【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 表信號(hào)提供其它輔助信息用戶部分： 接收并測(cè)衛(wèi)星信號(hào) 記錄處理數(shù)據(jù) 提供導(dǎo)航定位信息地面控制部分： 中心控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步 跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定軌圖 GPS 系統(tǒng)的組成 GPS 定位原理GPS 定位的基本原理是：將物體的瞬間立體目標(biāo)的位置坐標(biāo)(X，Y ，Z)用已確定的相距距離的已知參考點(diǎn)所發(fā)出的極其精確的無(wú)線電脈沖時(shí)鐘源來(lái)測(cè)定，然后利用地面接收器中己存入的由高等解析幾何所構(gòu)成的模型，建立三維位置量和一個(gè)時(shí)間量的算法方程。GPS 為全球用戶提供了非常精確的三維定位坐標(biāo)信息速度信息、時(shí)間和頻率參考，它以 4 個(gè)衛(wèi)星射頻信號(hào)的時(shí)間測(cè)量為基礎(chǔ)，整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)平臺(tái)由 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆備用衛(wèi)星組成，衛(wèi)星呈現(xiàn)出 55 度傾角，均勻分布在 6 個(gè)近圓軌道內(nèi)，軌道運(yùn)行周期為 11 小時(shí) 58 分鐘，軌道半徑為 26560 公里，這些軌道衛(wèi)星每日重復(fù)同樣的地面軌跡。因此，在地球上任何地方的用戶都可以在其地平線上方 5 度范圍內(nèi)見到至少4 顆衛(wèi)星。通過接收來(lái)自一個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，用戶在獲知其具體位置和高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，可以確定 GPS 的時(shí)間和頻率參數(shù)。衛(wèi)星載波信號(hào)以兩個(gè) L 波段頻率( 和 )發(fā)射，以便可以修正信號(hào)的時(shí)延，信號(hào)分別用 P 碼和 C/A碼調(diào)制。P 碼用于精確的時(shí)間測(cè)量，C/A 碼使信號(hào)易于鎖定。由于衛(wèi)星的位置精確可知，GPS 接收機(jī)可通過接收觀測(cè)范圍內(nèi)的幾個(gè)衛(wèi)星，可以 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 第 7 頁(yè)7得到幾個(gè)關(guān)于偽距的方程（公式 21） 。假設(shè) t 時(shí)刻(t 為地面待測(cè)點(diǎn)的未知時(shí)鐘)在地面有一未知點(diǎn)(坐標(biāo)為 x，y，z) ，可以“看到”衛(wèi)星 A(x1，y1，z1)、B(x2，y2，z2)、C(x3，y3，z3)、D(x4，y4 ，z4)，……，衛(wèi)星坐標(biāo)由衛(wèi)星導(dǎo)航電文獲得；可以收到衛(wèi)星的時(shí)鐘 11212121 )(])()()[( dtczyx ????? 22222 33333 )(])()()[( tczyx (21)44242424 d?????信號(hào) tttt……；dddd4 為衛(wèi)星 A、B、C、D 到地面(x，y，z)的距離，c 為光速，這樣可以確定以下 4 個(gè)方程，由以這 4 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)的時(shí)間 t。人們通常把利用 GPS 技術(shù)，用于車輛定位功能的硬件和軟件的融合體稱為車載 GPS 定位終端。但這僅僅把定位信息采集到了車載終端上，并沒有把定位信息上傳到報(bào)替中心或者車載 GPS 用戶手上。因?yàn)?GPS 接收機(jī)本身只是被動(dòng)地接收 GPS 衛(wèi)星輸出的信號(hào)，所以要想真正完成車載 GPS 定位的功能，車載 GPS系統(tǒng)中還必須包括有通訊網(wǎng)絡(luò)，通過通訊網(wǎng)絡(luò)把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到指定計(jì)算機(jī)設(shè)備，再由計(jì)算機(jī)解析收到的信息，最終在電子地圖上顯示車輛位置，這樣就實(shí)現(xiàn)了車載GPS 的定位監(jiān)控功能。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)GPRS (General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))是一種采用分組交換技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)及信令的高效率數(shù)據(jù)傳輸方式 [3]。GPRS 是區(qū)別于原有 GSM 電路交換方式的另一種數(shù)據(jù)傳輸方式，GPRS 是區(qū)別于原有 GSM 電路交換方式的另一種數(shù)據(jù)傳輸方式，它利用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理，把不同終端的數(shù)據(jù)分割成等長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，通過非專用的邏輯子信道進(jìn)行數(shù)據(jù)快速交換，即將信息分成數(shù)據(jù)分組或信息包，再加上目的地址、分組編號(hào)、控制比特等的分組頭，沿不同路由進(jìn)行傳送，接收端按照分組編號(hào)重新組裝成原始信息。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 第 8 頁(yè)8 GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)與原有 GSM 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比， GPRS 具有以下優(yōu)勢(shì) [4]：1．資源利用率高：GPRS 引入了分組交換傳輸模式，使得原有采用電路交換模式的 GSM 數(shù)據(jù)傳輸方式發(fā)生了根本性變化。電路交換模式中，用戶無(wú)論是否傳送數(shù)據(jù)在整個(gè)連接期都獨(dú)自占有無(wú)線信道。而對(duì)于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，意味著多個(gè)用戶可高效率地共享同一無(wú)線信道提高了資源利用率。GPRS 用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，GPRS 用戶的連接時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，卻只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用。2．傳輸速率高：GPRS 可提供高達(dá) 115kbit/s 的傳輸速率(最高值為 )GPRS 用戶能和 ISDN 用戶一樣快速地上網(wǎng)，同時(shí)也使一些對(duì)傳輸速率敏感的移多媒體應(yīng)用成為可能。3．接入時(shí)間短：分組交換接入時(shí)間縮短為少于 1 秒，能提供快速即時(shí)的連接可大幅度提高事務(wù)效率，可使 Inter 應(yīng)用操作更加便捷流暢。4．支持 IP 協(xié)議和 協(xié)議：GPRS 支持因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的 IP 協(xié)議和 協(xié)議?？沙浞掷矛F(xiàn)有的、覆蓋全國(guó)范圍的 GSM 網(wǎng)絡(luò)，方便、快速地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署。5．提供實(shí)時(shí)在線功能“always on line，只要激活 GPRS 應(yīng)用，將永遠(yuǎn)保持在線，不存在掉線問題。用戶可以始終處于在線狀態(tài)，使得訪問服務(wù)變得簡(jiǎn)單、快速。6．按流量計(jì)費(fèi)，GPRS 用戶只有在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)才需要占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包量進(jìn)行收費(fèi)。7．應(yīng)用開發(fā)方便，直接支持 TCP/IP。可見，GPRS 既適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。現(xiàn)在，GPRS 大量應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)訪問、多媒體短信、視頻業(yè)務(wù)、Email 業(yè)務(wù)及無(wú)線遠(yuǎn)端遙控。 GPRS 系統(tǒng)構(gòu)成GPRS 網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)引入了一些新的功能模塊和改進(jìn)：1．網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(Gateway Supporting Node GSN)。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 第 9 頁(yè)92．點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)服務(wù)中心(PointToMultipoint Service Center，PTMSC) 。3．邊界網(wǎng)關(guān)(Boarder Gateway，BG)4．改進(jìn)基站子系統(tǒng) BSS：在基站控制系統(tǒng) (BSC)上增加硬件單元PCU(PacketControl Unit)，在基站發(fā)射系統(tǒng)上增加軟件單元 CCU(Channel Codec Unit)。5．其它設(shè)備：本地位置寄存器 HLR、訪問位置寄存器 VLR、移動(dòng)交換中心MSC，SMSGMSC 和 SMSIWMSC 等 GSM 系統(tǒng)原有無(wú)線管理設(shè)備被升級(jí)以支持相應(yīng)的與 GPRS 有關(guān)的功能。GSN(Gateway Supporting Node)是 GPRS 網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。GSN 具有移動(dòng)路由管理功能，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到GPRS 寄存器。 GSN 可以完成移動(dòng)終端和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。GSN 可以是一種類似于路由器的獨(dú)立設(shè)備，也可以與 GSM 中的 MSC 集成在一起。GSN 有兩種類型：GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) GGSN(Gateway GPRS Support Node)和 GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) SGSN(Serving Gateway Support Node)。GGSN 主要是起網(wǎng)關(guān)作用，提供GPRS 與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的傳輸通路，進(jìn)行移動(dòng)用戶與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳送。它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如 ISDN(Integrated Services Digital Network)，PSDN(Packet Switched Data Network)和 LAN(Local Area Network)等。SGSN 的主要作用是記錄移動(dòng)終端的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)終端和 GGSN 之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。新引入的網(wǎng)絡(luò)單元分別歸為無(wú)線部分和數(shù)據(jù)部分兩類，PCU 屬于無(wú)線管理部分，SGSN 屬于無(wú)線管理和數(shù)據(jù)管理公用部分，GGSN 屬于數(shù)據(jù)管理部分。其他一些輔助單元雖然在 GPRS 系統(tǒng)中未給出定義，但在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中必不可少，如域名解析服務(wù)器DNS，動(dòng)態(tài)地址分配服務(wù)器 DHCP，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議服務(wù)器 NTP 等等。系統(tǒng)構(gòu)成如圖 所示。圖 GPRS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 第 10 頁(yè)10 GPRS 技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用在 GSM 規(guī)范中， GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通常分為兩大類，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù)。而實(shí)際應(yīng)用中人們常常把 GPRS 業(yè)務(wù)分為橫向應(yīng)用和縱向應(yīng)用。橫向應(yīng)用主要是面向消費(fèi)者的電子郵件，web 瀏覽等?？v向應(yīng)用主要面向安防系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控，任務(wù)調(diào)度等集團(tuán)客戶的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。GPRS 技術(shù)以它實(shí)時(shí)在線、覆蓋范圍廣、建設(shè)周期短和高數(shù)據(jù)傳輸速率等優(yōu)點(diǎn)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，主要完成被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸。目前在配電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程故障診斷、圖像傳輸、車輛調(diào)度、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域都有GPRS 的應(yīng)用。而且 GPRS 技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的成功應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理和靈活部署提供了更好的方案。解決了傳統(tǒng)監(jiān)控方式由于缺少遠(yuǎn)程通訊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集中監(jiān)控的問題，所以說(shuō) GPRS 業(yè)務(wù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用有很大的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Α?USB 接口技術(shù)USB 是由 Intel，Compaq，Digital，IBM，Microsoft，NEC，Northern Tele 等七家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的新一代接口標(biāo)準(zhǔn)。由于 USB 具有傳輸速率高、擴(kuò)展方便、可以熱插拔、支持 PNP 等優(yōu)點(diǎn)，迅速得到了眾多 PC 廠商和半導(dǎo)體廠商的大力支持，外設(shè)向 USB 過渡成為必然的趨勢(shì)。 USB 簡(jiǎn)介USB 是為了解決日益增加的 PC 外設(shè)與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在臺(tái)式 PC 和便攜式 PC 中幾乎都配備了 USB 接口，而且流行的操作系統(tǒng)都支持 USB 功能。USB 系統(tǒng)的基本硬件和基本軟件如表 所示。表 USB系統(tǒng)基本構(gòu)成基本硬件 基本軟件USB 主控制器/根集線器USB 集線器USB 設(shè)備USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序USB 驅(qū)動(dòng)程序USB 控制器驅(qū)動(dòng)程序 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 第 11 頁(yè)11 USB 的基本特點(diǎn)1．速度快。 支持高速和低速兩種方式：12Mbps 和 ，分別滿足不同設(shè)備的需要。最新推出的 速度可以達(dá)到 480Mbps。2．?dāng)U展方便。在 USB 設(shè)備上通常應(yīng)該有 USB 下行端口，也有專用的集線器。這種擴(kuò)展方式使 USB 能夠駁接多個(gè) USB 外設(shè)。通常用這種方式每個(gè) PC 的 USB 端口最多可以擴(kuò)展 127 個(gè)外設(shè)。USB 系統(tǒng)一般采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖 所示。3．自動(dòng)檢測(cè)和配置外圍設(shè)備。4．支持即插即用方式，支持熱插拔。5．供電方式靈活。USB 設(shè)備有兩種供電方式：總線供電和自供電。并且支持設(shè)備的掛起和喚醒。圖 USB 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)6．四種傳輸類型：中斷傳輸(Interrupt)、控制傳輸(Control)、塊傳輸(Bulk)和同步傳輸(Synchronization)，滿足不同設(shè)備的需要。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 第 12 頁(yè)12第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)工作原理及需求目前，基于 GPS 的車載監(jiān)控系統(tǒng)主要由車載監(jiān)控終端、無(wú)線通信鏈路和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)三部分組成 [5]。車載監(jiān)控終端主要功能是將移動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)位置(經(jīng)度和緯度)、時(shí)間和狀態(tài)等信息，通過無(wú)線通信鏈路傳送至監(jiān)控中心，而后在具有強(qiáng)大的地理信息查詢功能的電子地圖上進(jìn)行移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的顯示，并對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)確位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向和車輛狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，便于以后查詢。監(jiān)控中心也可主動(dòng)查詢監(jiān)控車輛的準(zhǔn)確位置和車輛狀態(tài)等。車載監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 車輛監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本課題提出的車載監(jiān)控終端解決方案具備圖像捕獲功能，能為監(jiān)控中心的調(diào)度管理提供可視化依據(jù)，提高車輛的運(yùn)營(yíng)效率，并確保車輛的安全。其設(shè)計(jì)目的是為有效監(jiān)控客運(yùn)車輛的超載超員現(xiàn)象、減少車內(nèi)犯罪事件數(shù)量。由于有客運(yùn)行業(yè)的特殊性，車監(jiān)控終端需要具備以下功能。1．主動(dòng)監(jiān)控，實(shí)時(shí)拍照功能拍照功能是車載終端的核心功能，當(dāng)客車上下客時(shí)，車門打開，會(huì)立即啟動(dòng)安裝在車門頂端的攝像頭拍照，記錄下上下車乘客的體貌特征，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮傳送給監(jiān)控中心。車門關(guān)閉時(shí)，圖像采集停止。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 第 13 頁(yè)132．遠(yuǎn)程報(bào)警、求助功能。當(dāng)客車內(nèi)出現(xiàn)盜搶或者乘客需要醫(yī)療救治等緊急情況時(shí)，工作人員可啟動(dòng)車載監(jiān)控終端手動(dòng)拍照并給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。終端也可對(duì)車內(nèi)環(huán)境錄音，圖像和語(yǔ)音資料都可保存在終端存儲(chǔ)介質(zhì)上，作為事后的證明材料。3．支持遠(yuǎn)程查詢功能監(jiān)控中心可隨時(shí)向車載監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送命令，獲取車輛坐標(biāo)信息和車內(nèi)圖像信息，可監(jiān)督司乘人員的工作