【正文】 4 , zyx ） （ x,y,z） Ｘ Ｚ （論文） 9 圖 23地面點與衛(wèi)星的幾何關(guān)系 Ground several of the point and satellite relation 但是，用于測量信號傳播時間的接收機時鐘與 GPS時間不同步，均存在一定的 時鐘偏差，實際測量的偽距 iPr =C( iPRt iSVt )。如果衛(wèi)星鐘和地面鐘完全同步，這時偽距觀測量代表了 P到衛(wèi)星的真實距離 iPR =C（ PRt SVt ） C At 。這一時刻相對于初始時刻的時延量，即表征了地面點到衛(wèi)星間距離的函數(shù)，稱為偽距觀測量，以 R表示，簡稱偽距。出于經(jīng)濟上的考慮接收機采用價格便宜的晶體振蕩器，這些時鐘在接收機和 GPS時鐘間引入時間偏差（時鐘偏差），接收機的時間偏差對每顆衛(wèi)星都是相同的。 偽距測量是利用相關(guān)技術(shù)獲取的。由于衛(wèi)星和接收時間的時鐘偏差，傳播時延和其它誤差，不可能測出實際距離，而是偽距（衛(wèi)星時鐘和接收機時鐘的讀時偏差是常數(shù)）。從已知位置上的發(fā)射機衛(wèi)星發(fā)射信號到達接收機 所需時間間隔乘以信號傳播速度，可得到發(fā)射機到接收機的距離。由 P碼只供美國軍事部門和特許的部門使用，目前的導(dǎo)航型接收機無法使用，因此下面只討論 C/A碼的偽距觀測量，并對偽距定位原理進行詳細說明。多普勒定位法和載波相位定位法定位 精度比偽距測量定位法高，同時其成本造價也要高出許多。 GPS地面觀測點定位的方法較多，有偽距定位法、多普勒定位法、載波相位定位法、偽距測量加多普勒定位法、干涉定位法等。 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的原理 GPS定位的基本原理是衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機的三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。在用機外電池的過程中，機內(nèi)電池自動充電。同時采用機內(nèi)機外兩種直流電源。也有的將天線單元和接收單元制作成一個整體，觀測時將其安置在測站點上。 GPS接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分。接收機用 GPS信號實時地測得運動載體的狀態(tài)參數(shù) (瞬間三維位置和三維速度 )。 GPS信號接收機所位于的運動物體叫做載體 (如航行中的船艦，空中的的飛機，行走的車輛等 )。 靜態(tài)定位中， GPS接收機在捕獲和跟蹤 GPS衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機高精度地測量 GPS信號的傳播時間，利用 GPS衛(wèi)星在軌的己知位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標(biāo)。注入站主要功能為將主控站送來的衛(wèi)星星歷、鐘差信息和軌道修正參數(shù)，每天一次注入到衛(wèi)星上的導(dǎo)航電文存貯器中。監(jiān)控站對衛(wèi)星進行跟蹤與測軌，以 2200～ 2300MHs頻率接收衛(wèi)星的遙測數(shù)據(jù)，進行軌道預(yù)報，并收集當(dāng)?shù)貧庀蠹按髿夂蛯α鲗訉π盘柕臅r延數(shù)據(jù)，連同時鐘修正、軌道 預(yù)報參數(shù)一起傳送給主控站。 監(jiān)控站為無人值守站，共有 5個。由于衛(wèi)星上的原子鐘有足夠精度，故導(dǎo)航更新數(shù)據(jù)約在每天才更新一次。主控站負責(zé)接收、處理來自各監(jiān)控站跟蹤數(shù)據(jù)，完成衛(wèi)星星歷和原子鐘計算，衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)計算，產(chǎn)生向用以空間衛(wèi)星發(fā)送更新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。 基于 GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 6 圖 21 GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 GPS System structure sketch map 2)地面控制系統(tǒng) GPS地面控制部分由分布在全球的若干個跟蹤站所組成的監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監(jiān)控站和注入站。運行周期為 11小時 58分。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差 90度，同一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前 30度。 1)空間部分 GPS的空間部分是由 24顆 GPS工作衛(wèi)星所組成，這些 GPS工作衛(wèi)星共同組成了 GPS衛(wèi)星星座，其中 21顆為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星 ， 3顆為活動的備用衛(wèi)星。 衛(wèi)星定位原理 衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成 GPS的整個系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成。隨著人 們對 GPS認識的加深， GPS不僅在測量、導(dǎo)航、測速、測時等方面得到更廣泛的應(yīng)用，而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。 5)功能多、應(yīng)用廣 GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度和時問信息，可以利用衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播技術(shù)，構(gòu)成一種具有通信、導(dǎo)航定位、識別及授時的多功能系統(tǒng)。 4)全球、全天候作業(yè) 由于 GPS衛(wèi)星數(shù)目較多且分布合理，所以在地球上任何地點均可連續(xù)同步地觀測到至少 4顆衛(wèi)星，從而保障了全球、全天候連續(xù)實時導(dǎo)航與定位地需要。 2)觀測時間短 隨之 GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前 ,20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需 15～（論文） 5 20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準站相距在 15km以內(nèi)時，流動站觀測時間只需 1～ 2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。目前 GPS系統(tǒng)單點實時定位精度可達 5～10m，靜態(tài)相對定位精度可達 1～ ，測速精度為 ，而測時精度約為數(shù)十納秒。 GPS系統(tǒng)采用衛(wèi)星定位，可以有效地修正因為傳播帶來的誤差。 GPS定位技術(shù)特點 GPS的問世標(biāo)志著電子導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展到了一個更加輝煌的時代。精密定位服務(wù)可讓用戶享有系統(tǒng)的全部精度。每顆衛(wèi)星都傳送 L1和 L2頻率。精密定位服務(wù)提供較高的精度和反干擾保護，它 通過密碼技術(shù)來控制。 GPS系統(tǒng)由 24顆 GPS工作衛(wèi)星及 3顆在軌備用星組成，運行軌 道約為 29000km，分布在 6個軌道面上。它是一種為海上、陸上、空中的用戶提供全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，并以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，成功地應(yīng)用于航空航天、軍事、交通運輸、資源勘探、通信、氣象等幾乎所有的領(lǐng)域中，被作為一項非常重要的技術(shù)手段和方法。由此可見，車載移動單元的實現(xiàn)必須借助 GPS 定位技術(shù)、微型計算機技術(shù)及 GSM 移動通信技術(shù)。另外，GSM 通訊模塊也可以接收指揮調(diào)度中心的命令，并顯示出來。 單片機數(shù)據(jù)采集單片機數(shù)據(jù)處理GP SOEM 板GS M模塊 圖 12 車載移動單元 The mobile unit for vehicle positioning 車載移動臺由 GPSOEM 板、單片機數(shù)據(jù)采集模塊、單片數(shù)據(jù)處理模塊及 GSM 通訊模塊組成（如圖 12）其工作原理為：單片機數(shù)據(jù)采集部分定時從 GPSOEM 板提取車輛經(jīng)度、緯度、時間等數(shù)據(jù)。 車載移動臺 車載移動臺是車輛監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分 ，它的性能直接決定著監(jiān)控系統(tǒng)的品質(zhì)。在接收端末上傳成功信號情況下，網(wǎng)絡(luò)將該端消息進行保存排列，以備后續(xù)重新發(fā)送。因此現(xiàn)階段通常采用 GSM 作為車輛監(jiān)控系統(tǒng)的通信手段。國家公眾 GSM 通信網(wǎng)具有覆蓋廣、數(shù)據(jù)通信質(zhì)量可靠、系統(tǒng)規(guī)模大等優(yōu)點。采用 GPS定位具有精度高、全天候、不受地域限制等優(yōu)點，在定位精度、靈活性、使用成本等諸多方面與目前其他定位技術(shù)相比具有較大的優(yōu)勢。 GPS 定位技術(shù) 當(dāng)今世界上應(yīng)用較為普通的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有 3 種，它們分別是美國的 GPS、俄羅斯的GLONASS 與海事衛(wèi)星系統(tǒng)，其中以 GPS 最為成熟，支持廠商最多，是世界上應(yīng)用最廣的定位系統(tǒng)。然后通過 GSM 移動通訊傳送到指揮調(diào)度中心，指揮調(diào)度中心在接到車輛上傳的信息后，根據(jù)車輛的當(dāng)前狀況科學(xué)的進行調(diào)度和管理，從而提高運營效率。 車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)由車載移動單元、通訊網(wǎng)絡(luò)、指揮調(diào)度中心三部分組成。通過附加服務(wù)信息，出行者還可以利用旅行時間進行各種信息交流和商務(wù)活動，充分享受信息社會帶來的便利條件。其中，車載移動臺不僅可以使交通管理部門實時了解單 個車輛的位置和運營狀態(tài)，而且結(jié)合地理信息系統(tǒng)可以使交通管理部門實時掌握整個區(qū)域甚至整個城市的交通暢通狀況，從而制定出合理的交通指揮方案。 為了減少交通擁擠和提高整個交通運輸系統(tǒng)的效率，為駕駛員提供良好的信息服務(wù)和安全舒適的駕駛環(huán)境，車輛監(jiān)控系統(tǒng)將全球定位系統(tǒng)（ GPS）、地理信息系統(tǒng)（ GIS）和微型計算機系統(tǒng)進行有機結(jié)合，可以實時提供車輛的空間位置，在線提供車輛及其周邊運行環(huán)境的語義和非語義信息，綜合處理多種來源的時空數(shù)據(jù)。 ITS 是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，當(dāng)前正處于開發(fā)試驗階段，目前我國 ITS 的研究重點是：先進的交通管理系統(tǒng)、先進的交通信息服務(wù)系統(tǒng)、先進的公共交通系統(tǒng)和先進的車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)。（論文） 1 0 引言 目前，交通擁堵是世界各國遇到的普遍難題，單純增加道路基礎(chǔ)設(shè)施已不能完全解決交通運輸緊張的狀況，特別是在土地資源更加有限的城市內(nèi)部。為了解決車和路之間的矛盾，需要將現(xiàn)代電子信息技術(shù)引入交通運輸系統(tǒng)，因此智能運輸系統(tǒng) ITS（ Intelligent Transport System)應(yīng)運而生。集衛(wèi)星定位系統(tǒng)，無線通訊系統(tǒng)為一體的車載移動臺是車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它是 ITS 系統(tǒng)實現(xiàn)實時信息服務(wù)的硬件平臺。車輛監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)車輛實時定位和導(dǎo)航，而且還可以實現(xiàn)車輛遠程指揮、交通安全和事故處理。另外，車載移動臺可以為出行者提供各種交通信息服務(wù)，可以改變現(xiàn)在的 “盲目 ”駕駛情況，使出行者可以了解從車輛當(dāng)前位置到目的地的全部交通狀況和變化趨勢，這等于給車輛裝上了一個 “千里眼 ”。 基于 GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 2 1 車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)及車載移動臺概述 車輛定位監(jiān)控系統(tǒng) 車輛 定位監(jiān)控系統(tǒng)作為 ITS 的一部分，其主要功能是對移動車輛進行實時定位跟蹤，并實現(xiàn)對車輛的調(diào)度指揮。其工作原理為：車載移動單元通過接收到的 GPS 信息，此信息包括車輛當(dāng)前的經(jīng)度、緯度、時間等。 車輛是具有高度機動性的移動目標(biāo)，而獲得車輛當(dāng)前位置及其它狀態(tài)信息，并向其發(fā)送調(diào)度指令是車輛監(jiān)控的基本要求，因此車輛監(jiān)控系統(tǒng) 的實現(xiàn)必須借助 GPS 定位技術(shù)和移動通信技術(shù)。該系統(tǒng)通過分布在 6 個軌道上的 24 顆導(dǎo)航衛(wèi)星向全世界發(fā)送定位信息，地面上的任意一點在能夠同時接收到 4 顆衛(wèi)星信息的條件，就可以進行自身定位。 移動通信平臺選擇 目前主要的移動通信手段有公用 GSM 通信平臺、模擬集群、數(shù)字集群、 GPRS、 CDMA等。作為基于國家公用 GSM 通信平臺的車輛監(jiān)控系統(tǒng)，目前其技術(shù)手段最為可靠，也是目前技術(shù)手段最先進的監(jiān)控系統(tǒng)。 GSM短信息工作原理 短信息業(yè)務(wù)屬于 GSM 系統(tǒng)的增值服務(wù)，短信息的工作過程大致如下，短信息的發(fā)送方將編輯完畢的短信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)成功接收后，向發(fā)射端下 傳成功信息；網(wǎng)絡(luò)從短信息中的目標(biāo)號碼查找接收端信息，然后向接收端發(fā)送，當(dāng)接收端正確接收后，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送成功信號。顯然短消息的的方式很適于應(yīng)用在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，首先車輛監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)（論文） 3 據(jù)傳輸量不大，一般情況下只需傳輸車輛的定位數(shù)據(jù)及相應(yīng)的控制調(diào)度指令，目前短信息的數(shù)據(jù)容量足以滿足要求；其次，短信息的數(shù)據(jù)通信質(zhì)量可以保證，由于采用公用移動網(wǎng)，所以無需額外考慮誤碼率問題，減少了工作量。所以對車載移動單元的設(shè)計就顯得尤為重要。同時，單片機數(shù)據(jù)處理部分讀取數(shù)據(jù)采集部分得來的信息，并將此信息送至 GSM 通訊模塊，最后由 GSM 通訊模塊把信 息發(fā)送給指揮調(diào)度中心。而且在緊急情況下，還可以與調(diào)度中心進行語音聯(lián)系。 基于 GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 4 2 GPS定位技術(shù)及 GPS接收機 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS介紹 GPS 系統(tǒng)是由美國國防部的陸海空三軍在 70 年代聯(lián)合研制的新型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它的英文名稱是 “Navigation Satellite Timing and Ranging/Global PositioningSystem”，其意為 “衛(wèi)星測時測距導(dǎo)航全球定位系統(tǒng) ”，簡稱 GPS 系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前己遍及國民經(jīng)濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。 GPS采用擴頻調(diào)制信號，工作在兩個 L波段頻率： （ L1）和 MHz（ L2）上，它提供兩種精度水平的導(dǎo)航服務(wù)：精密定 位服務(wù)和標(biāo)準定位服務(wù)。 L1頻率上調(diào)制有 P碼（精密碼）和 C/A碼 (粗捕碼 ),L2上只調(diào)制 P碼。 用戶 GPS接收機應(yīng)用衛(wèi)星傳送的數(shù)據(jù)來解出導(dǎo)航和時間信息。標(biāo)準定位服務(wù)在未加 SA（選擇可用性）擾碼時 ，可獲得 30m（ 2DRMS）的精度，加 SA擾碼時，可獲得 100m（ 2DRMS）的精度。 GPS系統(tǒng)與 其它導(dǎo)航系統(tǒng)相比，主要特點有如下六個方面： 1)定位精度高 一個導(dǎo)航定位系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)是定位精度。另外，空間技術(shù)、信息處理、信號的最佳接收、精密時鐘等各種先進技術(shù)都為衛(wèi)星定位精度提供了保障條件。隨著 GPS測量技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，其定位、測速和測時的精度將進一步提高。 3)執(zhí)行操作方便 隨著 GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高，有的已達到 “傻瓜化 ”的程度：接收機的體積越來越小，重量越來越 輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動強度。目前 GPS觀測可在一天24小時內(nèi)的任何時間進行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。除用于軍事目的外，還可民用。 6)抗干擾性能好、保密性強 由于 GPS系統(tǒng)采用了數(shù)字通信特殊編碼技術(shù)，即偽碼擴頻技術(shù)，因而 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的信號具有