【文章內容簡介】 相應 的數(shù)據(jù)處理軟件。用戶設備主要由GPS 接收機硬件和數(shù)據(jù)處理軟件，以及微處理機及其系統(tǒng)設備組成。 GPS 接收機的硬件，一般包括主機，天線和電源，主要功能是接收 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號，獲得必要的導航和定位信息及觀測量，并經簡單數(shù)據(jù)處理而實現(xiàn)實時導航和定位。 GPS 軟件部分是指各種后處理軟件包，用來對觀測數(shù)據(jù)進行精加工，從而獲得精密定位結果。 GPS 系統(tǒng)組成 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 6 頁 6 圖如圖 所示。 圖 GPS 系統(tǒng)的組成 GPS 定位原理 GPS 定位的基本原理是：將物 體的瞬間立體目標的位置坐標 (X， Y， Z)用已確定的相距距離的已知參考點所發(fā)出的極其精確的無線電脈沖時鐘源來測定，然后利用地面接收器中己存入的由高等解析幾何所構成的模型，建立三維位置量和一個時間量的算法方程。 GPS 為全球用戶提供了非常精確的三維定位坐標信息 速度信息、時間和頻率參考，它以 4 個衛(wèi)星射頻信號的時間測量為基礎，整個衛(wèi)星系統(tǒng)平臺由 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 個近圓軌道內，軌道運行周期為11 小時 58 分鐘，軌道半徑為 26560 公里，這些軌道衛(wèi)星每日重復同樣的地面軌跡。 因此，在地球上任何地方的用戶都可以在其地平線上方 5 度范圍內見到至少 4 顆衛(wèi)星。通過接收來自一個衛(wèi)星的信號，用戶在獲知其具體位置和高穩(wěn)定度的頻率標準的基礎上，可以確定 GPS 的時間和頻率參數(shù)。 衛(wèi)星載波信號以兩個 L 波段頻率 ( 和)發(fā)射，以便可以修正信號的時延，信號分別用 P 碼和 C/A 碼調制。 P 碼用于精確的時間測量， C/A 碼使信號易于鎖定。 由于衛(wèi)星的位置精確可知， GPS 接收機可通過接收觀測范圍內的幾個衛(wèi)星，可以得到幾個關于偽距的方程 （公式 21） 。假設 t 時刻 (t 為地面待測點的未知時 鐘 )在地面有空間部分： 提供星歷和時間信息 發(fā)射偽距和載表信號 提供其它輔助信息 用戶部分： 接收并測衛(wèi)星信號 記錄處理數(shù)據(jù) 提供導航定位信息 地面控制部分： 中心控制系統(tǒng) 實現(xiàn)時間同步 跟蹤衛(wèi)星進行定軌 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 7 頁 7 一未知點 (坐標為 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)星坐標由衛(wèi)星導航電文獲得； 可以收到衛(wèi)星的時鐘 11212121 )(])()()[( dttczzyyxx ???????? 22222222 )(])()()[( dttczzyyxx ???????? 33232323 )(])()()[( dttczzyyxx ???????? 44242424 )(])()()[( dttczzyyxx ???????? (21) 信號 t t t t??； d d d d4 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 個方程，由以這 4 個方程即可解算出待測點的坐標(x， y， z)和接收機的時間 t。 人們通常把利用 GPS 技術，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 信息上傳到報替中心或者車載 GPS 用戶手上。因為 GPS 接收機本身只是被動地 接收 GPS 衛(wèi)星輸出的信號，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絡，通過通訊網絡把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到指定 計算機設備，再由計算機解析收到的信息，最終在電子地圖上顯示車輛位置，這樣就實現(xiàn)了車載 GPS的定位監(jiān)控功能。 GPRS 網絡技術 GPRS (General Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務 )是一種采用分組交換技術傳輸數(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，它利用存儲轉發(fā)原理，把不同終端的數(shù)據(jù)分割成等長標準數(shù)據(jù)格式，通過非專用的邏輯子信道進行數(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、控制比特等的分組頭，沿不同路由進行傳送，接收端按照分組編號重新組裝成原始信息。 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 8 頁 8 GPRS 網絡技術特點 與原有 GSM 的數(shù)據(jù)業(yè)務相比， GPRS 具有以下優(yōu)勢 [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，用戶無論是否傳送數(shù)據(jù)在整個連接期都獨自占有無線信道。而對于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接 收數(shù)據(jù)期間才占用資源，意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道 提高了 資源利用率。 GPRS用戶的計費以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)， GPRS 用戶的連接時間可能長達數(shù)小時，卻只需支付相對低廉的連接費用。 2．傳輸速率高： GPRS 可提供高達 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，同時也使一些對傳輸速率敏感的移 多媒體應用成為可能。 3．接入時間短：分組交換接入時間縮短為少于 1 秒，能提供快速即時的連接 可大幅度提高事務效率，可使 Inter 應用操作更加便捷流暢。 4．支持 IP 協(xié)議和 協(xié)議： GPRS 支持因特網上應用最廣 泛的 IP 協(xié)議和 協(xié)議?？沙浞掷矛F(xiàn)有的、覆蓋全國范圍的 GSM 網絡，方便、快速地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠程接入網絡的部署。 5．提供實時在線功能“ always on line，只要激活 GPRS 應用，將永遠保持在線，不存在掉線問題。用戶可以始終處于在線狀態(tài)，使得訪問服務變得簡單、快速。 6．按流量計費， GPRS 用戶只有在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時才需要占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包量進行收費。 7．應用開發(fā)方便，直接支持 TCP/IP?？梢?， 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 大量應用于互聯(lián)網訪問、多媒體短信、視頻業(yè)務、 Email業(yè)務及無線遠端遙控。 GPRS 系統(tǒng)構成 GPRS 網絡是基于現(xiàn)有的 GSM 網絡來實現(xiàn)，同時引入了一些新的功能模塊和改進： 1．網關支持節(jié)點 (Gateway Supporting Node GSN)。 2．點對多點服務中心 (PointToMultipoint Service Center， PTMSC)。 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 9 頁 9 3．邊界網關 (Boarder Gateway， BG) 4．改進基站子系統(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．其它設備：本地位置寄存器 HLR、訪問位置寄存器 VLR、移動交換中心 MSC，SMSGMSC 和 SMSIWMSC 等 GSM 系統(tǒng)原有無線管理設備被升級以支持相應的與GPRS 有關的功能。 GSN(Gateway Supporting Node)是 GPRS 網絡中最重要的網絡節(jié)點。GSN 具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網絡，并可以連到 GPRS 寄存器。 GSN 可以完成移動終端和各種數(shù)據(jù)網絡之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉換。 GSN 可以是一種類似于路由器的獨立設備，也可以與 GSM 中的 MSC 集成在一起。 GSN 有兩種類型： GPRS 網關支持節(jié)點 GGSN(Gateway GPRS Support Node)和 GPRS 服務支持節(jié)點SGSN(Serving Gateway Support Node)。 GGSN 主要是起網關作用，提供 GPRS 與外部數(shù)據(jù)網之間的傳輸通路，進行移動用戶與外部數(shù)據(jù)網之間的數(shù)據(jù)傳送。它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網絡連接，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終端的當前位置信息，并且在移動終端和 GGSN 之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 新引入的網絡單元分別歸為無線部分和數(shù)據(jù)部分兩類， PCU 屬于無線管理部分，SGSN 屬于無線管理和數(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)網絡中必不可少，如域名解析服務器 DNS，動態(tài)地址 分配服務器 DHCP，網絡時間協(xié)議服務器 NTP 等等。系統(tǒng)構成如圖 所示。 圖 GPRS 系統(tǒng) 結構圖 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 10 頁 10 GPRS 技術在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 在 GSM 規(guī)范中， GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務通常分為兩大類，即點對點業(yè)務和點對多 點業(yè)務。而實際應用中人們常常把 GPRS 業(yè)務分為橫向應用和縱向應用。橫向應用主要是面向消費者的電子郵件， web 瀏覽等 ?？v向應用主要面向安防系統(tǒng)，遠程監(jiān)控，任務調度等集團客戶的遠程數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務。 GPRS 技術以它實時在線、覆蓋范圍廣、建設周期短和高數(shù)據(jù)傳輸速率等優(yōu)點在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中 得到了廣泛的應用，主要完成被監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸。目前在配電網參數(shù)監(jiān)測、環(huán)保監(jiān)測、遠程故障診斷、圖像傳輸、車輛調度、遠程醫(yī)療等領域都有 GPRS的應用。而且 GPRS 技術在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的成功應用對系統(tǒng)的實時監(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)控方式由于缺少遠程通訊，無法實現(xiàn)大規(guī)模集中監(jiān)控的問題，所以說 GPRS 業(yè)務在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用有很大的市場前景和發(fā)展?jié)摿Α? USB 接口技術 USB 是由 Intel， Compaq， Digital， IBM， Microsoft， NEC， Northern Tele等七家世界著名的計算機和通信公司共同推出的新一代接口標準。由于 USB 具有傳輸速率高、擴展方便、可以熱插拔、支持 PNP 等優(yōu)點，迅速得到了眾多 PC 廠商和半導體廠商的大力支持，外設向 USB 過渡成為必然的趨勢。 USB 簡介 USB 是為了解決日益增加的 PC 外設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準，現(xiàn)在臺式 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)基本構成 基本硬件 基本 軟件 USB 主控制器 /根集線器 USB 集線器 USB 設備 USB 設備驅動程序 USB 驅動程序 USB 控制器驅動程序 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 11 頁 11 USB 的基本特點 1．速度快。 支持高速和低速兩種方式： 12Mbps 和 ，分別滿足不同設備的需要。最新推出的 速度可以達到 480Mbps。 2．擴展方便。在 USB 設備上通常應該有 USB 下行端口，也有專用的集線器。這種擴展方式使 USB 能夠駁接多個 USB 外設。通常用這種方式每個 PC 的 USB 端口最多可以擴展 127 個外設。 USB 系統(tǒng)一般采用星型拓撲結構， 如圖 所示。 3．自動檢測和配置外圍設備。 4．支持即插即用方式，支持熱插拔。 5．供電方式靈活。 USB 設備有兩種供電方式：總線供電和自供電。并且支持設備的掛起和喚醒。 圖 USB 拓撲結構 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)，滿足不同設備的需要。 內蒙古大學本科畢業(yè) 論文 (設計 ) 第 12 頁 12 第三章 系統(tǒng)總體設計方案 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、無線通信鏈路和遠程監(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目標的動態(tài)位置 (經度和緯度 )、時間和狀態(tài)等信息，通過無線通信鏈路傳送至監(jiān)控中心，而后在具有強大的地理信息查詢功能的電子地圖上進行移動目標運動軌跡的顯示，并對目標的準確位置、速度、運動方向和車輛狀態(tài)等參數(shù)進行存儲，便于以后查詢。監(jiān)控中心也可主動查詢監(jiān)控車輛的準確位置和車輛狀態(tài)等。車載監(jiān)控系統(tǒng)結構如圖 所示。 圖 車輛監(jiān)控系統(tǒng)結構圖 本課題提出的車載