【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 立新的連接幾乎無(wú)需任何時(shí)間 (即無(wú)需為每次數(shù)據(jù)的訪問(wèn)建立呼叫連接 )，因而您隨時(shí)都可與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系 。 (3) 僅按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi) 即根據(jù)您傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量 (如：網(wǎng)上下載信息時(shí) )來(lái)計(jì)費(fèi)，而不是按上網(wǎng)時(shí)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 間計(jì)費(fèi)也就是說(shuō)，只要不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，哪怕您一直 “ 在線(xiàn) ”，也無(wú)需付費(fèi)。它真正體現(xiàn)了少用少付費(fèi)的原則。 (4) 相對(duì)低廉的連接費(fèi)用 資源利用率高在 GSM 網(wǎng)絡(luò)中， GPRS 首先引入了分組 交換的傳輸模式，使得原來(lái)采用電路交換模式的 GSM 傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化，這在無(wú)線(xiàn)資源稀缺的情況下顯得尤為重要。對(duì)于分組交換模式，用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個(gè)用戶(hù)可高效率地共享同一無(wú)線(xiàn)信道，從而提高了資源的利用率。 GPRS 用戶(hù)的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了 “ 得到多少、支付多少 ”的原則。 (5) 傳輸速率高 GPRS 可提供高達(dá) 115kbit/s 的傳輸速率 (最高值為 ，不包括FEC)。這意味著數(shù)年內(nèi)，通過(guò)便攜式電腦 GPRS 用戶(hù)能和 ISDN 用戶(hù)一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時(shí)也使一些對(duì)傳輸速率敏感的移動(dòng)多媒體應(yīng)用成為可能。 (6) 接入時(shí)間短 分組交換接入時(shí)間縮短為少于 1 秒， GPRS 是一種新的 GSM 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動(dòng)用戶(hù)提供無(wú)線(xiàn)分組數(shù)據(jù)接入股務(wù)。 GPRS 主要是在移動(dòng)用戶(hù)和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如支持 TCP／ IP、 等網(wǎng)絡(luò)）之間提供一種連接，從而給移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn) IP 和無(wú)線(xiàn) 業(yè)務(wù)。 GPRS 采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶(hù)共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的 TDMA 幀中的 8 個(gè)時(shí)隙都用來(lái)傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達(dá) 164kb/s。 GSM 空中 接口的信道資源既可以被話(huà)音占用，也可以被 GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當(dāng)然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為 GPRS 專(zhuān)用信道。要實(shí)現(xiàn) GPRS 網(wǎng)絡(luò)，需要在傳統(tǒng)的 GSM 網(wǎng)絡(luò)中引入新的網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議。目前 GPRS 網(wǎng)絡(luò)引入 GSN（ GPRS Surporting Node）節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)臺(tái)則必須是 GPRS 移動(dòng)臺(tái)或 GPRS/GSM 雙模移動(dòng)臺(tái) [8]。 GPS 技術(shù) 衛(wèi)星導(dǎo)航定位是指利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時(shí)間等信息來(lái)完成對(duì)各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測(cè)和管理。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是一種第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù) 9 以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航 系統(tǒng)，可提供高精度、全天時(shí)、全天候的導(dǎo)航、定位和授時(shí)信息，是一種可供海、陸、空軍民用戶(hù)共享的信息資源 [11]。 導(dǎo)航定位技術(shù)現(xiàn)狀 自 1957 年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功以來(lái)，人造地球衛(wèi)星技術(shù)在通信、氣象、資源勘察、導(dǎo)航、遙感、大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、天文學(xué)和軍事科學(xué)等眾多領(lǐng)域，得到了極廣泛的應(yīng)用 [12]。 世界上最早的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國(guó)的子午儀導(dǎo)航系統(tǒng) (1964 年開(kāi)始運(yùn)行 )。隨后，為滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的軍事需要， 20 世紀(jì) 60 年代末 70 年代初，美國(guó)和前蘇聯(lián)分別開(kāi)始研制全天候、全天時(shí)、連續(xù)實(shí)時(shí)提供精確 定位服務(wù)的新一代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，到 90 年代中期全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) GPS 和GLONASS 均已建成并投入運(yùn)行。我國(guó)也建設(shè)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng) ： “ 北斗一號(hào) ” 于 2021 年底正式開(kāi)通運(yùn)行。歐盟籌建的 Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在計(jì)劃實(shí)施之中 [13]。 以下是幾種主要導(dǎo)航定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀比較： 目前 GPS 在實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化上處于國(guó)際壟斷地位。特別是從美國(guó)于2021 年 5 月 1 日宣布中止了 SA 政策后， GPS 以其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廉價(jià)的使用成本，在全球得到廣泛應(yīng)用，涉及野外勘探、陸路運(yùn)輸、海上作業(yè)及航空航天等諸多行 業(yè)，其相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)市場(chǎng)的年產(chǎn)值達(dá) 80 億美元，成為當(dāng)今國(guó)際公認(rèn)的八大無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品之一。 GLONASS 比 GPS 系統(tǒng)起步晚 9 年，全系統(tǒng)正常運(yùn)行比 GPS 晚近 3 年。在 19961998 年間，由于經(jīng)濟(jì)困難， GLONASS 星座得不到正常的維護(hù)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能衰退。目前，俄羅斯已下決心恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)展該系統(tǒng)。 我國(guó)目前正在自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)填補(bǔ)了我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的空白，成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的國(guó)家。于2021 年底建成北斗 衛(wèi) 星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)， 2021 年 分別成功研發(fā)了我國(guó)首款 應(yīng)用于車(chē)載的衛(wèi)星導(dǎo)航接 收芯片 “ 航芯一號(hào) ” 和應(yīng)用于手機(jī)的 首 款 CMOS 全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片 “ 航芯二號(hào) ” ，標(biāo)志 著 我國(guó)在全球衛(wèi)星導(dǎo) 航 接收芯片技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)入 國(guó)際 先進(jìn)水平。未來(lái) 幾 年將分 別 在軍用、民 用 領(lǐng)域發(fā)揮 作用 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 歐洲于 1992 年 2 月提出的獨(dú)立自主研發(fā)的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng) — Galileo 系統(tǒng)將成為第一個(gè)民用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有配置、頻率分布、信號(hào)設(shè)計(jì)、安全保障及其多層次、多方 位的導(dǎo)航 定位特點(diǎn)，其在 通 信、定 位 精度、信號(hào)功率等方面的性能優(yōu) 于 GPS， 目前正在建設(shè)中。 綜合考慮各系統(tǒng)性能以及全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)芯片技術(shù)等方 面 ，本系統(tǒng)中選用了全球定位系 統(tǒng) GPS，獲得高精度的定位信息。 GPS 衛(wèi)星定位 原理 全球定 位 系統(tǒng) (Global Position System—— GPS)是美國(guó)從本世紀(jì) 70 年代 由 美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)開(kāi)始研制，歷時(shí) 20 年，耗資 300 億美元，于 1994 年全面建成，是具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)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)。 全 球定位系統(tǒng)是在 子 午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā) 展起來(lái)的，采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)。 GPS 系統(tǒng)包括三大部分：空間部分 —— GPS 衛(wèi) 星 星座；地面控制部分一地 面 監(jiān)控系統(tǒng)：用戶(hù) 設(shè)備部分 —— GPS 信號(hào)接收搬。 空 間 部分為 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆 在軌 備用 衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座。衛(wèi)星分布在 6 個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道平面上有 4 顆衛(wèi)星，在約 2 萬(wàn)千米高空的衛(wèi)星， 從 地平線(xiàn)升起至沒(méi)落，可以在用戶(hù)視野持續(xù) 5 小時(shí)左右。每一個(gè) 用 戶(hù)在任何地方都 能 夠同時(shí)接收到來(lái) 自 4～ 12 顆 GPS 衛(wèi)星 的 定位信號(hào)， 實(shí) 現(xiàn)全球 性全天時(shí) 的連續(xù)不斷的導(dǎo)航定位 [13]。 控制部分主要由 1 個(gè)主控站、 5 個(gè)監(jiān)控站、 3 個(gè)地面注入站組成，形成一個(gè)分 布 在全世界 的 地 面控制監(jiān)視網(wǎng)， 監(jiān) 視著各個(gè)衛(wèi) 星的工 作 狀態(tài)。主控站主要協(xié)調(diào)和管理地 面 監(jiān)控系統(tǒng)的工作，監(jiān)控站是在主控 站直接控制下的數(shù)據(jù)采集中心，地面 注 入站的主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時(shí)鐘偏差、導(dǎo) 航電文等 其他指令等注入到 相應(yīng)衛(wèi)星的 存儲(chǔ)系統(tǒng)。 用戶(hù)設(shè)備的主要任務(wù)是接收 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及參數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和定位功能。 GPS 是利用測(cè)距交會(huì)原理確定點(diǎn)的位置來(lái)進(jìn)行定位的。它采用多星高軌第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù) 11 測(cè)距體制，以接收機(jī)到 GPS 衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測(cè)量。當(dāng)?shù)孛嬗脩?hù)的 GPS 接收機(jī)同時(shí)接收到 3 顆以上衛(wèi)星的信號(hào)后，通過(guò)使用偽距測(cè)量或載波相位測(cè)量，測(cè)算出衛(wèi)星信號(hào)到接收機(jī)所需要 的時(shí)間、距離，再結(jié)合各衛(wèi)星所處的位置信息，將衛(wèi)星至用戶(hù)的多個(gè)等距離球面相交后，即可確定用戶(hù)的三維 (經(jīng)度、緯度、高度 )坐標(biāo)位置以及速度、時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。定位原理圖如圖 23 所示，假設(shè) t 時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置 GPS 接收機(jī)，可以測(cè)定 GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間 t ，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式： 1 / 21 1 1 1 0 1[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (21) 1 / 22 2 2 2 0 2[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (22) 1 / 23 3 3 3 0 3[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (23) 1 / 24 4 4 4 0 4[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (24) 待 測(cè) 位 置 ( x , y , z )衛(wèi) 星 1 ( x 1 , y 1 , z 1 )衛(wèi) 星 2 ( x 2 , y 2 , z 2 )衛(wèi) 星 3 ( x 3 , y 3 , z 3 )衛(wèi) 星 3 ( x 4 , y 4 , z 4 ) 圖 23 GPS定位原理 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo) X， Y， Z 和 0tV 為未知參數(shù)，其中=C ( =1 ,2,3,4)iid t i 。 ( =1,2,3,4)idi 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 到接收機(jī)之間的距離 。 ( =1,2,3,4)iti 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。 C 為 GPS 信號(hào)的傳播速度 (即光速 )。 四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下： X， Y， Z 為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 iX 、 iY 、 ( =1,2,3,4)iZi 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 在 t 時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。 ( =1,2,3,4)tiVi 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。 0tV 為接收機(jī)的鐘差。 由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo) X， Y， Z 和接收機(jī)的鐘差 0tV 。 GPS 的應(yīng)用 全球定位系統(tǒng) GPS 擁有全球性、全能性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速等優(yōu)點(diǎn)。在諸多領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，最 早 應(yīng)用于軍用定位和導(dǎo)航。隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，目前全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 已逐步從軍用擴(kuò)展到民用 ，主要涉及海、陸、空的導(dǎo)航和定位，使世界交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)生了深刻變革，推動(dòng)了航天事業(yè)的發(fā)展。同時(shí)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、測(cè)繪、氣象等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用 [14]。下面就 GPS 在智能交通中的應(yīng)用做一下介紹。 GPS 在 ITS 中主要應(yīng)用于車(chē)輛定位、導(dǎo)航和交通管理，是 ITS 的重要組成部分。在任 一時(shí)刻任一目標(biāo)能通過(guò) GPS 系統(tǒng)得知汽車(chē)的經(jīng)緯度、速度和準(zhǔn)確時(shí)聞，然后把這些信息 通 過(guò)無(wú)線(xiàn) 通信網(wǎng)絡(luò) 提供給監(jiān)控中心，監(jiān)控 中 心負(fù)責(zé)在電子地圖上顯示出車(chē)輛運(yùn)行軌跡；同時(shí)，監(jiān)控中心可根據(jù)路況信息，發(fā)出調(diào)度指令，來(lái)完成對(duì)車(chē)輛的集中監(jiān)控。國(guó)外早已進(jìn)行研究， 并已取得了一定得成果，已廣泛地應(yīng)用于公共醫(yī)療事 業(yè) 、公共服務(wù)事業(yè)、銀行、消防、公安等行業(yè)。 在發(fā)達(dá)國(guó)家， GPS 技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于交通運(yùn)輸和道路工程中。 目 前，GPS 技術(shù)在我國(guó)道路工程和交通管理中的應(yīng)用還剛剛起步，相信隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、高等級(jí)公路的快速修建和 GPS 技術(shù)應(yīng)用研究的逐步深入，其在道路工程中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用 [15]。 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù) 13 GPS 與其它導(dǎo)航系統(tǒng)相比，具有的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面 ： (1) 定位精度高 ： 通過(guò)很多應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明， GPS 相對(duì)定位精度在50km 以?xún)?nèi)可達(dá) 610 1， 100500km 可達(dá) 710 ， 1000km 以上可達(dá) 910 ， 在3001500m 工程精密定位中， 1 小時(shí)以上觀測(cè)的解算，其平面位置誤差小于1 mm?；€(xiàn)邊長(zhǎng)越長(zhǎng)越能突顯其定位精度高的優(yōu)勢(shì)。 (2) 觀測(cè)時(shí)間短 ： 采用 GPS 布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在3040min 左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。目前 20km 以?xún)?nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需 1520 分鐘 ； 快速靜態(tài)相對(duì)定位 測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在 15km 以?xún)?nèi)時(shí)，流動(dòng)站只需觀測(cè) 12 分鐘 ； 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè) 12 分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。 (3) 測(cè)站間無(wú)需通視 ： GPS 測(cè)量不要求站點(diǎn)間相互通視，只需測(cè)站上空開(kāi)闊即可。 (4) 可提供三維坐標(biāo) ： 經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高 度 采用不同方法分別測(cè)量 ，而 GPS 可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，目前 GPS 水準(zhǔn)可達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。 (5) 操作簡(jiǎn)單 ： 隨著 GPS 的不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，體積也越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕。 (6) 全天候作業(yè) ： 目前 GPS 觀測(cè)可在一天 24 小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等天氣狀況的影響。 功能多、應(yīng)用廣 ： GPS 系統(tǒng)不僅可以用于定位測(cè)量，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速精度可達(dá) ，測(cè)時(shí)精度可達(dá)幾十毫秒，精度都比較高。隨著 GPS技術(shù)的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大。 STM32 處理