第八章 全球卫星定位系统GPS

第八章全球卫星定位系统GPSContents概述1GPS的主要应用2网络GPS在物流业中的运用3GPS应用案例4第一节概述一、GPS概念全球定位系统GPS（GlobalPositioningSystem）,是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。全称是卫星授时测距导航系统/全球定位系统（NAVSTAR/GPS；NavigationSystemtimingAndRanging/GlobalPositioningSystem）二、起源和发展1957年10月第一颗人造地球卫星上天，天基电子导航应运而生利用多普勒频移原理1964年建成子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年投入使用。经历20年，耗资300亿美元，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。是美国第二代卫星导航系统。（1）全球通用，24小时可以定位，测速和授时（2）确保美国军事安全，服务于全球战略（3）导航精度可达10—20m（4）1994年3月28日建成，取代其它导航系统全球性，全天候，高精度，保密性GPS测量与经典测量方法的对比：不需要相互通视观测作业不受天气条件的影响网的质量与点位的分布情况无关能达到大地测量所需要的精度水平白天和夜间均可作业经济效益显著三、GPS的特点空间部分24颗GPS卫星组成用户部分GPS接收机地面监控部分1个主控站3个注入站5个监控站注入站监控站主控站四、GPS定位系统的组成注入站空间星座部分：提供星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息地面控制部分：中心控制系统实现时间同步跟踪卫星进行定轨用户部分：接收卫星信号记录处理数据提供导航定位信息GPS空间星座部分24颗卫星(21+3)6个轨道平面55º轨道倾角20200km轨道高度(地面高度)11小时58分(恒星时)轨道周期5个多小时出现在地平线以上(每颗星)在全球各处能观测到高度角15°的卫星4颗以上GPS卫星（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）GPS卫星在轨道上的分布GPS卫星的基本功能：1、接受和存储有地面监控站发来的导航信息，接受并执行监控站的控制命令；2、借助于卫星上设有的微处理机进行必要的数据处理工作；3、通过星载的高精度铯原子钟和铷原子钟提供精密的时间标准；4、向用户发送定位信息；5、在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。GPS地面监控部分控制部分1个主控站3个注入站5个监控站对于导航定位来说，GPS卫星是一动态的已知点，卫星的位置是依据卫星发射的星历（描述卫星运动及其轨道的参数）。每颗卫星的广播星历是由地面监控系统提供的。卫星上各种设备是否正常工作，以及能否一直沿着预定的轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制，另地面监控站还可以保持各卫星处于同一时间标准GSP地面控制站一个主控站：科罗拉多•斯必灵司三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋迭哥•伽西亚(DiegoGarcia)—印度洋卡瓦加兰(kwajalein)—太平洋五个监测站=1个在主控站+3个在注入站+夏威夷(Hawaii)55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradospringsGPS用户部分1.GPS接收机的功能•跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。•解译导航电文，实时解算测站三维位置。2.GPS接收机的类型3.GPS接收机的发展•1981年GPS接收机问世•测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展。（2）按信号频率分：•单频（L1）•双频（L1和L2）（1）按用途分：•导航型•授时型•测地型GPS天线部分将微弱的卫星电磁波信号转变为电信号,并放大GPS主机部分1.变频器2.信号通道3.微处理器4.存储器5.显示器GPS电源部分大地型GPS手持型GPS机车载型GPS机五、GPS的定位原理GPS定位的基本原理是：利用三个以上卫星的已知空间位置，用空间距离交会法，求得地面待定点（接收机）的位置，这就是GPS卫星定位的基本原理。但考虑到各种误差的影响，为了达到定位精度要求，至少需要同步观测4颗以上的卫星。卫星是高速运行的动态已知点，卫星的实时位置是由导航电文解算的，只要实时测量出测站（接受机天线中心）至卫星间的距离，就可以进行测站点的定位。公式如下：式中（xJ，yJ，zJ）为三个卫星某时刻的位置（j=1,2,3）；(xP，yP，zP)为测站点P点坐标；(ρ1，ρ2，ρ3)为卫星到接收机天线的距离第二节GPS的主要应用一、导航&定位GPS在交通运输业中的应用航运、航空搜索陆路交通（车辆导航、监控、交通疏导）船舶远洋导航和进港引水车辆导航管理对航空器的定位及导航车辆导航配备GPS的巡警GPS在军事中的应用GPS导航的舰载飞弹配备GPS的士兵美国海军核潜艇GPS在测量中的应用建立和维持全球性的参考框架板块运动和监测布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量市话网市话网市话网市话网市话网深圳市连续运行卫星定位导航服务系统结构及通信网络示意图市电信局监控分析中心卫星定位信号发射台FM电台基准站1基准站2基准站3基准站4基准站5进入移动电话系统用户用户全向天线定向天线Modem在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用GPS在其他领域中的应用精细农业遥感卫星定轨资源勘探个人旅游及野外探险电力、广播、电视、通讯等网络的时间同步、时间传递….第三节网络GPS在物流业中的运用网络GPS的概念卫星定位公共GPS监控平台InternetGSM网络GPS的特点定位速度快保密性高、可靠系统容量大抗干扰能力强漫游性能好开放度高资源共享功能多精度高覆盖面广网络GPS的工作流程网络GPS对物流系统所起的作用实时监控功能1双向通信功能2动态调度功能3数据存储、分析功能4非特许用户对美国限制性政策的措施GLONASS全球导航卫星系统Galileo系统北斗系统：我国的第一代卫星导航系统1、GLONASS类似于GPS，是俄罗斯以空间为基础的无线电导航系统；其前身CICADA与子午系统同期，于1965年设计，有12颗卫星；20世纪70年代中期开始启动GLONASS计划1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星1996年1月18日，完成24颗卫星的布局，卫星具备完全工作能力GLONASSGPS/GLONASS系统参数比较GPSGLONASS卫星星座21+321+3轨道平面6个轨道面3个轨道面轨道倾角55。64.8。轨道高度20,200km19,123km运行周期11小时58分钟11小时15分钟星历数据轨道开普勒根数地心直角坐标卫星寻址CDMA（码分多址）不同的卫星采用不同的PRN码加以区分FDMA（频分多址）（L1）1602+k?/16MHz（L2）1246+k?/16MHz载波频率L1：1575.42MHzL2：1227.6MHz1602.5625MHz~1615.5MHz1246.4375MHz~1256.5MHz基准坐标系WGS-84PZ-90测距码伪随机噪声码伪随机噪声码码元数1023bit511bit码周期1ms1ms码频率1.023MHz0.511MHz时间基准GPS时统，与UTC保持一定的差值，无跳秒GLONASS时统，经常调整与UTC保持一致，有跳秒导航电文37500bits，持续750秒7500bits，持续150秒2、Galileo背景：GLONASS在轨卫星缺失，GPS独霸市场GLONASS、GPS均由军方控制欧盟：要建立国际民间控制的或欧盟自己的民用导航系统特点：共享的独立于GPS的无增强条件下的适于海陆空的系统。参股共建，收费。阶段：（一）2000年前，可行性评估或定义（二）2001~2005，开发和检测（三）2006~2007，部署（四）2008，商业运行欧盟为何重视伽利略计划•首先，打破美国在这方面的垄断地位，为欧盟赢得可观的市场份额。权威部门预计：伽利略计划将为欧盟创造１５万个高技术含量的就业岗位；每年经济收益有１００亿欧元之多；仅出售航空和航海终端设备一项就可在２００８年至２０２０年将获得１５０亿欧元收入•第二，欧盟开发此项目可为欧盟现在极力提倡的欧洲共同安全防御政策服务。•第三，欧盟认为，没有科技上的领先地位，欧盟在将来许多事务中就没有主导权。Galileo计划的历程历程：阿基米德-GEO-HEO-MEO-LEO---Galileo•主要面临的困难：投资巨大：“伽利略系统”高达36亿欧元的造价美国政府的极力反对：美国的干扰在一定程度上推迟了“伽利略”计划的通过•各国的态度:美国：美国说“伽利略”是个很坏的计划法国：对美国的垄断感到不满德国、荷兰、英国：经济Galileo计划概况•伽利略计划的资金预计为32亿到36亿欧元•系统由30颗高轨道卫星组成，分布在轨道高度为2.4万千米、倾角为56度的3个轨道面上。•基础设施包括天基和地基两部分。•卫星将为用户提供精确的时间和误差不超过一米的全球精确定位服务，与美国GPS和俄罗斯的GLONASS争夺市场。3、北斗系统•目的：快速定位、实时导航，简短通讯，精密授时•由两颗地球同步轨道卫星组成星座，卫星结构简单•定位工作主要在中心站完成，属于主动式导航定位系统•二维导航和定位，高程结果需要由其他途径获得•主要的优势在于军用：通讯、集团用户的调度和派遣北斗系统定位的特点地面中心站用户S1S2DS1DS2D1D2集团用户解决方案地面数据处理中心可以：•利用北斗用户的实时运行轨迹和相关地图对动态用户进行导航和交通管制•遥测北斗用户接收机的工作状态，报警用户收发机的故障，识别用户身份，控制用户使用•响应并回复集团用户对下属用户的定位审查湖州GPS全球定位管理服务系统系统简介大纲一、出租车智能管理信息服务系统简介1、系统原理与总体结构2、主要功能介绍3、出租车智能管理信息服务系统组成结构4、出租车智能管理信息服务系统带来的变化5、出租车智能管理信息服务系统建设特点二、系统功能演示1、GPS监控系统在出租车行业的应用演示2、GPS监控系统在危险品及客货运车辆行业的应用演示计价器设备GPS设备系统原理及总体结构出租车智能管理信息服务系统智能调度管理系统GPS车辆监控系统营运信息分析系统企业行业管理系统110处警指挥系统网上招车与投诉系统GPS系统平台营运数据库平台营运监控平台中国移动GPRS出租车智能管理信息服务系统主要功能出租车智能化调度出租车营运统计分析突发事件报警及处警案情辅助排查及分析设备维修管理及查询客户服务管理分析出租车智能管理信息服务系统系统组成GPS车载终端设备GPS湖州网控中心110接/处警系统GPS车载终端设备出租车调度中心调度中心服务器行业管理、出租车企业分控中心/企业在线管理系统公安监控中心出租车智能管理信息服务系统电话招车公安公交110处警行业管理及数据分析网上招车行业管理、企业管理及数据分析出租车智能管理信息服务系统为社会生活带来新的变化1广大市民5驾驶员4出租车企业3公安机关2政府&行业管理•以全市出租车为统一资源，完成具有高度智能化集中调度管理以及面向公众的招车网站。•以全市出租车营运数据为内容，建立面向智能交通为目标的出租车营运信息数据库，实现对出租车行业营运综合信息的实时性统计分析，为智能交通提供有效数据资源。•以GPS平台为中心，以出租车为主要对象、与市公安局合作建成“移动目标报警处理网络”，在三县两区范围内实现车辆事发地报警，完成最快捷的110接处警目标。•系统建设方案处于国内领先。出租车智能管理信息服务系统建设特点GPS监控系统在出租车行业的应用演示对于出租车行业来说，GPS系统的建设可进行针对出租车的智能化调度、营运动态监管、与110平台的联动以实现突发事件的报警处警、客户服务分析等。出租车GPS监控界面演示出租车电话招车及网上招车一、电话招车乘客拨打13905720