GPS定位技术

关键词： 盲区 可靠 定位 目标

GPS定位技术（精选十篇）

GPS定位技术 篇1

GPS是全球电子定位系统的简称, 最早的时候由美国的国防部研发, 主要作为卫星的无线定位导航和报时工具, 有着跨时代的重大意义。

最初美国海军为了开发出更好的海军导航卫星, 委托当时著名的霍普金斯大学的物理研究实验室进行研究。 这项研发始于上世纪50 年代的后期, 经过不懈努力在1964 年的时候宣告研究成功。 刚开始用于北极星级别的核潜艇, 在定位导航方面起到了至关重要的作用, 由于效果明显很快就在军队特别是在军舰导航定位中投入应用。 但是由于当时技术还不够成熟, 存在一些严重的不足之处, 主要体现在:每台接收机确定达到10 米的单位定点精度需要至少15 次的卫星通过, 而且是必须是合格的通过才行, 得到的结果也仅仅是二维坐标, 只有经纬度而没有高程。 虽然使用广泛, 但基于其存在的缺陷, 迫使美国在上世纪70 年代初的时候重新开始GPS的研发工作, 经过近20 年的努力建成了一套由21 颗工作卫星及3 颗备用的在轨卫星组成的完善的GPS导航系统, 为GPS重新定义。

二、GPS系统的组成

现在的GPS可以称之为一套系统, 是因为其运转更加复杂也更加准确, 首先来说其是由导航星座、地面控制系统及接收机等3 个部分组成的。 其中导航星座也是由21 颗工作卫星和在轨的3 颗备用卫星组成, 它们分别分布在地球周围的6 条轨道上, 轨道的形状呈圆形, 偏心率为0.01, 额定的轨道高度是20200 千米, 倾角是55 度, 每12 个小时就能绕地球一圈, 并且每颗卫星都能以两种频率对军事用户发射经过加密的高精度的导航数据, 这些数据经过破解分析能够将定位物体的位置定位误差缩小在10 米左右, 测速的精度能够达到0.1 米每秒。 GPS后来也开始在民间使用, 其定位精度大概在100 米左右。

GPS的地面控制系统主要部分由5 个监测站、3 个注入站及一个主控站组成。 监测站的主要作用是对在轨的21 颗卫星进行不间断的观察, 时间间隔为6 秒, 也就是说每6 秒就可以进行一次伪距测量;其次, 可以采集必要的气象要素, 定时向主控站进行数据传送, 在主控站内会有专业大型计算机进行数据整合, 经过整合的数据会经由注入站注入卫星, 再由卫星进行用户的播送。

整个GPS系统的工作流程是定制好的, 采用的是无源工作的原理, 也就是说, 每个GPS用户都不需要向GPS系统发送任何的询问或者其他问题, 而只是接收GPS系统的卫星传送出来的数据, 这些数据会通过专业的导航接收设备或者接收机进行显示, 进而达到为人所用的目的。

三、GPS的原理及差分GPS技术

想要利用GPS就需要首先了解其工作的原理。 现在的GPS系统运转极为复杂, 但是其工作的基本原理就是测试出已知卫星到用户使用的接收机的位置的距离, 进而通过多颗的卫星数据就能计算出接收机在地球上所处的位置了。

地理知识告诉我们地球进行自转, 这样一来所有的坐标系在地球自转的过程中都可能处在不断变化的情况之中, 所以导航系统并不适用于对宇宙空间的卫星定位, 在应用最为广泛的导航参量里使用最为广泛且效果最好、最边界的就是测距导航法, 民用的GPS导航定位也是采用的这种办法。

卫星的定位测距法主要有三种, 其中有两种是需要地球表面进行第三参考面的, 它们是2 颗星有源定位, 3 颗星无源定位, 需要有参考面才能确定地球上的用户位置, 而通过4颗卫星测距的定位系统才能进行GPS系统的定位。

最初在美国政府进行GPS的设计工作中计划是要提供两种服务的, 一种服务的定位精度在100 米左右, 主要用于民间客户, 采用的是粗码定位服务;另外一种也更为重要, 是采用精码定位进行服务, 其定位精度能够达到10 米, 主要的客户是军队和有特别需要且经过允许的民间组织使用。 然而在实际的操作过程中却出现了意外, 本来的粗码标准定位服务能够达到的精度远远高于100 米, 能够达到14 米;而精码定位通过GPS得到的数据能够准确到3 米, 这种精确对于普通用户来说是有利的, 但是另外一方面, 民用设备的定位精度能够达到14 米, 对军队设施的安全可能构成极大的威胁, 这与最初的设想完全不一样, 也促使美国政府开始考虑相应的对策, 而SA政策也应运而生。 这一策略的做法是, 把误差通过人为导入到卫星的时钟和卫星数据中去, 进而降低GPS的定位精度, 这样做就是为了让未经过特许的用户不能得到高精度的定位来获取军事信息, 这样一来粗码定位的精度又降到了100 米左右, 此项技术于上世纪90 年代初在所有的轨道导航卫星上实施。 这样一来在SA技术下如何得到更准确定位精度的技术也就应运而生, 也就是本文所讨论的差分GPS技术。

此项技术主要的做法就是通过一个测量站对两个测量目标的测量, 或者是两个测量站对一个目标进行测量, 或者一个监测站对一个目标的测量值进行求差计算, 其目的主要在于消除公共误差及公共的参数。 差分GPS定位就是为了能够降低SA技术所掺入的误差值, 将定位的精度提高, 经过计算的定位精度能够达到10 米, 有的甚至可以更高、更准确。

四、差分GPS (DPGS) 的原理

使用差分GPS技术进行误差消除的原理很简单, 在基准站及其使用用户之间的误差的存在需要这种技术。 一般的做法就是用两台不同的接收机进行相同目标GPS卫星的信号测量, 这种测量是基于一方的测量站的位置坐标为已知, 一般我们称作基准接收机的信号接收机就是安放在已知位置的, 基准接收机在测得的三维位置和已知点进行比较就可以得到相应的GPS的定位数据值, 将这些GPS经过修正的值传送给动态接收机, 然后再根据所测得的实时的位置就能够消除用户位置和测量中的位置误差。

在整个作业完成的过程中, 传输问题至关重要, 就目前来说分别有地面的无线发射台进行差分修正数据的传输, 也有一部分使用近地轨道的小卫星进行数据转发。 在研发之初差分GPS存在着控制面积小的缺点, 想要扩大控制范围需要不断地建设更多的基准站。 随着社会的发展, 人们对于其要求越来越多, 也更加严格, 这样一来就诞生了很多更先进的技术, 如本地差分系统 (LADS) 、本地增强系统 (LAAS) 、广域差分系统 (WADS) 、广域增强系统 (WAAS) 等来满足人们的要求。

五、 (DGPS) 差分定位技术分类

1.按作用范围分类。

(1) 局域DPGS定位技术。 所谓的局域DPGS技术就是由数据基站、数据通信链及相应的用户站组合而成的, 此项技术能够向相关用户提供综合的DCPS改正信息, 但不是单独的有意义的误差源改正, 这也就造成了其工作范围比较小。

(2) 广域DGPS定位技术。 此项技术也是一项系统性技术, 一般来说是由一个主要的控制站点和不定数量的GPS卫星跟踪站, 还有就是一个差分信号播发站, 许多的监测站以及各个分站之间的数据通信网络和最终的用户使用站组成。广域DGPS定位技术有的英文缩写是WADGPS, 这种技术的主要做法是, 将GPS定位中的误差源进行模型化处理, 通过对每一个误差源的误差值进行详尽的计算, 通过数据通讯链再传送给客户端的使用者, 通过改正用户的GPS接收机所接收到的定位数据, 使得得到数据的误差达到最小, 最大程度上改善相关的GPS用户的使用效果。

2.按基准站发送的信息方式分类。

(1) 位置差分。 位置差分方法是一种最为简单的差分法, 所有的GPS接收机都能够通过改装组装成这种差分系统。GPS接收机在能够观测到四颗卫星的时候就能够进行相应的四维定位工作, 如果接收机安装在基准站上, 就能够及时地计算出基准站的位置坐标。 但是另外一方面由于种种的因素影响会存在数据上的误差, 如轨道误差、时钟误差、大气影响等等, 就使计算出的坐标和基准站的已知坐标间也存在数据差异。 基准站能够利用相关的数据链进行误差修正, 再由用户的客户端进行接收就能够最大限度上提高精度。

(2) 伪距差分。 此项技术是适用范围、应用领域最广的一种, 当前来说, 几乎所有的用于商业用途的GPS接收机所采用的都是此种技术。 其基本的工作原理就是基准站中的接收机计算出与卫星的距离, 通过对计算出的距离与含有误差的测量值进行相应的对比, 利用一定的数据公式计算出偏差, 再将卫星的误差测距传输给用户, 用户再根据误差来改正测量的距离, 最后用户利用伪距计算出自身所处的地理位置和精度。

(3) 载波相位差分。 差分GPS能够进行实时的地理位置定位, 其定位精度能够精确到米, 这种定位能够基本满足水下勘测和定位导航的要求, 经过一段时间的发展和运用, 位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等等这些原来看似复杂的技术都已经开始大面积地应用于各个领域之中, 并且能够得到很好的使用效果。

而这里提到的载波相位差分技术的测量精度能够达到厘米级别, 即Real Time Kinematic, 简称RTK。 RTK技术通过实时处理两个监测站的载波相位进行三维坐标定位, 效果更好。

以上提到的几种技术比如位置差分、伪距差分等差分技术最核心的工作原理是一样的, 它们都是通过由基准站发送改正数、再由用户站进行测量结果改正来获得更加精确的定位结果。 所不一样的是其所发送的具体内容不一样, 差分定位精度也就不一样。

六、差分GPS的发展及主要应用

1.差分GPS的发展。 GPS的实时差分动态定位在现代社会越来越多地被应用于各个领域, 这其中包含军事领域。 此项技术从根本上改变了很多的东西, 比如现代战争的开展方式、战略战术的应用, 也开辟了很多的现代商业管理模式。

伪卫星增强的DGPS, 此项技术是误差补偿方法的一种, 能够很大程度上改善GPS定位的授时性能, 能够更大程度上精确用户的位置坐标。

2.差分GPS的广泛应用。 差分GPS技术在房地产的实际测量工作中也广泛应用, 利用GPS技术直接放样, 进行面积测算, 此种技术的使用的好处是方便快捷, 通过GPS接收机中自带的软件就可以得到实际的面积测算结果, 省去了很多的繁杂工作, 最大限度地简化了工作流程, 节省了人工成本和时间成本。

此外差分GPS技术在城乡道路勘测设计方面、在林业领域中、在社会公共安全方面等与人们的生活息息相关的领域的应用都十分广泛, 对人们的生活和工作都产生了极大的影响。

总结: 差分GPS技术的发展是在人们对GPS技术不断的开拓创新过程中逐渐成长起来的, 随着人类社会的不断进步, 差分GPS技术会让GPS更加地精准, 更好地为人类的发展做出更大的贡献。

摘要：本文主要介绍了GPS系统的组成、原理及差分GPS技术, 并对差分定位技术按作用范围、基准站发送的信息方式进行了分类, 最后对GPS技术的发展与应用做了简要概述。

关键词：GPS定位技术,差分GPS技术,发展及应用

参考文献

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[2]刘娣, 薄煜明, 陈益.伪卫星增强的差分GPS方法及关键技术研究[J].弹箭与制导学报, 2009 (02) :67-70.

GPS辅助定位技术研究现状及分析 篇2

GPS辅助定位技术研究现状及分析

主要介绍了GPS辅助定位技术的研究现状,对各种辅助定位技术的.原理进行了分析,重点对GPSOne定位技术的优势和实现策略进行了论述,并提出增强GPSOne技术,同时对位置服务市场前景进行了展望.

作 者：赵娜 胡彩波 潘颖 楚恒林 ZHAO Na HU Cai-bo PAN Ying CHU Heng-lin 作者单位：北京市5136信箱,北京,100094刊 名：全球定位系统英文刊名：GNSS WORLD OF CHINA年，卷(期)：34(2)分类号：P228关键词：GPS定位 辅助定位技术 GPSOne技术 增强GPSOne

新型定位技术信号比GPS强百万倍 篇3

澳大利亚Locata公司的联合创始人兼CEO努齐奥·甘贝尔称：“对于未来的定位系统行业来说，这是最重要的技术之一。”

Locata使用了地面设备而非卫星，在局部区域来投射出比GPS强100万倍的无线电信号。该项目研究人员声称，Locata还可以在室内使用，其接收器能够被嵌于普通手机之中。

GPS在室内环境及大城市中的使用情况并不理想：高耸的混凝土建筑让接受信号变得困难，密集的道路和行人网络意味着准确性是个问题。对比之下，Locata已经拥有了在任何轴线上18cm的准确性，该系统采用地面广播设备取代卫星，向局部区域发射导航信号。其信号强度是GPS卫星信号的100万倍，理论定位精度可达6cm，Locata公司更声称在日后将把这一数字缩小到5cm，并使其具有快速启动能力。

但是，该技术目前仍处于初期阶段，想要取代GPS还需要一些时间和努力。但该技术还有可能会和GPS联合建立一个混合系统，把两者的优势结合在一起。

澳大利亚的Locata公司为美国空军研制的Locata网络定位系统在新墨西哥州白沙靶场进行了实地测试。测试结果表明该系统可在GPS拒止情况下满足军用导航定位需求。（本报综合）

GPS盲区三维定位技术的研究 篇4

由于GPS技术的局限性,实现室内、地下等有遮蔽场所(盲区)的目标定位比较困难,更无法满足盲区内移动目标的三维坐标定位的要求。为了正确可靠地对移动目标进行精确定位,定位系统必须为整个系统提供足够精确、可靠的位置和速度等信息。见图1所示。

目前,定位系统已经从单一传感器类型系统发展到组合定位系统,将多种类型的传感器进行优化配置、性能互补,使系统的精度和可靠性都有很大的提高。在开发研究GPS盲区内的三维定位终端项目中,为了提高定位系统精度和速度,采用无线自组网技术进行终端间的信息数据传输和基于加速度传感器的定位算法,使系统精度达到对室内移动目标定位累计误差小于5%。定位信息是预报和处置突发事件最基础的重要数据,GPS盲区的三维定位技术就能满足此方面的需求。

1 惯性导航定位技术和GPS的定位技术

1.1 惯性导航定位技术

惯性仪表主要指陀螺仪、加速度仪和陀螺仪与加速度仪的组合装置等,它们是惯性系统的重要组成部件。陀螺仪用来检测运动载体在惯性空间中的角运动,加速度计用来检测运动载体在惯性空间中的线运动。根据测量数据和运动微分方程组实时地、精确地解算出运动载体的位置、速度和姿态角。惯性导航系统分为平台式惯性导航系统(INS)和捷联式惯性导航系统(SINS)。

(1) 陀螺仪

转子陀螺仪的运动特性与一般刚体的根本区别在于转子旋转产生的角动量,这种陀螺仪服从牛顿力学。随着激光技术的发展,建立在全新测量原理上的另一类陀螺已发展起来,这就是光学陀螺,这类陀螺服从量子力学。

(2) 加速度仪

加速度计实际是一个对作用在物体上的力的传感器。惯导系统要求的是要感觉出造成物体在地球坐标系中的运动的力,然而实际作用在物体上的力不那么单纯,为此要引入比力的概念。

比力定义为作用在单位质量上惯性力与万有引力的矢量和,相应的定义式为:f=a-G。其中,a为质量块相对惯性运动的加速度(m/s2),G为万有引力加速度(m/s2)。

在惯性导航系统中,加速度计安装在运载体内某一测量坐标系p中(如平台式导系统的平台坐标系,捷联式导系统的载体坐标系),假设测量坐标系p相对地球坐标系e的转动角速率矢量为ω${}_{ep}^p$,经推导,p系中加速度计所敏感的比力矢量fp满足比力方程。

$f{}^p=\overline{V}{}_{ep}^p+(2\omega {}_{ie}^p+\omega {}_{ep}^p)\times V{}_{ep}^p-g{}^p$ (1)

式中,$\overline{V}$${}_{ep}^p$为p系中运载体相对地球的加速度矢量;ω${}_{ep}^p$×V${}_{ep}^p$为p系中p系相对e系统相对系转动所引起的向心加速度;2ω${}_{ie}^p$×Vpep为p系中运载体相对地球的速度V${}_{ep}^p$与牵连转动角速率ω${}_{ie}^p$的相互影响形成的加速度矢量,运动学将它称为哥力奥利(Coriolis)加速度或哥氏加速度;gp为p系中地球的重力加速度矢量。

比力方程是惯导系统的一个基本方程,它反映加速度计所敏感到的比力fp与运载体相对地球运动的加速度$\overline{V}$${}_{ep}^p$之间的矢量关系。因此,由加速度$\overline{V}$${}_{ep}^p$对时间的一次积分,可以得到运载体在p系中的速度V${}_{ep}^p$;由速度V${}_{ep}^p$对时间的一次积分,可以得到运载体在p系中的位置rp。

平台坐标系如图2所示。

1.2 GPS的定位技术

GPS的定位原理,是人造卫星围绕地球运转时,卫星位置作为已知值,向地球表面发射经过编码的无线电信号,编码中包含卫星信号准确的发送时间,以及不同的时间,卫星在空间的准确位置。当载于海陆空运载体上的卫星导航接收机在接收到卫星发出的无线电信号时,如果接收机有与卫星钟准确同步的时钟,便能得到信号的到达时间,从而能计算出信号在空间传播的时间。用这个传播时间乘以信号的传播速度,便能求出接收机与卫星之间的距离R。$R=\sqrt{(x{}_1-x){}^2+(y{}_1-y){}^2+(z{}_1-z){}^2}$ (2)

式中,R为卫星与接收机之间的距离;(x1,y1,z1)为表示卫星位置的三维坐标值,(x,y,z)为表示接收机位置的三维坐标值;其中(x1,y1,z1)和(x,y,z)是已知量和未知量。

如果接收机能接收到三颗卫星的数据,便能写出三个这样的方程式,把这三个方程式联立起来,便能解出接收机的三个未知数,从而定出接收机的位置。

实际上,因为接收机一般不可能有十分准确的时钟,所以由它计算出的卫星信号在空间的传播时间是不精准的,因而测出的距离也不精准,这样计算出的距离叫做伪距(PR)。但接收机在接收卫星信号时,接收机的时钟与卫星导航系统所用时钟的时间差是一个定值,假设为△t,那么上述公式就要改写成:

$R=\sqrt{(x{}_1-x){}^2+(y{}_1-y){}^2+(z{}_1-z){}^2}+△t\times c$ (3)

式中,c是电波传播速度(光速);△t也是个未知数。

因而接收机至少能测出距四颗卫星的伪距,便能写出四个这样的方程式,把这四个方程式联立起来,从而求出接收机时钟的偏差,并同时计算出接收机的位置。

2 一般组合定位模型

2.1 组合的原因

惯性导航系统INS是一种隐蔽性好、不怕干扰、自主式、可全球运行的系统,但随时间推移定位误差会不断积累。全球定位系统GPS 从一开始就备受人们关注,GPS能为海陆空的用户提供全时间、全天候连续地精确的三维位置、速度和时间信息,但GPS却存在易受电子干扰影响、信号可能被遮挡的缺点。可以看到,将惯性导航系统INS的短期高性能特性和全球定位系统GPS长期高精度性能特性有机结合起来,就能充分利用各系统的特性,提高定位精度和可靠性,并进一步扩大使用范围。

2.2 组合原理

惯性导航系统INS和全球定位系统GPS组合定位系统的实质, 就是将惯性导航系统INS和全球定位系统GPS两个定位子系统所测量的数据信息进行优化。即利用惯性导航系统和GPS接收机等作为多源信息, 根据这些多源信息计算出关于定位最优估计量。图3是INS/GPS组合导航系统的工作原理。

可以看到,多源信息的组合设计中,算法是整个组合系统的核心部分。组合定位系统用于实时地估计系统的误差状态,然后依据某种意义上算法估计出控制值,对组合定位系统进行修正,从而提高组合定位系统的定位精度。

3 引入步长模型与运动分类的算法研究

利用速度和方向测量实现位置信息的推算的方法如下:N为导航坐标系,yox为移动目标坐标系,传感器对目标的速度和方向信息的计算是在物理坐标系完成的,而具体位置计算是在导航坐标系,这样可以得到状态方程如下:

见图4所示,其中θ是N轴与Y轴的夹角,(n,e)是导航坐标系的北向和东向分量,(u,v)是物理坐标系中两个速度分量。

由于传感器获得瞬时加速度数据影响到最终结果,所以通过建立走与跑两种运动状态模型,以便获得最佳原始数据。

WALK参数模型:

Lwalk=αwalk·f+βwalk·v+γwalk (5)

f>fthresholdv>vthreshold (6)

RUN参数模型:

Lrun=αrun·f+βrun·v+γrun (7)

f≤fthresholdv≤vthreshold (8)

其中,f=1/ts为步频;fthreshold=1/tthreshold为区分走与跑两种运动状态的步频阈值;v为一步之内加速度的方差;vthreshold为区分走与跑两种运动状态的一步之内加速度方差阈值;αwalk、βwalk、γwalk、αrun、βrun、γrun为模型参数,通过模型标定过程辨识得到。

当接收机进入GPS信号的盲区时,开始利用DR算法对定位信息进行修正。接收机可以得到进入盲区前k-1时刻的速度和航向,同时加速度传感器可以测出加速度ak-1。

由牛顿惯性定律可得式(9):

$\alpha {}_{k-1}=\sqrt{\alpha {}_x^2+\alpha {}_y^2}\left|\text{Δ}\overrightarrow{V}{}_k\right|=\left|\overrightarrow{\alpha }{}_{k-1}\right|{\rm T}$ (9)

其中,Δ$\overrightarrow{V}$k为速度的变化矢量,T为加速度传感器的采样周期。如图5所示。

移动目标在k-1时刻的速度和向前的加速度αy方向是近似相同的,则有如式(10):

$\gamma {}_k\approx \tan {}^{-1}\frac{\alpha {}_x}{\alpha {}_y}$ (10)

根据三角形的正弦定理可得如式(11)、式(12):

sinαk=sin(βk+γk) (11)

$\frac{\overrightarrow{V}{}_{k-1}}{\sin \beta {}_k}=\frac{\left|\overrightarrow{V}{}_k\right|}{\sin \gamma {}_k}=\frac{\left|\text{Δ}\overrightarrow{V}{}_k\right|}{\sin \alpha {}_k}$ (12)

可以得到如式(13):

$\beta {}_k=\tan {}^{-1}\left(\frac{\sin \gamma {}_k}{\left|\frac{\text{Δ}\overrightarrow{V}{}_k}{\overrightarrow{V}{}_k}\right|-\cos \gamma {}_k}\right)$ (13)

把γk,βk,αk代入式中可以得出下一个时刻的速度如式(14):

$\left|\overrightarrow{V}{}_k\right|=\frac{\sin \gamma {}_k}{\sin \beta {}_k}\left|\overrightarrow{V}{}_{k-1}\right|$ (14)

由图示三角形关系$\alpha {}_k=\left|\psi {}_k-\psi {}_{k-1}\right|$和加速度αx(k)的方向,可以得到下一个时刻的航向ψk。

结合图(1)中两个坐标系的转换关系,可以得出新时刻北向和东向的位移方程如式(15):

ΔNk=(Vkcosψk)T ΔEk=(Vksinψk)T (15)

根据几何关系分析,在较小的位移内经纬度的变化表示为如下:

$\text{Δ}\text{ϕ}{}_k=\frac{\text{Δ}{\rm N}{}_k}{R{}_E}\text{Δ}\lambda {}_k=\frac{\text{Δ}E{}_k}{R{}_E}$ (16)

其中,Δϕk为纬度变化,Δλk为经度变化,RE为地球半径。GPS可以给出INS定位时的初始位置(λ,ϕ),新时刻的位置可以由下式得到如下:

λk=λk-1+Δλk ϕk=ϕk-1+Δϕk (17)

加速度传感器测量移动目标坐标系中两个轴向X方向和Y方向的加速度值,输出的信号经过单片机计算出X和Y方向的加速度值,把结果送人微处理器,并且应用加速度传感器多次“排序”,可以补偿加速度测量的误差,提高准确度。在微处理器的航位推算程序中,计算出相对位移和下一个时刻的速度、航向,存入存储器中。GPS接收机将接收到的卫星导航信息通过端口送人微处理器,进行计算,得到平面位置、高度、速度、时间、航向等信息。当GPS定位有效时,微处理器将惯性数据和GPS定位数据通过分布式数字卡尔曼滤波组合在一起得到最优的定位结果。当GPS进人盲区或可见卫星少于3颗时即切换到惯性导航系统,利用GPS提供的初始速度和航向,通过航位推算来维持正常的导航定位。显示控制模块定时刷新LCD显示屏,并将定位信息提供给用户。

4 结 语

综上所述,在GPS等定位技术无法发挥作用的特殊场合(盲区或移动目标的三维定位),现有一些技术,如超宽带技术(UWB),也可以实现GPS盲区(如室内)精确的三维定位,其定位精度甚至达到1cm以内。但是它们需要预先在建筑物内大量布放探测节点(探测器),这在很多应用场合是不现实的,因此我们提出了基于三维加速度传感器的盲区定位技术。即采用精密传感器技术,获取移动物体的三维坐标信息。即利用传感器的物理感知功能,获取目标的位置数据;通过定位算法得到目标的三维坐标;同时采用无线传感器网络技术实现各个节点的位置校准和信息传输,并传输至处理中心,从而实现盲区移动目标的三维精确定位。拓展了定位导航的应用范围,尤其在特种行业和要求无盲区定位的应用中,将会发挥无可替代的作用,形成新的定位导航的应用领域。

参考文献

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GPS定位技术 篇5

一、引言

自1957年10月人类把第一颗地球人造卫星送人太空以来，空间科学即以非常迅猛的速度发展。20世纪60年代问世的地球人造卫星导航定位技术，到70年代已发展为全球定位系统GPS（Global Positioning System），它是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。GPS定位技术从问世之初取代常规大地测量和工程控制测量，发展到目前，它已渗入工程测量、地籍测量、交通管理、导航、地理信息系统、海洋、气象和地球空间研究等许多领域。差分GPS（DGPS）与相位差分GPS（RTK）技术，实现了高精度实时动态导航与定位，可以在一个瞬间获得厘米级精度的测站坐标。GPS全站仪己经向传统的全站仪发起了挑战。GPS定位技术日益广泛应用，使它成为测绘专业类学生的一门必修课程。

GPS定位技术在各行各业的广泛应用，使得GPS定位技术人才的需求出现供不应求的局面。为了适应国民经济建设中各部门对GPS定位技术人才的需要，如何尽快培养一批高素质的测绘科技人才，正日益受到各学校的重视。但各学校由于师资力量、教学设备、教学手段、方法等软硬件的差异，要真正完全全面的开展GPS定位技术教学，使学生全面掌握该技术，必须通过强有力的教学手段，充分利用现代化的教学设备，把理论和实践强有力的结合在一起，安排好教学的各个环节，以期获得最佳的教学效果。本人从多年的教学实践经验中，探索出一条适合现代教育新理念的教学方法。

二、GPS定位技术教学中教师的准备

GPS定位技术是一门涉及物理学、电子学、数学、计算学、测量学等集合多门类、多学科、多技术的现代新技术、新方法。作为指导教学与实践的教师，除了具备专业教学知识外，还必须具备与该项技术所涉及学科的知识结构。

扎实的专业理论基础是进行授课的基本前提，而在实践过程中仪器的正确操作使用，计算机数据处理软件的熟练运用，各种问题的判断处理，处理结果的质量检验以及相应应对措施等技能要求，就向教师提出了更高的技术要求。没有对各厂家GPS接收机及相应处理软件的深入了解和熟练运用，没有较强的分析处理能力，就很难达到很好的指导学生学习的目的。

因此，作为指导实践的教师必须从我做起，深入掌握GPS定位理论，加强理论与实际相结合，对外业数据采集、内业数据处理、成果质量检核、数据分析利用等有一定的实践经验；对在教学中遇到的可能技术问题应有所准备，能够做各项操作的示范演示；对实际操作中需要掌握的关键技术环节和技术要领以及容易出错的地方，更应有所准备，预先进行提示，以达到事半功倍的教学效果。只有具备上述条件，才能进行有效的指导作用。

三、列举事例、创设兴趣目标，变被动接受为主动探索

在长期的教学实践中，我发现第一节课至关重要。它是引导学生进入科学殿堂的开启钥匙，运用得当，事半功倍；而这把钥匙不是别的就是兴趣。为了一下抓住学生的心，必须首先创设兴趣目标，在兴趣目标的带领下，一步一步地引导学生主动去探索科学知识，达到教与学最佳的效果。

在第一节课中，我运用多媒体电影技术，把学生带入了一个神奇王国。从通过截获的一个简短的手机通话而确定了通话者的准确位置到1990年海湾战争的准确打击；从茫茫戈壁中独自走出的旅行者到飞行器的“盲着陆”；从地壳的自动化变形监测到大陆板块的漂移；一件件具体生动的事例使学生产生了极大的兴趣。用什么定的位？如何定的位？怎么那么准？还可以做什么？一串串问题被提了出来。所有问题基本上涉及了本课程所有理论内容，包括由来、原理、应用，等等。

根据学生提出的问题和课本知识结构，及时创设各个兴趣目标，再以学生兴趣点的强弱把学生分为若干小组与兴趣目标一一对应，然后对各小组提出要求，给出一定时间（一到两周）从各渠道收集整理各个兴趣目标资料，汇总、编辑、提炼、总结，以备交流与讨论，如图1所示。

四、指导与讲授相结合，变填鸭式为解惑引导式

在前阶段中，学生已通过前期的准备初步了解了各个兴趣目标的内容，兴趣点下降，其它相关兴趣点相应增强，疑问点增多。因此，在此阶段，必须因势利导，因材施教，组织大家进行交流、讨论。以小组为单位，对各自准备内容进行讲解、演示，并提出自己的疑点、难点，最后由教师进行汇总、归纳，而后由教师统一进行讲授解惑。

这一过程是整个教学的核心阶段，必须有充分的课时安排。通过前面的准备学习，学生已具备一定的一般知识，因此，在此阶段，教师在教学安排上要以重点、难点、疑点为目标，集中讲解。并且针对学生提出的问题，有目的、有步骤地解惑答疑，引导学生深入掌握课程核心内容。

同时，大量的实践内容需要学生认真熟练的掌握，为了保证学生能够更好的加强自己动手实践能力的培养，必须制订严格的操作规程，规范其行为，培养其操作技能和团队合作精神。所以必须严格要求，强化纪律。教师也必须深入现场，极大地发挥指导作用，及时发现问题、解决问题，对学生的操作、设计、处理进行正确的指导与评判。

五、合理分配学时，理论实践相结合鉴于教与学的互动性要求，必须充分考虑学生实践与教师教学课时安排的科学性与合理性，每一环节务必做到恰到好处。在教学实践中，要紧密结合教学大纲，合理规划、精心制定授课计划，既要满足正常的授课课时要求，又要保证有足够的课时用于学生的仪器操作、布网、数据采集、数据传输、内业处理、处理成果的质量检核等实践内容，同时还要保证一部分机动课时用于学生资料收集、汇总、归纳，课堂自讲，交流，讨论等。本人结合自己教学实践，给出如下课时安排及课时分布比例：

从课时分布图上大家可以看出，学生自主实践时间，再加上互动时间基本上占教学计划的一半时间，其所占比重明显上升。因此，有人担心教师讲授的课时不够用，但其实大可不必担心。因为，在前期阶段，学生已进行了充分的准备，对课文也进行了大量的预习阅读，所以我们就可以大量减少一般问题的讲述，而重点放在了难点、疑点的讲解和课程学习的指导上，从而实现了教与学的互动性，加强了学生的主动性与积极性，为我们高质量、完成教学任务

六、制订详尽的实习计划，加深、升华教学内容

详尽的实习计划，不仅关系到实习的效果，还关乎着整门课程的理解与把握。如果说理论是实践的基础，那末实践即使对课程掌握程度的检验，又是对课程的加深理解和升华。而GPS定位技术又是一门实践性、可操作性、技术性非常强的课程，大纲要求学生必须能够自己熟练掌握GPS仪器的正确操作使用、控制网的布设、数据的采集以及内业数据的传输、处理、基线解算、平差和成果质量检核、判断、处理等等，因此针对目标⑦的外业实习和目标⑧的内业数据处理必须制订详尽的实习计划，在规定的时间内使学生掌握其精髓，独立完成实践课程，并制定详细的实习评价体系，对学生分类、分项、分步进行细化考核评价，将最终评价结果输入学生成绩管理系统，如图3。

七、结语

GPS定位技术是一门技术性强、理论性严密的课程，它对教学工作提出了更高的要求。一是教师的素质要求；二是仪器设备及相应处理软件的要求；三是教学方法、手段、技巧的要求。虽然有很过困难，但是只要能够采取正确的教学方法，激发学生的兴趣，充分调动学生的积极性，使学生主动参与到教学的过程中，并且加强教师的指导作用，那么一定可以取得良好的教学效果。

参考文献：

GPS定位技术 篇6

【摘 要】国土测绘中采用GPS测绘技术，能够为国内各种国土工作的开展提供准确的参考数据，而各种国土测绘工作在开展过程中必须用到测绘技术及其相关仪器设备。GPS 以其测量精度高和自动化程序高的优势成为地籍测绘中的重要技术手段之一。

【关键词】 GPS 技术；地籍测绘；应用方法

GPS 在国土资源管理中的应用范围十分广泛，他能够帮助我们收集国家土地的相关信息。我国现阶段对于土地利用不断强化，对于地基测量的管理也面临着新的挑战。由于我国地员辽阔的原因，在进行地籍测量的时候不可能全部依靠人力而完成。为了能够在较短时间内得到精准的国土测绘管理信息，我们必须运用 GPS 设备进行相关信息的收集和检索。所以 GPS 技术在我国国土测绘管理中的应用是十分的广泛的。

1.GPS 在地籍控制测量中的应用

全球定位系统 GPS 卫星技术的迅速发展，给测绘工作带来了翻天覆地的变化，同时也对地籍测量工作，特别是地籍控制测量工作带来了巨大的影响。地籍测量管理是国土测绘管理的核心工作，主要是从事规定区域内土地及其附着物的界限、位置、面积、权属和利用现状等基本情况的调查和测定，并测绘出具体的几何形状、GPS 管理技术的应用为国土测绘管理、地籍测量、地籍控制测量等工作带来巨大的便利。根据国家土地局颁布的《城镇地籍调查规程》要求，地籍平面控制网方式主要有一级、二级小三角网；二、三、四等三角网一、二级 GPS 网；边角网、三边网等。应用 GPS进行地籍控制测量，点与点之间不要求互相通视，这样就可以避免了常规地藉测量控制时，点位选取的局限性，并且 GPS 网状结构对 GPS 网精度的影响也非常小。由于 GPS 技术具有布点灵活、全天候观测、观测方便及计算速度快、精度高等优点，使 GPS 技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用。

1.1 GPS 地籍控制网的优化设计

在经典三角测量的控制网中，兼顾精度、可靠性及成本费用等准则的优化设计已有许多研究和应用成果。与经典观测相比， GPS 观测具有更为复杂的函数和随机模型。尽管 GPS 具有灵活多变的布网方式，速度快、精度高等优点，但 GPS 地籍控制网的设计也存在优化问题。优化设计后的 GPS测量，更能显示出 GPS 卫星定位技术的高精度与高效益，并在地籍调查中发挥重大作用。在建立 GPS 地籍控制网时，影响控制网精度的主要因素是观测数据的精度， 而影响观测数据精度的主要误差来源可分为：①与信号传播有关的误差；②与接收设备有关的误差；③地球自转、相对论效应等影响所造成的误差；④与接收设备有关的误差等影响所造成的其他误差。

1.2 GPS 地籍控制网管理中的改进和完善

过去我们都是采用传统的经典三角测量的控制网，他的准确性、可靠性、全面性都有待于提高，同时它的成本费用也比较高，所以制约了国土测绘工作的开展。地籍测量的首要任务就是进行全测区的控制测量，他是测绘地籍图件和数据采集的基础。控制网点点位密度，GPS 地籍网可以按测区范围和先后次序分基本网和加密网两类。由于国土地区界址点密度较大，所以在保证网点的点位精度条件下，控制点密度力求增大到便于测定界址点，必要时在 GPS 网下再加密一级图根导线，便于能直接从图根点测定界址点。GPS各边比常规网边长变化幅度大并且长短边结合灵活方便，因此，各级网可视需要分期布设，也可一次性混合布设到需要的密度。这样对于 GPS 技术观测网的建立使用，大大提高了观测工作的精准度和效率。对 GPS 地籍控制网的优化布网方式的运用，可以充分发挥出 GPS 卫星定位技术高效率、高精准度的优势。与此同时，在建立 GPS 地籍控制网时，也应采取有效措施来克服影响 GPS地籍控制网精准度的因素，如地球自转、相对论效应、磁场变化等自然因素，这些容易造成信号传播过程中产生误差，从而容易造成数据信号接收系统与设备的误差，这将直接影响观测数据的准确性，影响控制网的精准度。因此，我们在应用 GPS 地籍控制网进行测绘时，既要注重细节，又要善于发现，争取早日找到克服误差因素的有效方法，提高国土测绘数据的准确性。

1.3 GPS 技术引入地籍细部测量

地籍细部测量是地籍调查不可分割的组成部分，他的目的就是测定每宗土地的权属界址点、线、位置、形状、数量等。根据地籍调查规程可知，在地籍平面控制测量基础上的地籍细部测量，对于国土外围界址点及街坊内明显的界址点之间的间距允许有10cm的误差，城镇街坊内部隐蔽界址点及村庄内部界址点之间的间距允许有15 cm的误差。利用 GPS RTK 技术完全能够满足上述精度的要求。对于影响 GPS 卫星信号接收的遮蔽地带应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，并采用解析交会法、极坐标法、图解交会法等进行地籍勘丈，这样更有利于加快地籍细部测量进度。

2. 位置基准点的偏差对 GPS 网的影响

GPS 网的基准包括网的位置基准、方向基准和尺度基准。而网的基准的确定是通过网的整体平差计算的。GPS 网的基准设计主要是指确定网的位置基准。确定网的位置基准， 可以选网中一点的坐标值加以固定，通过自由网伪逆平差或稳拟平差来确定网的位置基准。这种以最小的约束法进行 GPS 网的平差是对网的定向与尺度没有影响， 平差后网的方向和尺度以及网的相对精度都是一样的， 但网的位置以及点位精度却不一样。当应用 GPS定位技术代替常规测量建立地籍控制网时，由于 GPS 定位得到的是 WGS-84 坐标系的三维坐标，所以GPS 在参考椭球面上的网形与其在参考椭球面上的位置基准有关。在经度方向上位置基准的偏差能使 GPS 网产生整体旋转，但对于一定范围、高差较小的 GPS 网而言，其位置基准在经纬度方向上的偏差（一般 100m 以内）对投影在椭球上网形的影响可忽略不计，对于高差大的 GPS 网则要求有较精确的起算数据。由于位置基准在高程方向的偏差使投影在椭球面上的 GPS 网的尺度发生变化，所以，可用常规方法测定高程。

在国土测绘过程中，通过对现代测绘技术的有效应用，可以大大的提高国土测绘工作的效率，提高测绘信息的精确度。地籍测量往往具有范围大、界址点测量琐碎、数据更新快等特点，同时GPS 作为地籍测量中的一种测绘技术，他具有很多的优点，如：操作简便、减少人力费用、定位精度高、全天候作业等，但同时有时候也存在卫星可见度、信号屏蔽等问题。针对 GPS 的这种缺陷性，为了解决 GPS 无法测量部分地籍碎部点这一问题，提出了 GPS 与全站仪、GPS 与 CCD 相机、GPS 与手持式激光测距仪集成等测量技术措施。目前，我们正处于社会经济与科学技术迅猛发展的时代，只有让现代测绘技术不断适应时代的发展需求，才能不断改良国土测绘的新技术，并有效的应用这些技术，才能够更好的促进我国现代测绘技术的较快发展。

参考文献：

[1]王旭军.综述 GPS 测量在土地测绘中的应用[J].科技与企业，2011（9）：92.

[2]周忠谟，易杰军.GPS 卫星原理与应用[M].北京：测绘出版社.

GPS定位技术 篇7

一、GPS测量技术概述

1. GPS定位系统的组成

GPS定位系统由三个部分组成, 首先是空间星座部分, 其次是地面监控部分, 最后是GPS信号接收机。其中空间星座部分由工作卫星和备用卫星组成, 工作卫星有24颗, 备用卫星有3颗。工作卫星的分布位置是圆形的轨道, 主要是平均分布的方式。卫星轨道和地球赤道之间的倾角为50度, 各个轨道之间都有一个升交点, 每个升交点的赤经相差60度。在地平线以上的地方, 卫星的数目随着时间和地点的不同而发生变化, 最小的卫星数目有4颗, 最多的有10颗。就卫星的监测情况而言, GPS是一个全球性的连续型定位系统。GPS地面监控主要组成部分是全球的五个地面站, 按照定位系统的功能可以将地面站分为三个部分, 第一部分是主控站, 主要是对所有的地面监控系统进行协调和管理。主控站的具体工作是根据所有的观测资料编制卫星星历和具体需要的各种参数等, 然后通过导航电文的形式将这些数据穿入到注入站。第二部分是注入站, 主要是根据前面的监控数据提供时间基准, 然后对卫星的状态进行调整, 适当的情况下启用备用卫星。第三部分是监测站。主要是对地面的具体情况进行观测, 然后对GPS卫星发出的信号进行接受, 并对卫星的工作情况进行检测。监测站将采集到的所有信息和当天观测气象所得的资料进行处理后再次传送到主控站。信号接收机按照结构可以分为天线单元和接收单元两部分, 按照卫星高度选择卫星的信号, 对卫星运行情况进行跟踪, 将接收到的GPSX信号进行适当的处理, 更好地把握卫星信号到接受线的传播时间, 将卫星所发送的电文进行翻译, 然后准确地计算测量站的具体位置。

2. GPS定位系统的特点

GPS定位系统具有较多的特点, 首先是在工程测量的过程中可以有效节省人力和财力, 定位相对灵活。在定位的过程中可以达到较高的精度, 通常情况下的定位可以达到厘米级别, 避免了误差的积累。工程测量人员在测量中使用这种技术的观测时间较短, 测量人员在观测时只需几秒的时间就可以对控制点进行有效把握。操作也相对简便, 可以为测量人员提供较为全面的采集信息。采用GPS技术进行观测时, 测量人员只需要安装开关仪器, 对仪器的高度进行侧量, 然后观测仪器的工作状态。除此之外, 使用GPS技术进行测量的自动化程度相对较高, 采集到的信息不用等待较长的时间, 随时都可以将准确的信息显示在测量人员的采集表里面。进行GPS技术的测量不会受时间和季节变化的限制, 可以全天候作业, 在风雨天气情况下也可以进行测量。

二、GPS定位技术在航道工程测量中的应用

1. 工程基本概况

某航道的全程长25km, 航宽600m, 对航道的测量内容主要包括平面控制测量、航道内各要素测量和航道水深测量。测量比例尺是1∶2000。为了保证测量工作的顺利进行, 应该根据测量的实际特点, 在测量的过程中使用较为先进的仪器设备, 然后还需要投入足够的技术力量。主要使用的设备有RTKGPS、数字测深仪、水准仪和测量过程中所需要的船只。

2. GPS静态定位技术在航道测量中的应用

静态GPS测量是一种符合性的导线测量技术, 主要是建立航道控制网, 然后利用其他的测量方法对控制网进行加密。建立航道控制网的步骤有六步, 第一步是进行实地考察, 选择合适的GPS点, 对测量地区的高等级GPS进行查看, 方便对各个点进行联测, 对点精度实施校准。第二步骤是根据航道两侧的地形地势布设控制网, 根据各个因素的要求对卫星的状况和精度进行综合性的设置。第三步是对定位系统的位置进行选点, 选点的位置要考虑到船舶停靠的岸形, 采用位置要避免控制点遭受破坏, 当使用这种侧量方法不能有效进行测量时, 可以采用其他的测量方法进行测量。第四步是当外业观测完成之后, 应该将GPS的观测数据传入计算机, 采用计算机通讯软件对数据进行适当的处理。第五步是将全站仪和符合导线的方法相结合, 对控制网实施加密, 确保符合导线的起始点和终止点都是GPS点。第六步是进行导线点坐标和平差的计算, 在计算之前先将符合导线测量的数据传入到计算机中进行计算, 得到角度和距离平差, 将最后得到的结果作为平面坐标和航道的高程。

3. GPS动态定位系统在航道测量中的应用

动态测量技术是在载波相位观测值基础上实施的定位系统, 这种技术的主要优势是能够在测量过程中快速获得测量点定位坐标数值。在实施动态测量的模式下, 在已知坐标的参考点上面架设基准站接收机可以对可视GPS卫星信号进行连续接收。对流动站的接收机进行初始化, 借助于无线数据链可以让接收机接收基准站的载波观测值和伪距观测值, 在接收这两种数据的同时还能够观测到GPS卫星载波的数据。一些载波内还存在着模糊的数据, 针对这些数据可以通过系统的内差分进行处理, 从而求出流动站的精度坐标。通常情况下, GPS采用的坐标系统是世界大地坐标, 而在平常的普通测量过程中使用的测量系统是北京坐标系, 所以在测量过程中应该对测量系统进行转换, 应该根据工程测量的实际特点与情况进行参数之间的转换。实时动态差分系统的组成部分有三个, 首先是基准站接收机, 其次是流动站接收机, 最后是数据链。其中基准站接收机的设置位置是在具有已知坐标的参考点上面, 可以对所有的可视GPS信号进行连续性的接收, 也能够测量到基准站的坐标。流动站接收机又称作船站接收机, 里面有支持PTK的软件, 可以接收GPS卫星信号, 还可以对信号进行跟踪, 同时能够接收基准站的相关数据, 对基准站的坐标能通过相对定位的模型有效取得。通过数据链可以发送观测值等相应的数据。GPS定位技术中的实时动态测量技术的关键技术是OTF算法。使用这种技术的一般方法首先是对整周模糊度的搜索空间进行确定, 要在坐标和协方差的基础上对其进行确定, 当搜索空间确定完之后, 应该计算其模糊度, 使用最小方差的计算方法选择最为合适的解, 对计算出来的最优解和次优解进行比较, 然后确定具体的模糊解。

在对河道进行测量时, 首先应该对河道流域的地形特点进行确定, 在航道整治过程中对施工的具体定位、维护航道的需要和航标设计的情况进行控制网的布置。将D级的GPS网作为平面的首级控制网, 需要满足导线测量的需要和要求, 在航道的两岸布置D级点, 将其作为航道导线的启闭点, 设置过程中应该对每个D级点之间的距离进行适当的控制, 最好将其控制在1公里左右。航道测量的区域主要组成部分是D级GPS网, 这样的网有三段, 为了保证测量的质量和准确度, 应该在每段网的交接处进行边界联测。对于最高级别的导线测量应该使用级点作为导线的起算闭合点。应该按照之字形走向或是单岸走向进行导线的布置。航道测量分为两部分进行, 首先是水上测量, 在这一测量过程中, 先将GPS接收机安装在适当的位置, 以这个位置作为测量的基准站, 测量范围限制在基准站的控制区域内, 施工人员操作流动站, 按照施工中设计的测量断面对航道进行逐点测量, 当测量的精度达到工程设计中预期确定的精度时, 对测量的具体数据进行保存。为了加快施工中的测量进度, 应将GPS技术和全站仪测量技术相结合进行具体数据的测量。水下测量是航道测量的重点工程, 对水下航线测量的精准度关系到航船的安全和航行设备的安全。在测量中, 将GPS定位系统和测深仪器相结合进行测量, 在测量平面位置和水面的高程时应该使用GPS测量, 对水深进行测量时使用测深仪器进行准确的测量。当所有的测量数据得出时, 用水面的高程减去水的深度就可以得到河底的高程。

三、结语

GPS定位技术 篇8

1 实时性效果好的虚拟长度的基线测量

用于水面下的GPS定位系统, 由于水面浮标的位置是固定的, 因此可以通过利用水面浮标搭建一个水面基准平面, 在利用此系统之前, 需要对水面的浮标做个精准的测量, 保证水面浮标的精准坐标, 这个工作是保证GPS定位系统可以正常工作的基础。由于科技技术的高速发展, 现在通过GPS-RTX技术可以达到厘米级以上精度, 对于水下定位的GPS定位系统而言, 我们可以认为该系统是个没有误差的已知点。而对于该项系统来说, 我们实际上采用了两个以上的不同的虚拟坐标基准线。虚拟的水面基准平面实际上是利用不同的浮标接收到水下面的水声信号的时间点对应的位置来建立对应的基准平面。

2 水声推迟和系统时钟同步测量

GPS系统设计的关键技术的系统时钟必须是高精度的同步。GPS系统通过单方向的主动定位方法来保证实时的定位水下的物体具体坐标。单方向的主动定位方法也就是通过水下面的目标发送信号, 而在水上面的浮标接收刚刚发射的水声定位信号, 系统记下不同浮标接收到水声信号的时间点, 然后利用已经编写好的程序, 建立相应的模型对水下面的物体进行定位。

根据以上分析知, 时钟同步技术对于保证GPS系统精度是相当关键的。假如每个浮标的是时钟不是在同一时刻, 则系统建立的虚拟基线将出现误差, 因而系统计算信号到达的时间也将出现误差。

3 系统建立定位数学模型

GPS系统通过编写相应的程序, 利用双曲线的性质, 建立双曲线定位水下目标模型来搭建系统的定位模型。双曲线定位模型具有存在奇点的不同全局的特点, 且双曲线定位模型反应快速, 稳定, 实时效果好。但是如何才能搭建好相应的双曲线定位模型一直困扰着很多学者, 即使搭建了模型, 因为现有水平的限制, 往往搭建的系统的稳定性并不是特别的好。因而如何才能在现有的技术水平下搭建一个稳定的双曲线模型也是保证系统正常工作的关键技术。

4 GPS系统随机误差跟系统误差分析

GPS水下定位系统误差包括两种, 即水面建立基准线带来的误差和水下测量目标带来的误差。通过分析GPS水下定位系统建立的双曲线定位模型的误差和各种测距的环境因素带来对测距和定位精度的影响, 结合所有的影响因子对测距误差的影响过程, 调整系统的模型和相应的参数, 可以在一定程度上改变系统的定位精度, 提高GPS水下定位系统的测距精度和稳定性。

GPS水下系统有GPS测量误差、浮标在水面的不同位置带来的测量误差、声音在水下传播带来的测量误差、声线变形误差等几种。

其中, 水面基准线的误差是由于GPS测量误差和浮标在水面不同位置跟形状引起的;而水里面的目标的测量误差则是声音在水下传播速度变化带来的。

5 声音在不同介质层的传播问题

声音在水水中传播速度作为GPS水下定位系统中测距的固定量, 但是实际上, 声音在不同的含盐量的水中传播速度不同, 且即使是在同一种含盐量的水中, 由于海水温度的时刻改变和海水不同深度下的压力不同, 声音在水中传播的速度也是不同的。因而要精确的对声音在海水中的传播速度给出具体的测量值具有很大的难度。要消除声音在海水中的传播速度带来的误差基本上是不可能的, 因而要很精确的对水下的物体做出精准的定位也有一定的难度。如何构建一个实时性效果好的系统及时的测量声波在海水中的测量速度, 最大限度的减小因为声速带来的误差也是GPS水下定位系统应该考虑的问题。

6 准确及时的水声信号接收系统

由于检测环境的多样性, 水下目标的信号可以通过多种办法传递给GPS水下定位系统的接收端, 而且由于海水中噪声场的时刻变化也会给GPS水下定位系统接收定位信号带来困难, 因而如何才能高效的接收到定位信号, 避免定位信号的漏接, 或者接收到错误的定位信号, 都是保证GPS水下定位系统准确运行的前提。

7 多通道同时进行无线电数据通信

因为水面上的多个GPS浮标是同时工作的, 当GPS浮标接收到信号时都需要及时反馈接收到的信号给GPS水下定位系统, 而采用并行的通信方式可以保证GPS水下定位系统在同一时刻及时的接收到多个GPS浮标信号, 做到不遗漏任何一个多个GPS浮标信号。

8 GPS水下定位系统软件系统集成

GPS水下定位系统采用两个基地同时主动的并行工作的方式, 水下的目标物体的定位是在船体的控制中心进行处理计算的, 船体的控制中心不仅需要时刻检测系统的每个部分的工作情况, 还要及时处理浮标反馈回来的信号, 通过程序计算出水下目标的具体位置, 并通过串口或者CAN总线等方式进行数据通信。船体上的控制中心控制船体上的所有的工作, 因而软件集成的高效性和稳定性在一定程度上影响到GPS水下定位系统的稳定性。

参考文献

[1]蔡艳辉.差分GPS水下定位系统集成关键技术研究[D].辽宁工程技术大学, 2007.

[2]蔡艳辉.GPS动态定位—精密单点定位和整周模糊度搜索方法研究, 中国测绘科学研究院硕士论文, 2003.

[3]喻国荣.基于移动参考站的GPS动态相对定位算法研究, 武汉大学博士论文, 2003.

GPS定位技术 篇9

关键词：GPS定位,辽河油田,数据中心

近年我国GIS领域取得了重大进展, 同时各个领域都需要掌握对空间资料的处理和利用的基本技术, GPS将作为通用设备越来越多地应用于科研和民用领域。而且我国已开发出具有自主知识产权的GPS芯片, 为GPS技术的大规模应用提供了基础。随着辽河油田的稳步发展, 车辆运行调度和车辆安全管理成为辽河油田车辆管理的一项重要任务。将GPS定位监控技术引入车辆调度和安全管理体系是必然趋势。

1 GPS概述

GPS全称为全球定位系统 (Global Position System) , 是美国在70年代投入建设的卫星定位系统。硬件是由24颗环球通讯卫星和接收装置组成, 基于卫星的无线电导航定位系统, 为用户提供精密的三维坐标、导航与时间信息。

GPS用户终端设备包括软件和硬件。用户终端设备能够捕获空中卫星GPS信号并对所接收到的信号进行变换、放大和处理, 以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间, 解译出GPS卫星所发送的导航电文, 实时地计算出观测站的三维位置, 甚至三维速度和时间, 最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。

2 辽河油田车辆定位监控系统原理及组成

2.1 监控系统原理

GPS汽车定位系统由监控中心和车载终端设备两部分组成。监控中心通过中国移动GPRS信道和Internet网络向车辆发送控制命令并接收来自车载终端设备的各种数据 (车辆位置、行驶速度、GPS时间) 。车辆管理部门利用GIS监控终端通过互联网或局域网从通信公司的监控平台或本单位的分监控中心实时获取车辆行驶的各种数据, 实现在全国范围内对辽河油田车辆进行远程监控的各项功能。

下图为系统原理图:

2.2 GPS监控中心组成及各部分功能

GPS监控中心由三部分组成:数据中心、车辆监控中心和维护中心。

2.2.1 数据中心

数据中心由GPRS网关接入服务器、GPS业务服务器、数据库服务器、通信控制服务器C4 (CCCC的简称, COMM-Com Control Center) 及相关存储、备份服务器等组成。

GPRS网关服务器负责接收GPS车载终端上传的定位、速度和时钟信息并发送对车载终端的控制信息。GPS业务服务器从GPRS网关服务器接收车辆数据并将数据写入数据库, 同时将数据实时传送给各车辆管理单位的GIS监控工作站。通信控制服务器C4根据路由表负责对其他监控中心车辆数据的分组转发。数据库服务器存储车辆的行驶数据。备用服务器在主服务器出现故障时投入运行。

全部服务器采取公网、油田办公局域网双路接入, 方便为不同网络环境的用户提供服务。在局域网和服务器中间架设防火墙, 保证各种数据安全。

2.2.2 车辆监控中心

配备大屏幕显示终端的监控中心为辽河油田各车辆管理单位提供24小时的车辆定位等技术咨询和故障保修服务。

2.2.3 维护中心

维护中心对车辆的各种信息进行管理, 维护GPS监控系统平台的正常运行。主要负责所有车载入网登记数据的录入, 系统操作用户的设置和权限管理, 定位数据, 报警数据, 指令下发等数据的统计管理和报表打印输出。

3 辽河油田车辆定位监控系统实现的功能

基本功能:实时定位、超速报警、电子围栏 (超出规定行驶范围报警) 、车辆跟踪、短信互通、里程统计、历史轨迹回放等。上述功能能够满足监控的基本需要。通过这些功能管理者能够随时了解车辆运行动态。

行业特殊功能:在基本功能的基础上针对辽河油田石油运输行业的特殊性开发了危险品运输监控系统和辽河油田电子路单调度系统。

危险品运输监控系统:辽河油田拥有大量油品运输车辆, 为规范这些车辆的行驶路线和时间, 保证油品运输安全, 减少偷盗油案件的发生, 在GPS监控基本功能基础上开发了危险品运输监控系统。事先对所要监控的线路进行地理采集并制作成监控地图, 用户也可以将车辆的行驶轨迹做为监控线路。对车辆进行行驶路线设置后, 这些设置参数存入GPS监控系统后台数据库。车辆行驶过程中每次对上传的数据进行判断, 一旦车辆偏离预先设置线路或在规定的时间内发生异常情况即实现告警, 告警信息发送到预先设置的监控人员手机中, 油气监察部门根据实际情况对告警进行电话询问或现场处理。

辽河油田电子路单调度系统:GPS监控定位系统在辽河油田各车辆管理单位得到了广泛的应用。随着GPS技术应用的深入开发和车辆管理部门对软件功能的需求, 在原来GPS监控定位系统的基础上开发辽河油田电子路单调度系统用于对辽河油田车辆的电子调配和路单的派发。辽河油田电子路单调度系统的开发改变了以往人工手写路单的传统工作模式, 从用车单位申请用车、车队派车、各级领导签字许可、向任务车辆派发路单、车辆按照路单规定路线行驶到任务完成确认等一系列流程均在电子调度系统平台实现, 实现了车辆调配的网上办公自动化。通过为原来GPS车载终端加装调度显示屏来接收调度员派发的任务信息。软件开发则根据各车辆管理单位的需求统一路单格式, 统一功能, 统一流程, 并且结合GPS的监控定位功能。辽河油田电子路单调度系统根据需求可以对所有车辆进行集中调度管理, 从而提高工作效率, 降低管理成本。

4 辽河油田GPS监控管理职能

为加强和规范辽河油田GPS监控系统的使用和管理, 辽河油田建立了三级GPS监控中心。

辽河油田质量安全环保部总监控中心:总监控中心负责监督、检查辽河油田其他二级单位GPS的监控和管理, 对违章车辆进行处罚。负责GPS监控的技术培训和GPS监控系统的建设维护等。

二级单位监控中心:各采油厂等二级单位监控中心负责本单位GPS车辆的监控和管理, 定期向总监控中心汇报GPS运行情况。负责对车辆的实时监控并解决车辆违规行驶等问题。

基层车队监控中心:对车队车辆进行24小时连续监控, 对GPS终端设备进行检查维护, 保证GPS系统的正常运行。

三级监控中心的建立, 有力地保障了GPS监控职能的层层落实, 使辽河油田GPS车辆监控系统发挥了应有的作用。

小结

GPS单点定位的工程测量技术探讨 篇10

在众多的测绘技术中, GPS单点定位测量模式之所以可以得到广泛应用, 是因为这种方式的测量可以充分减少测量的相关误差, 为测量工作人员能够很快的得到测量数据, 提高了工作效率节约了时间。GPS单点定位测量方法可以充分的降低测量工具等相关方面所带来的误差, 对于消除卫星钟差也有一定的帮助。现代科技发展的速度非常快速, 同时测量方面的工作也是很稳定的, 但是在我国GPS应用领域发展与发达国相比较而言, 还是有待于提高的。一些测量公司会认为应用GPS单点定位测量方法, 需要很高的资金投入, 这将大大增加了测量成本。然而, 非常快的速度、高精度的测量结果是被很多国家所认可的。因此为了促进我国科技的快速发展, 应该充分应用GPS搜集卫星信息进行单点定位测量作业。

1 GPS在测量行业的应用

1.1 GP S单点定位软件数据的处理

其实至今, 全球的GPS单点定位软件的开发是应该进一步提高的。就目前来看, 美国、德国和瑞士开发了单点定位软件开发项目, 得到广泛使用的喷气推进实验室研发的定位软件在国际的测量行业曾经风靡一时, 但是这种软件只是进行科学研究, 随后就出现了BERNES软件和德国地学研究中心的单点定位软件, 目前来看只有德国开发的GPS单点定位测量软件进行商业上的应用。这些的软件的基本作用过程是差不多相同的, 首先是进行把卫星信息的格式进行相应的数据转换, 将得到的数据做技术处理消除种差, 然后建立误差模型和数据参数的设定等, 最后通过对比相关技术指标得出测量结果。

1.2 GPS单点定位的使用提高了精确度

据以前相比, 我国的科技发展有了日新月异的变化, 尤其是GPS系统的应用更是有所提高的。通过数学模拟方式对卫星轨道等测量方面的研究, 卫星跟踪技术得到了很大的提高得以完善, 不仅数量增多了而且提高了测量作业的精确度。

1.3 GPS单点定位方法的研究

GPS单点定位测量方法是一项可以利用卫星发出信号在看不见的情况下, 经过软件处理进行快速灵活的测量定位方法。这样的方法的应用使得技术人员的操作更加的简单, 因为拥有很高的技术含量, 所以就需要技术人员不断的提高自身的技能水平。在测量工作开始时, 在安排好的地点安装基准站点, 同时把流动站接收机安祖昂在杆的中部进行的校正。然后, 打开站点进行测量信号的发出工作, 通过GPS系统的应用, 把回执到计算机上的信息进行相关技术上的处理, 与控制点上设置的标准进行比较, 汇报准确后对于勘探好的地形进行进一步的测量作业, 经过充分的观测与测量在计算机中最终形成考察地区的具体图样以及相关部分的测量数值。通过GPS单点定位测量方法使测量结果更加详细和准确, 为了国家的科技发展, 测量公司应该给予应用GPS单点定位进行测量工作。

2 测量GPS的问题以及对问题的讨论

GPS测量过程中它的工作效率极高, 应用过程中比较方便, 在测量过程中经常用于地形的测量, 等各种测量中使用。相应的, 在外地的施工过程中没有什么问题是不可能的。当发现问题时, 我们也能及时处理好这些。

(1) 空间的卫星位置。在一段时间中卫星可能在太阳升起的最初位置, 与地面的夹角很小, 测量过程中会遇到一些问题, 影响测量效果。我们需要采取一些措施避免问题的发生。比如说经常翻阅一些关于卫星分布的资料, 在效率高的工作时间段工作。

(2) 在发送数据中存在的问题。测量过程中侧廊的位置不一定是非常好的, 可能会有一些房屋等建筑物挡住数据的传播数据可能会有一些问题。当遇到这些问题时, 我们把这些仪器放在最中间的高位置, 这样有利于数据的传播。

(3) 测量中其它问题。比如说测量中是否准确, 是否比较平稳, 在测量的过程中会不会受到其它电子设备的不利影响, 这些问题都是在测量中必须考虑的。

3 在单点的位置选择中GPS要考虑的内容

影响单点的位置确定的精密度的因素很多, 但最重要的是它的所在及时差。比较精确的单点位置确定是采用各种相位的观测数据和各种组织提出的星历和时间差来进行单个点的准确位置选择, 实现准确度高, 在测量的工作中能够达到要求。需要注意的是。

(1) 确定位置时用相位和各种观测数据。

(2) 在精确方面他要求的标准需要满足。

(3) 在时间差方面, 要求必须为纳秒级别。

(4) 在实际的工作中要找到更准确的样本。

4 结论

GPS的测量工作是采用接到信号, 及时的去处理, 此时就找到了测量的工作点的具体位置。在全球范围可以应用, 无论在哪一个角落;它也是在各个时间段都能使用的, 无论是白天还是黑夜;它的精确度很高, 工作过程中能抵御住其他的仪器的阻碍, 无论他有多么的厉害。在现阶段的观测水平领域, 比较精确的单个点的确定位置应用十分广泛, 精准确度极高。比较广泛的应用很多, 比如说在建筑工作中, 资源的开采中等很多方面。在发展过程中, 这项技术不断提高水平, 在以后的工作中能够发挥更好的效果。

参考文献

[1]刘志忠, 王雄, 刘超.GPS单点定位精度优化方法研究[J].机械与电子, 2010 (8) .