【文章內容簡介】 第一章緒論 介紹本文的研究背景、研究目的及意義、國內外的研究現(xiàn)狀、研究內容和各章節(jié)的 安排。 第二章系統(tǒng)關鍵技術研究 介紹了 GPS， GIS， GPRS 三種系統(tǒng)關鍵技術的概念，詳細分析了它們的應用原理， 方法以及技術特點，闡明了它們在整個系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用，為系統(tǒng)的設計提供了堅實 的理論基礎。 第三章系統(tǒng)設計思路與實施方案 3 西安科技大學碩士學位論文 介紹了車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)設計的基本思路與基本原理，制定了系統(tǒng)設計的總體目標 和設計原則，提出了系統(tǒng)的整體設計方案，并分別詳細介紹了車載終端、中心服務器數(shù) 據(jù)庫和監(jiān)控中心軟件的設計方案。 第四章中心服務器通信功能與數(shù)據(jù)庫訪問的實現(xiàn) 本章是全文的重點內容之一，介紹了通信數(shù)據(jù)的格式，通信原理和流程，著重分析 了服務器與車載終端的通信功能的實現(xiàn)方法，以及通信數(shù)據(jù)的解析與入庫。同時，闡述 了監(jiān)控終端軟 件訪問中心服務器數(shù)據(jù)庫的具體方法。 第五章監(jiān)控中心軟件的開發(fā)與實現(xiàn) 本章是全文的核心內容，也是整個系統(tǒng)的具體體現(xiàn)。介紹了軟件的開發(fā)環(huán)境， GIS 開發(fā)平臺的對比選取，在此基礎上根據(jù)第三章中監(jiān)控中心軟件的設計，分別對 GIS 功能 模塊，數(shù)據(jù)管理模塊以及客戶端通信模塊的具體功能進行了開發(fā)與實現(xiàn)，詳細介紹了實 現(xiàn)的功能與實現(xiàn)效果。 第六章 Google 軟件在系統(tǒng)中的應用 Earth 的二次開發(fā)方法，并 本章是論文的創(chuàng)新部分。介紹了 GoogleMap 和 Google 利用 JavaScript 語言實現(xiàn)了在 Google 地圖上對車輛進行監(jiān)控。 第七章結論與展望 這一部分作為論文的收尾部分，首先系統(tǒng)地回顧了本篇論文的主要內容，總結了系 統(tǒng)設計的思路和創(chuàng)新之處，同時指出了系統(tǒng)存在的不足，并對未來進行了展望。 4 2 系統(tǒng)關鍵技術研究 2 系統(tǒng)關鍵技術研究 2． 1 全球定位系統(tǒng) GPS 2． 1． 1 GPS 技術介紹 GPS Global Positioning 新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候 和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是美國 獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成 pJ。 GPS 由覆蓋全球的 24 顆衛(wèi)星組成，這個系統(tǒng)可以保 證在 任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到 4 顆衛(wèi)星，保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點 的經緯度和高度，以便實現(xiàn)導航、定位、授時等功能。這項技術可以用來引導飛機、船 舶、車輛以及個人，安全、準確地沿著選定的路線，準時到達目的地【 4J。經過 20 余年的 星座己布設完成。 GPS 是現(xiàn)代高新技術實現(xiàn)軍民兩用的一個成功范例，并已逐步演變?yōu)橐环N世界性的 高新技術產業(yè)。在 GPS 應用領域中，車輛應用所占的比重最大，約占總數(shù)的50％以上。 2021 年 5 月 1 日美國總統(tǒng)克林頓發(fā)布命令，取消了長期以 來由美國軍方采取的有意降低 GPS 衛(wèi)星信號質量的措施，為民用用戶享受該系統(tǒng)的高精度信號鋪平了道路。從這一天 格林尼治時間午夜起，美國軍方已停止采用稱為選擇可用性 SA 的措施，也就是不再 有意降低供非軍方用戶使用的 GPS 信號的精度?？肆诸D的此項決定對全球GPS 的發(fā)展、 運輸安全以及科學和商業(yè)活動的開展都具有重大意義。雖然整個 GPS 行業(yè)發(fā)展時間從 24 顆定位衛(wèi)星完全發(fā)射成功才只有 6 年時間，但整個 GPS 行業(yè)已經蓬勃發(fā)展起來，呈 現(xiàn)出強勁增長的勢頭。 2． 1． 2 GPS 系 統(tǒng)構成 用戶設備部分 GPS 信號接收機 。 道面上 每個軌道面 4 顆 ，軌道傾角為 550，如圖 2． 1 所示。此外，還有 4顆有源備份衛(wèi)星 在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到 4 顆以上的衛(wèi)星，并能 保持良好定位解算精度的幾何圖像。這就提供了在時間上連續(xù)的全球導航能力。 GPS 衛(wèi) 1 Code 星產生兩組電碼，一組稱為 C／ A 碼 Coarse／ Acquisition 5 西安科技太學碩士學住論文 PreciseCode 國軍方管制，并設有密碼，民間無法解讀，主要用于為美國軍方服務。經過人為采取措施而 刻意降低精度后的 C／ A 碼，主要開放給民叫使用。 靜 孝。潞≯孓 彰 ， F ▲童 翁 、艚 ，熊 |生 I21 GPS 星座分布示意圖 地面控制部分：由 1 個主控站。 6 個全球監(jiān)測站和 4 個注入站組成。監(jiān)測站均配裝有 精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接受機。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)， 包括電離層和氣象數(shù)據(jù)，經過初步處理后， f 送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù) 據(jù)．計算出衛(wèi)星的軌道雨 I 時鐘參數(shù)．然后將結果送到 3 個地面控制站。注入站在每顆衛(wèi)星 運行至上空時，把這些導航數(shù)據(jù)及主檸站指令注入到衛(wèi)旱。這種注入對每顆GPS 衛(wèi)星每 天一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障，那 么在衛(wèi)星中預存的導航信息還可 用‘段時間，但導航精度會逐漸降低。 用戶設備部分：即 GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按定衛(wèi)星截止角 所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，即可 測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這螳 數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地 理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的 后處理軟件包構成完整的 GPS 用戶設備。 GPS 接收機的結構分 為天線單元和接收單元 兩部分。接收機般采用機內和機外兩種直流電源。設置機內電源的目的在于更換外電 源時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電源時機內電池自動充電。關機后，機內電池為 RAM 存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前各種類型的接受機體積越來越小，重量越柬越輕， 便于野外觀測使用。 2 系統(tǒng)關鍵技術研究 2． 1． 3 GPS 定位原理 GPS 定位的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合 多顆 衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置∞ 1。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù) 星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳 播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到。由于大氣層電離層的干擾，這一距離并 不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距 PR 。當 GPS 衛(wèi)星正常工作時，會不斷地 用 1 和 0 二進制碼元組成的偽隨機碼 簡稱偽碼 發(fā)射導航電文。 GPS 系統(tǒng)使用的偽碼 0． 1 微秒，相當于 30m。而 Y 碼是在 P 碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包 括衛(wèi)星星歷、 工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi) 星信號中解調制出來，以 50b／ s 調制在載頻上發(fā)射的。導航電文每個主幀中包含 5 個子 幀，每幀長 6s。前三幀各 10 個字碼；每三十秒重復一次，每小時更新一次。后兩幀共 15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第 3 數(shù)據(jù)塊，其中最重要的 則為星歷數(shù)據(jù)。當用戶接受到導航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘作對比 便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時 所處位置，用戶在 WGS84 大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。 2． 1． 4 GPS 動態(tài)定位技術 GPS 動態(tài)定位技術有著極其廣闊的應用前景，它可以用于陸地、水上和航空航天運 載體的導航和監(jiān)控。根據(jù)用戶的應用目的和精度要求的不同， GPS 動態(tài)定位方法也隨之 而改變。從目前的應用來看，主要分為以下幾種方法【 _7】： 1 單點動態(tài)定位 它是安設在一個運動載體上的 GPS 信號接收機，自主地測得該運動載體的實時位 置，從而描繪出該運動載體的運行軌跡。所以單點動態(tài)定位又叫做絕對動態(tài)定位。 單點動態(tài)定位的基本方程為 3． 1 pl [ x7 一咒 2+ y。一藝 2+ z’一乙 2】168。 2+d 式中，五，藝，乙為動態(tài)用戶在‘時刻的瞬間位置； x。，‖， z。是第／顆 GPS 衛(wèi)星在其運動軌道上的瞬間位置，它可根據(jù)廣播星歷計算； P，’為碼接收機所測得的 GPS 信號接收天線和第，顆 GPS 衛(wèi)星之間 的距離； d 是由于接收機時鐘誤差等因素所引起的 站星距離偏差。 7 西安科技大學碩士學位論丈 利用式 3． 1 解算用戶位置時，不是直接求它的三維坐標，而是求各個坐標分量的修 工 F 值，即給定用戶三維坐標的初始值 K，匕， z? ，而求解三維坐標的改正值 蠅， At．，蠅 和距離偏差 d。對式 3． 1 中五，藝，乙分別微分，便可得到線性方程 X 彳。 1B 3． 2 式中，矩陣 X[xLAr。毖 u 硝 x1 一 x。 Uo 一一匕 生玉一 l 島。 n。 疊一 Xh 竺玉一 1 彳 仍。 等 ‖一 竺玉一 1