【正文】 .................................... 錯誤 !未定義書簽。 無線通信方式選擇 .......................................... 錯誤 !未定義書簽。 系統(tǒng)構(gòu)成及原理 .............................................. 錯誤 !未定義書簽。 4 車載終端設(shè)計 ....................................................... 錯誤 !未定義書簽。 定位模塊 .................................................. 錯誤 !未定義書簽。 無線傳輸模塊 ................................................. 錯誤 !未定義書簽。 5． 設(shè)計 總結(jié) ............................................................ 錯誤 !未定義書簽。 6．心得體會 ......................................................................................... 18 7． 參考文獻 ......................................................................................... 19 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計 [南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 ] 0 1 .課程研究的背景及意義 自從二十世紀六、七十年代以來，隨著交通需求的日益增大，交通與環(huán)境、交通與能源之間的矛盾日益加劇。世界各國都存在不同程度的交通擁擠和堵塞的現(xiàn)象，交通事故與日俱增，環(huán)境污染越來越受到人們的關(guān)注，這些都嚴重影響著社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活，以前那種簡單的交通 控制技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求，交通事故和堵塞給人們帶來了巨大的效率、能源和生命上的損失。 21世紀人類正進入以計算機、網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信為特征的信息社會，人員流動的日益頻繁使得每個人對空間信息有了更多的依賴，尤其是在戶外和移動過程中對地理信息的需求更加迫切。人們更加關(guān)心“當前我在哪里 ?”、“目的地在哪里 ?”、“如何到達 ?”等問題。 隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，但與此同時城市交通問題變的日益嚴重，己成為嚴重影響許多大中城市發(fā)展的重點問題之一，許多大中城市政府部門每年都要投入大量的人力、物力，用以改善和 解決城市交通擁擠的問題。人民生活水平的不斷提高，使得擁有私車的人的數(shù)量迅速增加，這不但加劇了城市道路交通擁堵狀況，同時也帶來了車輛被盜事件的頻發(fā)。 在研究如何解決上述問題的過程中， ITS(智能交通系統(tǒng) )應(yīng)運而生。它作為一種解決問題的全新方式在國內(nèi)外迅速發(fā)展起來。 ITS是一種綜合性的網(wǎng)絡(luò)，是一種實現(xiàn)地理信息獲取、管理、可視化分析、輸出等的高效手段。它與尖端科技領(lǐng)域的全球衛(wèi)星定位技術(shù) (GPS)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及其它應(yīng)用領(lǐng)域有機結(jié)合，不僅為地理信息系統(tǒng)提供了良好的發(fā)展前景，同時也為這些應(yīng)用領(lǐng)域提供了一套科 學(xué)的解決應(yīng)用問題的方法，不但可以提供全新、透明、可視、實時、互動、形象化的車輛跟蹤、個人輔助導(dǎo)航等服務(wù)，而且提供車輛管理、行車路線調(diào)度、交通事故處理等輔助決策功能。 車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)是工 TS系統(tǒng)的重要組成部分。它將衛(wèi)星定位技術(shù) (GPS)，地理信息系統(tǒng) (G工 S)以及現(xiàn)代通信技術(shù)融于一身。主要功能是將裝有 GPS接收機的移動載體的動態(tài)位置 (經(jīng)度、緯度、高度 )、時間、狀態(tài)等信息實時的通過無線網(wǎng)絡(luò)鏈接到指揮控制中心，而后在具有強大地理信息處理和查詢功能的電子地圖上進行載體運動軌跡的顯示，并能對載體的準確位置、速度、運 動方向、車輛狀態(tài)等基本信息進行監(jiān)控和查詢。電子地圖數(shù)據(jù)庫為車輛的監(jiān)控管理提供了一個可視化的平臺， GPS技術(shù)使車輛的實時定位成為可能，通信技術(shù)則在GIS和 GPS之間架起了橋梁，使得遠距離監(jiān)控得以實現(xiàn)。車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)可以在 GPS和 GIS系統(tǒng)的協(xié)助下借用先進的通信工具，對車輛進行實時路線監(jiān)控，從而引導(dǎo)車輛避開 擁塞路段提高道路交通通信能力，緩解交通擁擠和堵塞，使人們節(jié)約出行時間，減少開銷。 綜上所述，將 GIS、 GPS技術(shù)運用于我國的交通運輸行業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義。它可以提高交通運輸?shù)陌踩?、可靠性，改善服?wù)質(zhì)量， 提高運輸管理水平， 創(chuàng)造良好的社會效 益和經(jīng)濟效益。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計 1 2. GPS簡述 GPS組成及工作原理 目前全世界使用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有美國的 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，前蘇聯(lián)的 GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐洲空間局 NAVSAT 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以及中國的北斗雙星衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。其中美國的 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是最早投入使用也是應(yīng)用最為廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 oPs是英文“ Navigation Satellite Timing AndRanging/Global position System”的所寫。其意為“衛(wèi)星測時測距導(dǎo)航 /全球定位系統(tǒng)”，簡稱 GPS 系統(tǒng)。它是由美國軍方從二十世紀 70 年代開始研制，歷時 20 余年，耗資 200多億美元，于 1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。雖然 GPS系統(tǒng)起先是為了軍事用途而研發(fā)的，但如今它己廣泛應(yīng)用于交通導(dǎo)航，大地測量，石油勘探等民用領(lǐng)域。 GPS系統(tǒng)主要由三大部分組成，即空間衛(wèi)星部分，地面監(jiān)控部分以及用戶接收部分。 (l)空間部分 空間衛(wèi)星部分由空間運行的多顆衛(wèi)星按一定規(guī)則組成 GPS衛(wèi)星星座。 GPS工作衛(wèi)星共 24顆，其中 21顆衛(wèi)星處于 工作狀態(tài)， 3顆處于在軌備用狀態(tài)，組成 (21+3)GPS工作衛(wèi)星星座。 GPS衛(wèi)星均勻分布在 6個傾角為 55。的軌道平面內(nèi)，各軌道之間相距 600，因此相鄰兩軌道之間的升交點赤經(jīng)相差 600。同一軌道面內(nèi)相鄰兩衛(wèi)星間升交距相差 900，相鄰兩軌道面上的衛(wèi)星升交角 比較，東邊比西邊超過 30’。 GPS衛(wèi)星的主要作用主要有以下三個方面 : 接收地面注入站發(fā)送的導(dǎo)航電文和其它信號。 接收地面主控站的命令，修正其在軌道運行偏差及啟用備件等。 連續(xù)的向廣大用戶發(fā)送 GPS導(dǎo)航定位信號，并用電文的形式提供衛(wèi)星自身的位置以及其它衛(wèi)星的概略位置，以便用戶接收使用。 GPS衛(wèi)星的定位精度與被觀測衛(wèi)星的分布位置有關(guān)。對于只能觀測到 4顆衛(wèi)星的情況，因為在這一時間段內(nèi)別無選擇，其定位精度一般較差，這個短暫的時間段稱為“時間間隙段”。在時間間隙段內(nèi)須用新型的 GPS/GLONASS集成式接收機同時接收 GPS信號和 GLONASS信號才能消除“間隙段，的影響。“間隙段”僅出現(xiàn)在極少數(shù)地區(qū)，而廣大范圍內(nèi)不會出現(xiàn)這種情d況。 (2)地面監(jiān)控部分 GPS衛(wèi)星作為一種動態(tài)已知點，其“已知數(shù)據(jù)”為表述衛(wèi)星運動及其軌道參數(shù)的“衛(wèi)星星歷”，不可能也無需在衛(wèi) 星上設(shè)置龐雜的機構(gòu)去測算和編制，而是由地面監(jiān)控站測算好后編成電文形式發(fā)送給衛(wèi)星，再由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面用戶。另外，衛(wèi)星上各種設(shè)備是否工作正常，是否啟用備件，衛(wèi)星運行情況，是否需要糾正運行軌道以及使各衛(wèi)星處于同一時間標準一一GPS 時間系統(tǒng)等，都需要由地面站來完成。 GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)測部分由一個主控站，三 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計 2 個注入站和五個監(jiān)測站組成。主控站的作用是數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測協(xié)調(diào)、控制衛(wèi)星。監(jiān)控站根據(jù)其接收到的衛(wèi)星擴頻信號求出相對于其原子鐘的偽距和偽距差，檢測出所測衛(wèi)星的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)。利用環(huán)境傳感器測出當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。 然后將算得的偽距、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)注入主控站，為主控站編算導(dǎo)航電文提供可靠的數(shù)據(jù)。注入站與監(jiān)控站一樣，是無人值守的工作站，設(shè)有 。一臺 C波段發(fā)射機和一臺電子計算機。其主要作用是將主控站需傳輸給衛(wèi)星的資料以既定的方式注入到衛(wèi)星存儲器中，供衛(wèi)星向用戶發(fā)送。地面監(jiān)控系統(tǒng)工作程序 如 下 圖 所示： (3)用戶接收部分 用戶接收部分的基本設(shè)備，就是 GPS 信號接收機，其作用是接收、跟蹤、變換和 測量GPS所發(fā)射的 GPS 信號，以達到導(dǎo)航和定位的目的。 GPS 信號接收機，能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的 GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出 GPS 信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解釋出 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時的計算出觀測站三維位置，甚至三維速度和時間。 按用途的不同， GPS信號接收機可分為導(dǎo)航型、測地型和授時型三種。按攜帶形式的不同可分為袖珍式、背負式、車載式、機載式、彈載式和星載式。按工作原理可分為碼接收機和無碼接收機，前者動態(tài)、靜態(tài) 定位都能用，后者只能用于靜態(tài)定位。按使用載波頻率的多少可分為單頻接收機 (用一個載波頻率 L。)和用兩個載波頻率 (L，、 LZ)的雙頻接收機，以雙頻接收機為精度定位的主要用機。 對于車載型接收機，主要用于運動車輛的監(jiān)控定位，可實時給出車輛的位置和速度。這類接收機一般采用 C/A碼偽距測量，單點實時定位精度較低，一般為士 25m，但其價格便宜，因而應(yīng)用廣泛。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計 3 GPS 衛(wèi)星信號特征與定位原理 （一） GPS衛(wèi)星信號及美國的 SA和 AS政策 GPS衛(wèi)星播發(fā)的信號，包含載波信號、測距碼、數(shù)據(jù)碼等多種分量，它能滿足多用