【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 先要確定時(shí)問(wèn)參考點(diǎn)和位置參考點(diǎn)，這也就是要建立時(shí)間參考坐標(biāo)系統(tǒng)和位置參考坐標(biāo)系統(tǒng)。時(shí)間與空間參考坐標(biāo)系統(tǒng)的建立，一直就是測(cè)繪界和天文界最前沿的理論與技術(shù)研究方向，目前仍然在不斷發(fā)展之中。在時(shí)間和坐標(biāo)系系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上，然后再探討如何在某個(gè)參考系統(tǒng)內(nèi)確定事件、信息、耳標(biāo)的具體位置和時(shí)間。本裝置的定位系統(tǒng)使用 GPS 接受機(jī)進(jìn)行自主定位，GPS 接收模塊接受 GPS 衛(wèi)星發(fā)送的定位數(shù)據(jù)，將 GPS 信號(hào)的數(shù)據(jù)流提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)字符串操作就可以分別找出 GPS 信號(hào)中的經(jīng)緯度以及相應(yīng)的格林威治時(shí)間等定位信息（該時(shí)間加上 8 小時(shí)即為我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)） 。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，GPS 接收機(jī)根據(jù)從三顆以上衛(wèi)星發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)計(jì)算出自身所處的位置，完成定位?；?GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)823 三顆衛(wèi)星定位的狀態(tài)GPS 定位的基本原理是通過(guò)不問(wèn)斷的接收衛(wèi)星發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)同信息，把高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息．GPS 定位的基本幾何原理為三球交會(huì)原理：如果用戶到衛(wèi)星 S1 的真實(shí)距離為Rl，那么用戶的位置必定在以 Sl 為球心，Rl 為半徑的球面 Cl 上；同樣，若用戶到衛(wèi)星 S2 的真實(shí)距離為 R2，那么，用戶的位置也必定在以 s2 為球心，R2 為半徑的另一球 C2 上，用戶的位置既在球 Cl 上。又在球 C2 上，那它必定處在 Cl 和 C2這兩球面的交線 Ll 上。類似地，如果再有一個(gè)以衛(wèi)星 S3 為球心，R3 為半徑的球C3，那用戶的位置也必定在 C2 和 C3 這兩個(gè)球面的交線 L2 上．用戶的位置既在交線 L1 上，又會(huì)在交線 L2 上，它必定在交線 Ll 和 L2 的交點(diǎn)上。GPS 系統(tǒng)定位的代數(shù)原理如上圖所示。用戶接收機(jī)與衛(wèi)星之聞的距離為 R，坐標(biāo)組合(xl,yl，zl)，(x2，y2，z 2)和(x3，y3，z3) 是三顆衛(wèi)星的已知位置，可得以下代數(shù)方程式：上式中 c 表示電磁波傳播速度：△t 是未知數(shù)。其中(x1，yl，z1)， (x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)和(X4，y4，Z4)是衛(wèi)星的已知位置；只要接收機(jī)能測(cè)出距顆衛(wèi)星的偽距，便有四個(gè)這樣的方程，把它們聯(lián)立起來(lái)，便可以解出四個(gè)未知基于 GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)9量 x，Y，Z 和 A t，即能求出接收機(jī)的位簧和準(zhǔn)確的時(shí)間。當(dāng)用戶不運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)，在接收機(jī)的衛(wèi)星信號(hào)中會(huì)有多普勒頻移。這個(gè)頻移的大小和正負(fù)是可以根據(jù)衛(wèi)星的星歷和時(shí)間，以及用戶本身的位置算出來(lái)的。如果用戶本身也在運(yùn)動(dòng)，則這個(gè)多普勒頻移便要發(fā)生變化，其大小和正負(fù)取決于用戶的速度與方向。根據(jù)這個(gè)變化，用戶便可以算出自己的三維運(yùn)動(dòng)速度，這就是 GPS 測(cè)速的基本原理。另一種求解用戶速度的方法是：知道用戶在不同時(shí)間的三維位置，用三維位置的差除以所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，求解用戶的三維運(yùn)動(dòng)速度。以上定位原理說(shuō)明：用 GPS 技術(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維定位與接收機(jī)時(shí)聞的定時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，利用 C/A 碼進(jìn)行實(shí)時(shí)絕對(duì)定位，各坐標(biāo)分量精度在 510m 左右，三維綜合精度在 1530m 左右；利用軍用 P 碼進(jìn)行實(shí)時(shí)絕對(duì)定位，各坐標(biāo)分量精度在 13m左右，三維綜合精度在 36m 左右，利用相位觀測(cè)值進(jìn)行絕對(duì)定位技術(shù)比較復(fù)雜，目前其實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)各坐標(biāo)分量的精度在 O．10．3m 左右，事后 24 小時(shí)連續(xù)定位三維精度可達(dá) 23cm 左右。在導(dǎo)航型 GPS 接收機(jī)中，多采用偽距定位法。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)車輛定位精度為 10m。 GPS 衛(wèi)星定位的主要誤差來(lái)源一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生 GPS 衛(wèi)星定位的主要來(lái)源差按其來(lái)源可分為以下三類：與衛(wèi)星相關(guān)的誤差●軌道誤差：目前實(shí)時(shí)廣播星歷的軌道三維綜合誤差可達(dá) 10—20m?！裥l(wèi)星鐘差：由廣播星歷的鐘差方程計(jì)算出來(lái)的衛(wèi)星鐘誤差一般可達(dá) 10—20ms，引起等效距離誤差小于 6m?！裥l(wèi)星幾何中心與相位中心偏差：可以事先確定。與接收機(jī)相關(guān)的誤差●接收機(jī)安置誤差：即接收機(jī)相位中心與待測(cè)物體目標(biāo)中心的偏差，一般可事先確定?！窠邮諜C(jī)時(shí)鐘差：接收機(jī)時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)的 GPS 系統(tǒng)時(shí)間之差，一般可達(dá) 105—106s。●接收機(jī)信道誤差；信號(hào)經(jīng)過(guò)處理信道時(shí)引起的延時(shí)和附加的噪聲誤差?；?GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)10●多路徑誤差；接收機(jī)周圍環(huán)境產(chǎn)生信號(hào)的反射，構(gòu)成同一信號(hào)的多個(gè)路徑入射天線相位中心，可以采用抑徑板等方法減弱其影響?！裼^測(cè)量誤差：C/A 碼偽距偶然誤差，約為|3m，P 碼偽距偶然誤差，約為，相位觀測(cè)值的等效距離誤差，約為 2mm。與大氣傳輸有關(guān)的誤差●電離層誤差：1000km 的高空大氣被太陽(yáng)高能粒子轟擊后電離，即產(chǎn)生大量自由電子，使 GPS 信號(hào)產(chǎn)生傳播延遲，一般白天強(qiáng)夜晚弱，可導(dǎo)致載波天頂方向最大50m 左右的延遲量，誤差與信號(hào)載波頻率有關(guān)，故可用雙頻或多頻率信號(hào)予以顯著減弱。●流層誤差：由于含水汽和干燥空氣的大氣介質(zhì)中傳播引起的信號(hào)傳播延時(shí)，其影響隨衛(wèi)星高度角、時(shí)間季節(jié)和地理位置的變化而變化，與信號(hào)頻率無(wú)關(guān)，不能用雙頻載波予以消除，但可用模型削弱。人們想了很多辦法來(lái)削弱和消除上述各種誤差的影響，比如，針對(duì)實(shí)時(shí)廣播星歷提供的衛(wèi)星坐標(biāo)精度不高的問(wèn)題，國(guó)際上的 GPS 服務(wù)機(jī)構(gòu) IGS 提供了事后的 GPS衛(wèi)星的精密星歷，其軌道坐標(biāo)精度達(dá) 35cm。同時(shí)也提供衛(wèi)星鐘差、電離層延遲的精密事后修正數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，人們可以進(jìn)行多種精密定位和定時(shí)。GPS 能夠以不同的定位定時(shí)精度提供服務(wù)，從亞毫米、毫米到厘米、分米、亞米及米和十幾米的定位精度都有可供選擇的定位方法．定時(shí)方面可從亞納秒、納秒到微秒級(jí)的精度實(shí)現(xiàn)時(shí)間測(cè)量和不同目標(biāo)間時(shí)間同步。在定位的時(shí)問(wèn)響應(yīng)方面可以從 0．05 秒、1 秒到十幾秒、幾分、幾個(gè)小時(shí)或幾天來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)時(shí)性要求和精確性要求。從相對(duì)定位距離方面看，可從幾米一直到幾千公里之間，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位要求。從工作環(huán)境上看，除了怕被森林、高樓遮擋信號(hào)造成可見(jiàn)衛(wèi)星少于四顆和強(qiáng)電離層爆發(fā)造成 GPS 測(cè)距信號(hào)完全失真外，可以說(shuō)是全球全連續(xù)和全天候的。這些優(yōu)良的特性，使得它有廣泛用應(yīng)用領(lǐng)域?；?GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)113 硬件電路的組成及設(shè)計(jì)公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)里程計(jì)數(shù)來(lái)控制報(bào)站時(shí)刻，進(jìn)站、出站自動(dòng)播報(bào)站名及服務(wù)用語(yǔ)、準(zhǔn)確、及時(shí)、完全不需要人工介入。 總系統(tǒng)硬件組成在整個(gè)系統(tǒng)中騎著舉足輕重的作用，其工作狀況和功能，性能直接影響到整個(gè)形同的運(yùn)行，時(shí)智能公交車系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。它的硬件主要包括：電源模塊或者電源接入模塊，單片機(jī) CPU，輔助存儲(chǔ)芯片，GPRS 通信模塊， GPS 定位模塊，LED 顯示模塊，串行口擴(kuò)展芯片和串口，鍵盤，語(yǔ)音模塊，麥克電路。車載終端總體框圖：CPU鍵盤存儲(chǔ)器電源模塊MOKU語(yǔ)音模塊 GPS話筒麥克LED LCDGPRS31 圖為車載終端整體框圖基于 GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)12 模塊基本概述⑴、 CPU 模塊單片機(jī) CPU 時(shí)整個(gè)車載終端的核心部分，通過(guò)各種接口與其它設(shè)備連接，寫入一定的程序，負(fù)責(zé)處理各種事件，比如調(diào)度中心發(fā)來(lái)的調(diào)度信息，GPS 接收機(jī)的來(lái)的定為信息處理等，使整個(gè)系統(tǒng)得到正常的運(yùn)行。（1） 單片機(jī)的選擇采用 W77E58 時(shí)一個(gè)很好的選擇，W 77E58 是一個(gè)快速 8051 兼容微控制器，它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)提高了時(shí)鐘速度比標(biāo)準(zhǔn) 8051 要快得多，一般來(lái)說(shuō)，按照指令的類型，W77E58 的指令速度時(shí)標(biāo)準(zhǔn) 8051 的 ～3 倍，整體來(lái)看 W77E58 內(nèi)含32KBFlash EPROM，工作電壓為 ～，具有 1KB 片上外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)用戶應(yīng)用時(shí)使用偏上 SRAM 代替外部 SRAM，可節(jié)省更多 I/O 口。主要特性：? 8 位 CMOS 微控制器? 每 4 個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期的高速結(jié)構(gòu)，最大外部時(shí)鐘頻率為 40MHZ? 與標(biāo)準(zhǔn) 80C52 管教兼容? 指令與 MCS51 兼容? 4 個(gè) 8 位 I/O 口? 一個(gè)附加的 4 位 I/O 口和等待狀態(tài)控制信號(hào)? 3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器? 12 個(gè)中斷源，2 級(jí)中斷能力? 片上振蕩器及時(shí)鐘電路? 二個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行口? 32KB,Flash EPROM? 256 字節(jié)片內(nèi)暫存 RAM? 片內(nèi) 1KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器? 可編程看門狗定時(shí)器? 軟件復(fù)位基于 GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)13? 2 個(gè) 16 位數(shù)據(jù)指針? 對(duì)外部 ROM 及外設(shè)的訪問(wèn)周期可以進(jìn)行軟件編程⑵ 顯示模塊車載終端一個(gè)最重要的功能就是為乘客報(bào)站。自動(dòng)報(bào)站包括語(yǔ)音報(bào)站、LED 和LCD 顯示來(lái)報(bào)站，用多個(gè) LCD 顯示屏來(lái)為駕駛員顯示時(shí)間，調(diào)度等重要信息，他主要的模塊由顯示模塊與語(yǔ)音模塊組成。另外要存儲(chǔ)器，微處理器的支持。321 時(shí)間畫面32 定位畫面LCD 顯示屏：車載 LCD 電子顯示屏主要是以最優(yōu)的方式顯示給駕駛員看，車載終端所獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是以文字或者圖形的方式顯示在車載機(jī)的顯示屏上。車載終端通過(guò)虛線通信網(wǎng)絡(luò)接收到的文字信息可以在主機(jī)的 LED 顯示屏上直接顯示，并以聲音的方式提示駕駛員由新信息到來(lái)。顯示模塊時(shí) 128*64 點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可現(xiàn)實(shí)漢字及圖形內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字（16*16 點(diǎn)陣） ，128 個(gè)字符（8*16 點(diǎn)陣）及 64*256 點(diǎn)陣顯示 RAM。提供兩種界面來(lái)連續(xù)微處理機(jī)：8 位并行及串行兩種連接方式。LCD 顯示屏：LED 顯示屏?xí)r顯示車輛前方面想乘客顯示相關(guān)信息，顯示車輛的進(jìn)出站的信息，基于 GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)14有時(shí)也顯示一些廣告，旅游等信息。在系統(tǒng)的 RAM 種開(kāi)辟一個(gè)顯示緩存區(qū)，需要顯示的內(nèi)容都村如此緩沖區(qū)中，顯示模塊定時(shí)緩沖區(qū)種提取數(shù)據(jù)送入顯示電路中，完成顯示功能。⑶ 語(yǔ)音模塊車內(nèi)語(yǔ)音模塊主要時(shí)提供報(bào)站，公益提示和語(yǔ)音廣告信息播放等功。采用的ISD4004 芯片時(shí)錄音回放型，芯片內(nèi)部存儲(chǔ)語(yǔ)音，能存儲(chǔ) 16 分鐘語(yǔ)音，可分 2400段，每段以文件的形式存儲(chǔ)，方便控制芯片組合播放語(yǔ)音，使用高質(zhì)量，自然語(yǔ)音還原技術(shù)；自動(dòng)靜噪功能；內(nèi)置微控制器串行通信技術(shù)口，多段信息處理不耗電保存信息 100 年（典型值） ，100000 次錄音周期（典型值）片內(nèi)免調(diào)時(shí)鐘，也可以選用外部時(shí)鐘， 鑒于公交車線路多，站名不一致并且語(yǔ)音更改頻繁等特點(diǎn)，應(yīng)選用更換語(yǔ)音芯片簡(jiǎn)單的芯片，所以選擇了 ISD4004 語(yǔ)音芯片，它控制簡(jiǎn)單，使用方便。33 ISD4004 引腳配置圖⑷ GPS 定位模塊本模塊負(fù)責(zé)定位功能的實(shí)現(xiàn)，采用臺(tái)灣鼎天的 REB21R。它的定位精度可達(dá)到系統(tǒng)的要求 10m 之內(nèi)。REB21R 板接收到衛(wèi)星下傳過(guò)來(lái)的位置信息后，通過(guò) RS232與計(jì)算機(jī)串口相連，直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交換。GPS 基定位功能車載端采用 GPS 方式獲取車輛當(dāng)前的位置信息，包括經(jīng)緯度，當(dāng)前速度，當(dāng)前工作速度矢量方位角（下稱方向） ，當(dāng)前時(shí)間，并獲取與定位有關(guān)的用于判斷數(shù)據(jù)有效性和可信度的信息，例如定位模式，幾何精度因子等。定位數(shù)據(jù)除按設(shè)定的時(shí)間間隔通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送外，還將每秒獲得的定位數(shù)據(jù)送到自動(dòng)報(bào)站器，由與其報(bào)站器中預(yù)先存儲(chǔ)的線路基于 GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)15信息進(jìn)行比較，判斷，進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站等服務(wù)。它通過(guò) RS232 串口連接 GPRS 等模塊。⑸ 鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)手動(dòng)報(bào)站，語(yǔ)音報(bào)站模塊中的報(bào)站，停止，幾條公益提示語(yǔ)的播報(bào)，以及系統(tǒng)出現(xiàn)異常（如站臺(tái)不匹配或不能連接站臺(tái)等）而需要駕駛員手動(dòng)控制，需要在終端上提供 8~16 個(gè)按鍵，是駕駛員在駕駛和手動(dòng)控制的時(shí)候能直觀的知道當(dāng)前車輛的位置。鍵盤控制芯片用的是廣州周立功公司的：ZLG7290。 34 鍵盤控制芯片及鍵盤接口電路圖⑹ 其他模塊①、GPRS 通信模塊車載終端與調(diào)度中心進(jìn)行交換，用由 GPRS 模塊實(shí)現(xiàn)信息傳輸及信息處理功能，信息傳輸功能包括信息的發(fā)送和接受。信息發(fā)送是將車載終端定位功能模塊過(guò)得的基于 GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)16各種數(shù)據(jù)，通過(guò)它傳送到調(diào)度中心，調(diào)度中心又分發(fā)給電子牌等各相關(guān)職能單位。這些數(shù)據(jù)包包括：? 定位數(shù)據(jù)：經(jīng)緯度、速度、防方向、時(shí)間、定位模式、幾何精度因子等。? 報(bào)警信息：事故、故障等。? 營(yíng)運(yùn)狀態(tài)：營(yíng)運(yùn)/非營(yíng)運(yùn)、上/下行、短線、快車、加油（氣）等。? 固定短語(yǔ)：道路堵塞、乘客滯留、服務(wù)糾紛等。? 通過(guò)外部接口獲得的其他數(shù)據(jù)。信息接收時(shí)車載終端結(jié)婚搜來(lái)調(diào)度中心或者其它部門來(lái)的信息，包括調(diào)度指令，通告，參數(shù)修改等。其中需要駕駛員主動(dòng)響應(yīng)的信息如調(diào)度指令等，車載終端再接收到后面用信息提示駕駛員由新信息來(lái)到。②、存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能，存儲(chǔ)一些常用信息。存儲(chǔ)功能包括以下幾個(gè)類型信息的存儲(chǔ)。? 定位數(shù)據(jù)? 接收到的信息? 參數(shù)設(shè)置? 程序代碼信息存儲(chǔ)要求在 GPS 短時(shí)間阻塞的情況下，能夠保存 2022 多個(gè)車位信息，至少一條線路的語(yǔ)音存儲(chǔ)空間 ，操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序?yàn)?3M。③、電源模塊由于車上電源為 12V 或 24V 直流而電路板采用 5V 直流，另外因?yàn)檐囕v發(fā)動(dòng)時(shí)流入啟動(dòng)器的電流會(huì)導(dǎo)致電池在幾毫秒內(nèi)產(chǎn)生暫壓降，所以需要變壓電路和穩(wěn)壓濾波而且抗干擾性較強(qiáng)的電路?；?GPS 的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)1735 三級(jí)穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的電源LM