称为基准 GPS信号接收机(简称为基准接收机)。这两种接收机同步地对一组在视 GPS卫星进行观测,基准接收机为动态接收机提供差分改正数,称之为 DGPS数据;动态接收机用自已的 GPS观测值和来自基准接收机的DGPS数据,精确地解算出用户的三维坐标。当动态用户需要不断解算在航点位时,基准接收机就需要实时地将 DGPS数据发送到动态用户。基准接收机的 DGPS数据无线电发送机,与动态接收机的 DGPS数据无线电接收机,构成了 DGPS数据链;由此可见,所谓“ DGPS数据链”就是一种用于作差分导航定位的无线电收发设备。
卫星星座(Satellite constellation):它是 GNSS导航卫星在空间轨道上的排列形式。例如,对于 GPS工作星座而言,它由 6个轨道平面组成,每个轨道平面上包含4颗卫星;对于 GLONASS工作星座而言,它由 3个轨道平面组成,每个轨道平面上包含 8颗卫星。
扩频(Spread spectrum):它是将原拟发送的几十比特速率的电文变换成发送几兆甚至上十兆比特速率的由电文和伪随机噪声码组成的组合码。对于GPS信号而言,它进行如下二级调制获得组合码:第一级,用 50 Hz的数据码(D码)调制一个伪噪声码。例如,调制一个被称为 P码的伪噪声码,它的码率高达 10.23 MHz。D码调制 P码的结果,便形成一个组合码 P(t)D(t),致使 D码信号的频带宽度从50 Hz扩展到 10.23 MHz,也即,GPS卫星从原拟发送50 b/s的D码,转变为发送 10.23 b/s的组合码 P(t)D(t)。第二级,用组合码 P(t)D(t)再调制频率为 1,575.42 MHz的载波,形成向广大用户发送的已调波,这种方法能够增强抗噪声干扰和多路径效应的能力。
标准定位服务(Standard Positioning Service,SPS):它是 GPS用户使用单频 C/A码获得的普通民用定位精度。在选择性可用(SA)条件下,95%的时间内保证能够获得不低于± 100 m(2drms,双倍距离均方根差)的定位精度。
静态定位(Static positioning):它是用户天线在跟踪 GNSS卫星的过程中固定不变,接收机高精度地测量GNSS信号的传播时间,联同 GNSS卫星在轨的已知位置,而算得固定不动的用户天线之三维坐标。后者可以是一个固定点,也可以是若干点位构成的 GNSS网。静态定位的特点是多余观测量大,可靠性强,定位精度高。
标准偏差(Standard deviation,sigma,即σ):它的探测概率,是以置信椭圆(confidence ellipse,用于二维定位)和置信椭球(confidence ellipsoid,用于三维定位)来表述。置信椭圆的长短半轴,分别表示二维位置坐标分量的标准差(如经度的σλ和纬度的σ);一倍标准差(1σ)的概率值是68.3%;二倍标准(φ)差(2σ)的概率值为 95.5%;三倍标准差(3σ)的是 99.7%。许多中外文献所述“精度”多为一倍标准差(1σ),且用“距离均方根差”(DRMS)表示二维定位精度。
球概率误差(Spherical Error Probable,SEP):它是在以天线真实位置为球心的球内,偏离球心概率为50%的三维点位精度分布度量。对于三维位置而言,则以球概率误差(SEP)表示点位精度。
平方律波道(Squaring-type channel):它采用自乘电路解译 GPS信号,但是只能够获取 2倍于原载波频率的重建载波,抑制了数据码(D码),无法获取到 GPS卫星导航电文(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第四章所述)。
用户可达测距精度(User Range Accuracy,URA):URA值的传输参数 N为0-15;当N为1111(=15)时,表示用户可达测距精度(URA值)大于 6,144 m,非特许用户若用该颗 GPS卫星进行导航定位测量,则他们自己承担风险,意即不能确保能否获得令人满意的导航定位精度(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第二章所述)。但是,在我国境内用 Trimble 4000SST双频接收机所作 3年的实际测量数据表明,即使传输参数 N等于9,非特许用户也不宜用该颗卫星作导航定位测量。例如,用这种卫星测量 8 m左右的站间距离时,GPS测量值与其标准值之较差大达 11.2 cm(应为亳米级),而无法获得预期的定位精度。但是,近年来,由于 Block II-R/ II-R-M卫星实施了星间链路测距,进行卫星在轨星历改进,致使用户可达测距精度有了显著提高。
世界时(Universal Time)UT0:它是由天文观测天体直接测定的世界时。这种世界时 UT0是以观溅台站的瞬时子午圈为准而测定的,它既包含地球自转速度不均匀的影响,又包含地极移动所产生的影响。
世界时(Universal Time)UT1:它是在 UT0世界时中加入观测瞬间地极移动的改正数Δλ的时间,可在我国上海天文台按月出版的《地球自转参数公报》及国际时间局出版的简报“ B”“D”中查得。我国上海天文台播发的 BPV1、XSG、BPV3时号,以及陕西天文台播发的 BPM1时号就是用 UT1为基准播发的。在卫星定位计算中,UT1主要用来计算格林尼治恒星时,建立地固坐标系与惯性坐标系之间的关系。
世界时(Universal Time)UT2:它是在 UT1中加入地球自转速度季节性变化的改正数Δ Ts的时间,可在《地球自转参数公报》中查得。
协调世界时(Universal Time Coordinated,UTC):它是一种介于世界时和原子时之间的时间计量系统,以原子时秒为基础,但在时刻上尽量靠近世界时。即协调世界时秒长与原子时秒长相等,并使协调世界时时刻与世界时 UT1之差<±0.9 s,否则就在每年的 12月31日或6月30日的最后一秒上进行一整秒的跳秒;在最后一秒上增加一秒,称之为“正跳秒”(正闰秒);在最后一秒上减去一秒,称之为“负跳秒”(负闰秒)。
通用横轴墨卡托投影(Universal Transverse Mercator Projection),也称为 UTM投影,它是一种极类似于高斯-克吕格投影的等角横割椭圆柱投影。UTM投影的中央经线上长度比为 0.9996,投影带中2条标准线在中央经线东、西各 180 km处,2条标准线之间为负变形,2条标准线之外为正变形,离这2条标准线愈远,变形愈大。它较高斯 -克吕格投影改善了投影的变形分布。
用户部分(User segment):GPS卫星全球定位系统是由空间、控制和用户三大部分组成的,用户部分就是GPS信号接收设备,即 GPS信号接收机。海陆空用户只要持有 GPS信号接收机,就可以测量7维状态参数和3维姿态参数。
高程精度衰减因子(Vertical Dilution of Precision,VDOP):它是一种放大 GNSS高程测量误差的系数(详见笔者所著的《全球导航卫星系统及其应用》一书第四章所述)。
准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System,简称为 QZSS):它是日本建设的一个区域性卫星导航系统,它由 3颗运行在 3个不同的倾斜地球同步轨道(IGSO)的导航卫星组成的。该系统的每颗卫星在日本上空工作8小时,3颗QZSS卫星轮换出现在日本上空,从而保证总有一颗 QZSS卫星在日本的“天顶”上运行(详见笔者所著的《全球导航卫星系统及其应用》一书第一章所述)。
广域增强系统(Wide Area Augmentation System,WAAS):它是一种 GPS的外部增强系统,且于2003年9月正式运营。 WAAS的目的是,确保航空GPS用户实现 I级精密进近,而在 10 m决断高度时能够达到± 4 cm的高程精度。为此,WAAS系统提供下述服务:一是为提高 GPS用户的导航定位精度,而发送下述广域差分改正数(Wide Area Differential,WAD):GPS星历和星钟改正数;差分距离改正数;电离层格网计算值;二是为提高 GPS卫星导航的可靠性,而向用户发送 GPS卫星的完好性数据;三是为改善 GDOP实用因子,由静地卫星向 GPS用户发送附加的测距信号(L1),以此增强GPS卫星星座的覆盖能力,减小 PDOP值。例如,用单一的 GPS卫星星座,其 PDOP平均值为 2,其 PDOP最大值为 18;而用 GPS+3颗静地卫星组成的混合星座,其 PDOP平均值减小为 1.8,其PDOP最大值减小为 8。WAAS系统是以 GPS卫星全球定位系统为基础,而增设了下述设备:2个WAAS主控站;35个WAAS基准站;6个地球注入站;3颗用于发射 WAAS信号的静地卫星。
WGS-84世界大地坐标系(World Geodetic System 1984;简称为 WGS-84系):1987年1月10日开始,GPS系统采用的 WGS -84系,它是由美国国防制图局依据TRANSIT卫星定位测量成果而建立的一种协议地球坐标系(Conventional Terrestrial System,CTS),CTS是以协议地球极轴(Conventional Terrestrial Pole,CTP)作为基准极点的地球坐标系。 WGS-84世界大地坐标系的坐标原点位于地球的质量中心,它的 ZWGS -84轴平行于国际时间局 BIH 1984.0时元定义的协议地球极轴(CTP)方向,XWGS-84轴指向国际时间局 BIH 1984.0时元定义的零子午面和国际时间局 BIH 1984.0时元定义的协议地球赤道的交点,它的YWGS-84轴指向国际时间局 BIH 1984.0时元定义的协议地球东向,而垂直于 XWGS-84轴的方向,以此构成地心地固(Earth Centered Earth Fixed,ECEF)正交坐标系。 WGS-84系所实用的地球椭球体,称为WGS-84椭球体。它采用了国际大地测量学与地球物学理联合会(IUGG)大地测量推荐值(详见笔者所著的《全球导航卫星系统及其应用》一书第五章所述)。
宽巷测量(wide-lane measurements):它是宽巷载波相位测量的简称,采用两个 GPS载波(L1,L2)相位测量值进行组合解算,能够将原拟解算 19 cm载波波数N1的问题,转化为解算 86 cm组合载波的宽巷波数 Nd。依据 L1-P/L2-P互相关测量法,可以用硬件测得宽巷载波相位测量波长λ d,以此测量站星距离,解算用户位置(详见笔者所著的《GPS卫星导航定位原理与方法》一书第六章所述)。
X轴(X axis):它是构成坐标系的支柱之一。在空间坐标系中,X轴、坐标原点 O和Y轴构成的平面垂直于 X轴、坐标原点 O和Z轴构成的平面,例如,WGS-84世界大地坐标系的 XWGS-84轴即如此。
Y码(Y code):GPS信号的 P码经过译密技术处理而变成 Y密码,它是由正常的 P码和机密的 W码之模二和而形成的。在 AS技术的作用下,非特许用户(如中国用户)不仅不能用 P码作实时导航定位测量,而且不能进行 P码和C/A码码相位测量联合解算,甚至 P码数据平滑处理。
Z计数(Z-count):GPS卫星导航电文转换码的第1-17比特表示所谓的 Z计数,它是从一个星期开始起算的 1.5 s的数目,该星期周末的 Z计数为 7×24×60×60÷1.5(=403,200),后者表示自星期天零时至星期六24时,P码子码X1的周期(1.5 s)重复数,也即 Z计数的量程是 0-403,200。因此,知道 Z计数便可较快地捕获到 P码,只要知道了 Z计数,P码子码 X1任一个内的时元就被确定了,依此可激发本地P码发生器产生相应的P码,也即,相当于完成了P码搜索。