|
淺析GPS原理及應用 提起Gps我們中間有些人可能對這個名詞比較陌生，提起伊拉克戰爭大家應該都比較熟悉。 2003年3月20日，伊拉克戰爭爆發。大批轟炸機、戰斗機猛撲向伊拉克首都巴格達，用炸彈準確地將一座建筑徹底摧毀，行動代號：“斬首行動”；4月，一架B-1B“槍騎兵”轟炸機臨時接到任務，用炸彈摧毀了另一座建筑。他們的目標都是一個人：薩達姆.侯賽因，他們所使用的炸彈都是一種：聯合攻擊炸彈(JDAM)，這些炸彈之所以都能夠精確的打擊目標，是因為他們都是通過衛星定位來實現定位，提供這種定位服務的正是由24顆美國衛星組成的全球定位系統--GPS。 GPS是英文GLOBAL POSITIONING SYSTEM 的縮寫。原名為“導航星”(NAVSTAR),是美國國防部于1973年11月授權開始研制的海陸空三軍共用的美國第二代衛星導航系統,是美國繼阿波羅登月飛船和航天飛機之后第三大航天工程。1994年全面建成，歷時20年，耗資300億美元。 GPS全球定位系統是一個無線電空間定位系統,它利用導航衛星和地面站為全球提供全天候﹑高精度﹑連續﹑實時的三維坐標(緯度，經度,海拔)﹑三維速度和定位信息,地球表面上任何地點均可以用于定位和導航。 GPS系統包括三大部分：空間部分—GPS衛星星座；地面控制部分—地面監控系統；用戶設備部分—GPS信號接收機。 空間部分—GPS衛星星座 GPS空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛星組成衛星星座，其中由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座，記作（21+3）GPS星座。 24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度， 即軌道的升交點赤經各相差60度。每個軌道平面內各顆衛星之間的升交角距相差90度， 一軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30度。衛星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。 地面控制部分—地面監控系統 地面監控部分包括四個監控間、一個上行注入站和一個主控站。監控站設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當地氣象數據的傳感器和進行數據初步處理的計算機。監控站的主要任務是取得衛星觀測數據并將這些數據傳送至主控站。主控站設在范登堡空軍基地。它對地面監控部實行全面控制。主控站主要任務是收集各監控站對GPS衛星的全部觀測數據，利用這些數據計算每顆GPS衛星的軌道和衛星鐘改正值。上行注入站也設在范登堡空軍基地。它的任務主要是在每顆衛星運行至上空時把這類導航數據及主控站的指令注入到衛星。這種注入對每顆GPS衛星每天進行一次，并在衛星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。 用戶設備部分—GPS信號接收機 GPS接收機可接收到可用于授時的準確至納秒級的時間信息；用于預報未來幾個月內衛星所處概略位置的預報星歷；用于計算定位時所需衛星坐標的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛星不同，隨時變化）；以及GPS系統信息，如衛星狀況等。 GPS接收機對碼的量測就可得到衛星到接收機的距離，由于含有接收機衛星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。 GPS接收機對收到的衛星信號，進行解碼或采用其它技術，將調制在載波上的信息去掉后，就可以恢復載波。嚴格而言，載波相位應被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛星信號載波相位與接收機本機振蕩產生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛星振蕩器的相位初值是不知道的，起始歷元的相位整數也是不知道的，即整周模糊度，只能在數據處理中作為參數解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續觀測值時才能使用相位觀測值，而要達到優于米級的定位精度也只能采用相位觀測值。 按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。相對定位（差分定位）是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位。 在GPS觀測量中包含了衛星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時（大氣有明顯差別），應選用雙頻接收機。 如：某品牌車載終端技術參數 GPS不僅用于導彈、飛船的導航定位，更是廣泛用于飛機、汽車、船舶的導航定位，公安、銀行、醫療、消防等用它建立監控、報警、救援系統，企業用它建立現代物流管理系統，農業、林業、環保、資源調查、物理勘探、電信等都離不開導航定位，特別是隨著衛星導航接收機的集成微型化，出現各種融通信、計算機、GPS于一體的個人信息終端，使衛星導航技術從專業應用走向大眾應用，成為繼通信、互聯網之后的IT第三個新的增長點。以GPS為代表的衛星導航定位應用產業越來越吸引眾多人的關注。有關專家預測，到"十五"末期，我國的衛星導航定位應用市場的總產值將超過100億元，導航定位運營服務產值超過30億元。衛星導航定位產業在國內是一個具有巨大發展空間的朝陽產業。 以上講的是GPS原理，下面我們再來講GPS系統在實際應用中是如何實現？GPS系統只是一個單一的定位系統，需要結合GSM等通訊網絡系統來實現定位信息的傳遞。 GSM（Global System for Mobile Communications環球移動通訊系統），是一個開放、不斷演變改進的系統。這個系統最強的優點之一在于擁有國際漫游的功能，消費者可以憑一個號碼，在全球超過159個國家不受阻各地接受同等質量的電話服務。 GSM標準將會繼續演變改進，與無線、衛星和移動系統配合下提供大幅增多的服務，包括高速多媒體數據服務、為同步使用該項服務而設的內置支援，以及將互聯網與固網完美結合。 傳統的定位信息是靠短信息SM方式來傳遞，現在又出現了一種新的分組數據承載業務，即GPRS，GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱。我們先來介紹傳統的SM方式傳遞定位信息的方式。 ①移動交換中心（MSC）同公眾有線網（PSTN）、短消息中心（SMS）、監管維護通過有線方式連接；同蜂窩基站（BSS）通過有線或無線（如微波）方式連接。 GPS系統工作流程 監控中心—移動目標 監控中心由數據庫服務器、短信接口機、通信中心管理機、數據中心管理機、監控座席構成，可以增加GPRS接口和全國聯網接口，還可以增加分中心和遠程座席。關于GSM方式和GPRS方式的比較我們在后面會講到。 剛才我們介紹了監控中心的組成，當車在馬路上行使時，我們可以通過監控座席來監控車輛的位置，要在監控地圖上看到監控車輛，必須要安裝MapX軟件。 MapX是MapInfo公司向用戶提供的具有強大地圖分析功能的ActiveX控件產品，能夠把基于位置信息的數據以高清晰可視化效果的顯示與分析，使車輛位置清晰準確的在計算機中反映出來，更好的服務于用戶。在監控座席中它起到了調用地圖的功能。 MapInfo Professional GSM定位應用系統與GPRS定位應用系統的比較 技術 與GSM傳統的電路交換技術不同，GPRS采用分組交換技術，具有“永遠在線”、“自如切換”、“高速傳送”等優點，屬于移動通信中的2.5G（2.5代）技術，它能全面提升移動數據通信服務，目前下行傳輸速率理論上可達到40kbit/s，上行傳輸速率可達9.6kbit/s，特別適用于象GPS系統那樣具有突發性、每次數據流量小、總體數據流量大、實時性要求高等特點的移動數據通信的應用。 覆蓋范圍 通信費用
GPS數據根據不同的指令，其長度不完全一樣，平均按60個字節計算，加上打包數據，每傳一次在100個字節左右。如果一輛車要求每天監控10個小時，每分鐘自動回傳一次位置信息，每月30天，則每月的GPRS信息量為： 系統設備 在接入方式上，GSM系統可以采用點對點、DDN、INTERNET等方式；GPRS系統則要看當地中國移動的接入條件，有的需要固定IP，有的只須接入INTERNET即可，目前，以后一種方式越來越普及。 車載終端來源：阿里互聯電子網 |
