GPS卫星定位

关键词： 解算 导航 定位 信号

GPS卫星定位（精选十篇）

GPS卫星定位 篇1

但是,不可避免的,GPS卫星定位测量仍然存在着测量误差,影响其定位精度因素分为以下四大类:与GPS卫星有关的因素、与传播路径有关的因素、与观测接收设备有关的因素以及其它因素。

1 与GPS卫星有关的因素

1.1 星历误差

在进行GPS定位时,计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的,但不论采用哪种类型的星历,所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异,这就是所谓的星历误差。星历误差是GPS测量的重要误差来源。

消除星历误差的方法主要有:①建立卫星观测网独立定位法。这对于保证定位的可靠性和精度都是至关重要的措施。如果跟踪站的数量和分布选择得当,实测星历有可能达到10-7的精度,这对提高精密定位的精度将起着显著作用。②相对定位差分技术法。因为星历误差对相对不太远的两个测站的影响基本相同,采用接收机间的一次差分观测值可消除卫星星历误差的影响。③轨道松弛法。所谓轨道松弛法,就是在平差模型中引入表达卫星位置的附加参数,通过平差求得测站位置和轨道改正数,从而改善轨道精度。不过这种方法不适合范围较小的测区,计算过程较复杂,不宜在作业单位普遍推广。

1.2 卫星钟差

卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间的误差。卫星钟有偏差和漂移,差1ms,相当于300km。

消除方法:使用同步观测相对定位方法。

1.3 卫星信号发射天线相位中心偏差

卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。

2 与传播路径有关的因素

2.1 离层延迟

由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应,使得GPS信号的传播速度发生变化,这种变化称为电离层延迟。电离层折射误差与频率、时间及地点等因素均有密切相关。对GPS卫星频率来说,对测距的影响一般在50～100m[1]内变化。可见它对测量精度影响是不可忽略的,必须采取有效的措施来削弱它的影响。

对于电离层时延改正,双频接收机和单频接收机应采用的方法是不同的:①单频接收机,采用电离层模型来补偿它的影响。其基本思想是假定把整个电离层压缩到等效高度为H的一个单层L上,用该层代表整个电离层。②对双频接收机码相位测量或载波相位测量,由于电离层对L1和L2频率有色散作用,故可利用两个频率的相位观测值求出免受电离层折射影响的相位观测值。

2.2 对流层延迟

对于地球周围的对流层对电磁波的折射效应,使得GPS信号的传播速度发生变化,这种变化称为对流层延迟。对流层折射率与大气压力、温度和湿度密切相关。由于大气的对流作用很强,大气状态变化复杂,所以大气折射率的变化及其影响比较复杂。

减弱对流层折射的措施主要有:采用对流层模型加以改正;引入描述对流层影响的附加待估参数,在数据处理中一并求得;利用同步观测值求差;利用水气辐射计直接测定信号传播的影响。此法求得的对流层折射湿分量的精度可优于1cm。

2.3 多路径效应

由于接收机周围环境的影响,测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线,使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响,这就是所谓的多路径效应。多路径效应是GPS测量中的一种重要的误差来源,它严重影响GPS测量的精度。反射物可以是地面、山坡、高层建筑等。由于反射波一部分能量被反射面吸收,GPS接收天线为右旋圆极化结构,也能抑制反射波,因此反射波除了存在相位延迟外,信号强度一般也会减少。

目前减弱多路径误差的方法有:选择合适的站址;测站应远离大面积平静的水面,不宜选择在山坡、山谷和盆地中,应尽量远离高层建筑物;在天线中设置抑径板,接收机天线对于极化特性不同的反射信号应有较强的抑制作用。

3 与观测接收设备有关的因素

3.1 接收机钟差

接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与GPS标准时之间的差异。

减弱接收机钟差的方法有:①把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数,在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。②把各观测时刻的接收机钟差间作相关处理,将接收机钟差表示为时间多项式,并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。③通过卫星间求一次差来消除接收机的钟误差。

3.2 接收机天线相位中心偏差

接收机天线相位中心偏差是GPS接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。

在实际工作中若使用同一类天线,在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星,可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。但这时各测站的天线均应按天线附有的方位标进行定向,使之根据罗盘指向磁北极。

3.3 接收机软件和硬件造成的误差

在进行GPS定位时,定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。

3.4 天线相对旋转产生的相位增加效应

4 其它误差

4.1 GPS控制部分人为或计算机造成的影响

由于GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。

4.2 数据处理软件的影响

数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。

4.3 固体潮、极潮和海水负荷的影响

4.4 相对论效应。

卫星钟和地面钟由于存在相对运动,从地面观测,卫星钟走得慢,影响电磁波传播时间的测定。

结论

因为在GPS测量中受以上各种误差的影响,所以我们在实际工作中要严格按照测量规程的要求进行操作,尽量减弱各种误差的影响。又因为高精度GPS仪器设备较昂贵,一般的单位或部门很难承受,所以建议对从事一般测量的单位来说选用一般精度的GPS仪器或用传统测量仪器即可;对于承接高精度精密定位的较大单位就要用高精度的GPS仪器,以保证测量成果精度满足要求。

参考文献

[1]孔祥元,梅是义.控制测量学上册(第二版) [M]]武汉大学出版社,2002.2.

[2]付水旺.浅谈GPS测量与误差分析[J].世界采矿快报,2000.16(10/11):406-407.

GPS卫星定位装置安装使用规定 篇2

1)为了坚强安全生产监督防止和减少交通事故，保障他人和自己的生命、财产安全强化安全保障措施，确保运送任务完成。

2)车队所有危险货物道路运输按国家基本要求配置运行状态记录装置GPS和必要的通讯工具。

3)车队利用GPS监控平台车辆实施全程监控，监控人员需将各车每趟次运行时间，车速等数据分别登记存档备案。

4)GPS监控平台有专人操作，无关人员不得随意操作。

5)监控人员在监控时发现有违规行为应及时制止并发送短信，并将实情详细记录报车队。根据违规实情按车队相关规定给予处罚。

GPS定位模式分析 篇3

2.内蒙古自治区航空遥感测绘院 呼和浩特 010020

1.引言

GPS（全球定位系统）是以卫星为基础的无线电导航定位系统，广泛运用在交通、运输、测绘、通信、军事、石油勘探、农林渔业、时间比对、大气研究、气象预报、地质灾害的监测和预报等部门和领域中有广泛的应用前景。GPS系统的出现使测绘地理信息行业产生了一场深刻的变革，促进了测绘地理信息行业的整体进步。

GPS系统的用户是非常隐蔽的，它是一种单程系统，用户只接收而不必发射信号，因此用户的数量也是不受限制的。虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的，但很快在民用方面得到了极大的发展，各类GPS接收机和处理软件纷纷涌现出来。目前在中国市场上出现的接收机主要有TRIMBLE、徕卡、拓普康、南方、中海达、华测等。能对两个频率进行观测的接收机称为双频接收机，只能对一个频率进行观测的接收机成为单频接收机，他们在精度和价格上均有较大区别。

国际GPS大地测量和地球动力学服务IGS自1992年起，已在全球建立了多个数据存储及处理中心和百余个常年观测的台站，我国也设立了上海余山、武汉、西安、拉萨、台湾等多个常年观测台站，这些台站的观测数据每天通过INTERNET网传向美国的数据存储中心，IGS还几乎实时地综合各数据处理中心的结果，并参与国际地球自转服务IERS的全球坐标参考系维护及地球自转参数的发布。使用者也可免费从INTERNET网上取得观测数据及精密星历等产品。

2.GPS定位组成和工作原理

GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射L波段的载频无线电测距信号，有地面上用户接收机实时的连续接收信号，并计算出接收机天线所在的实际位置，所以GPS定位系统由三个方面组成为空间部分GPS卫星星座、地面控制部分地面监控系统和用户设备部分GPS信号接收机，这三方面都各自有工作的独立功能和作用，对于整个运行系统来说，他们都是不可缺少的。

GPS定位工作原理，当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS星号，具有变化、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内接收软件，而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件系统。接收设备加数据处理系统，才是完整的GPS信号用户设备。

3.GPS定位模式

3.1 GPS定位的基本概念

静态定位：在定位过程中，GPS接收机的天线位置时固定的且处于静止状态。其特点是观测时间长，重复观测多；定位可靠性强、精度高。主要用于等级控制测量和精密监测工作中。如监测地球板块运动、地壳形变、地震等，在大的测绘项目中进行大地控制测量。

动态定位：在定位过程中，GPS接收机的天线处于运动状态。其特点是能实时的测得运动载体的位置，多余观测少、定位精度低。目前广泛用于飞机、船舶、车辆等载体的导航中。

绝对定位（单点定位）：使以地球的质量中心为参照点，用一台GPS接收机观测（至少3颗卫星），独立确定观测点在WGS-84（世界）坐标系中的绝对位置（经纬度和高度）。其特点是组织实施简单，但定位精度低。

相对定位：以地面某固定点为参考点，利用两台以上的GPS接收机，同时观测一组卫星，确定各观测点在WGS-84坐标系中的相对位置或基线向量。其特点是定位精度高，但外业组织实施和内业计算复杂（需要大量的基线处理和选择独立基线）。

3.2 GPS定位组合模式

静态绝对定位，它的实施方法有伪距法定位和载波相位测量法定位；首先伪距法定位的直接观测值是卫星接收机（星站）的伪距（ā），在这个伪距中加上卫星钟差（-CV-ta）、接收机钟差（-CVtb）、电离层误差（δρiom）和对流层误差（δρtrop）这四个改正数，就获得星站间的实际距离（а），为解算出这四个改正数，一台接收机任一时刻必须收到四颗卫星（唯一解），接收卫星数大于四颗时（由多余观测），平差计算出改正数的最或是值。载波相位测量定位的直接观测值是相位（整数周加小数部分），某一瞬间的载波相位测量值是指瞬间接收机所产生的基准信号的相位{φ（τb）-φ(τb)}可计算出瞬间的星战距离ρ。

即，ρ=λ×{φ（τb）-φ(τa)}。

λ—波长。现今，载波相位测量距离的精度可达1mm～2mm。

静态相对定位，用两台GPS接收机安放在基线的两端点静止不动，同时观测相同的4颗以上的卫星，来确定基线两端的位置，这种定位模式称为静态相对定位。实际工作中，至少用3台以上的接收机，同时测定N(N-1)/2条基线（N是接收机台数）。如2台同时观测仅得1条基线，3台同时观测能得3条基线（三角形边），4台同时观测能得6条基线（四边形边和对角线）。这是目前首级控制测量的主要方法。

动态绝对定位（单点动态定位），是用安设在一个运动载体上的GPS接收机，自主的测得该运动载体的实时位置，从而描绘出该运动载体的运行轨迹。如今的车载导航系统，打开、设定目的地并开始导航后，就可看到行车所在地图上的位置。

动态相对定位，首先实时差分动态定位：是用安设在一个运动载体上的GPS接收机和安设在基准点上的另一台GPS接收机，之间通过无线电数据传输，联合测得该运动载体的实时位置，从而描绘出该运动载体的运行轨迹。GPS RTK定位技术广泛应用于工程测量和数字测量图中，所测的三维实时坐标精度可达厘米级。现今大比例尺（1∶500、1∶1000、1∶2000）数字测图的图根控制测量采用，1∶10000航测的像片控制测量也采用。

3.3 GPSRTK定位测量的工作方式

a.在基准站安置GPS接收机，进行基准站设置；

b.进行流动站设置：

c.在至少3个公共点上，求GPS坐标与适用坐标之间的转换参数（点校正）；

式中：X、Y、Z-当地坐标系中的实际（适用）坐标，x、y、z-RTK测出的坐标，ΔxΔyΔz-坐标平移参数αβγ-坐标旋转参数，m-缩放参数，中间3×7的矩正是转换系数阵。用2个平高、1个高程公共点，代入上式（列出7个方程），解出7个转换参数（唯一解）；用3个平高公共点带入，可列出9个方程，平差解出7个参数的最或是值。获得7个转换参数（平移、旋转、缩放）后，将RTK每测出1个点的坐标xyz，带入上式求出该点的适用坐标xyz。这是原理，实际是将新参数重新置入RTK中即可（RTK直接显示适用坐标）。

d.实测流动点坐标，将其与检测点的已知坐标进行对比，相差应在允许范围内；

e.流动站继续进行未知点的测量工作。现今，利用各地区建立的GNSS连续运行参考站（惯称CORS基准站）数据，在一个CORS站附近50公里的范围内，任意位置支好RTK接收机进行接收，用手机的蓝牙通讯和CORS站相连，实现数据连接后几秒钟就可获得的该RTK位置的准确坐标和高程。即，利用CORS站数据进行图根控制测量或普通工程控制网的建立方便极了。

4.结束语

目前GPS系统的应用已经十分广泛，我们可以运用GPS信号进行海、空和陆地的导航，用于建立高精度的大地控制网，用于建立陆地海洋大地测量基准、进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘，用于测定航空摄影瞬间相对位置的定位测量，用于监测地球板块运动状态和地壳形变，用于工程测量成为建立城市与工程测量控制网的主要手段，用于快速成图等等；所以有必要对GPS定位模式进行分析以便我们在应用中得到准确地把握测量定位规律。

[1]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社.110-112.

[2]乔仰文，赵长胜，夏春林等.GPS卫星定位原理及其在测绘中的应用[M]北京：科学教育出版社.2003.73-78.

[3]王敬，地形测量外业基础教程，呼和浩特：内蒙古出版集团内蒙古人民出版社，2013.12.

关于卫星定位及GPS干扰研究 篇4

1.1 GPS 信号结构分析

GPS信号结构中信号的组成主要内容有两个载波分量,还有就是GPS导航电文,它的主要内容就是卫星星历和卫星时钟校正参量以及测距时间标记等用户接收机处理导航信号,提取导航信息并通过适当定位解算算法完成定位解算。导航电文是通过非归零二进制码根据格式所组成,按帧向外发送。按传送参量信息量大小通过不同数目二进制码组成字符以及数据块。在C/A码以及P码方面,GPS卫星发送两种伪随机测距码,一个是粗捕获码C/A码,一个是精密测距码P码。

1.2 GPS 定位类型分析

在GPS定位的基本原理方面主要就是将卫星视为飞行的控制点,在已知其瞬时坐标条件下,通过GPS卫星和用户接收天线间距离作为观测量,进行空间距离后方教会,以此来确定用户接收天气所处位置。能够将其分为静态定位以及动态定位两种,倘若接收机的天线在跟踪GPS卫星中位置是处在固定状态那么就属于静态定位,反之则是动态定位。

2 卫星定位及 GPS 干扰问题与解决策略

2.1 卫星定位及 GPS 干扰问题分析

在GPS干扰问题方面的压制式干扰由于其干扰的功率比较大,这样不仅是能够降低接收机的伪距测量精度,同时也直接的造成D码解码错误,从而使得接收机无法定位。一般情况下,在GPS接收机接收有用的信号时,不能够对外部的干扰完全的抑制,这样GPS接收机检测有用信号的时候就一定会存在不确定的因素,这样就会释放干扰信号。由于GPS系统是通过空间部分以及地面监控站和用户接收机这几个重要部分所组成,所以针对GPS干扰主要就是这几个方面的干扰。从技术角度出发,可将GPS干扰方式分为两种,也就是欺骗性干扰和压制性干扰。这两者的干扰方式都各不相同,首先对于压制性干扰来说,它主要就是在干扰机所发射的强烈信号影响下,对接手机产生的影响,这样就会造成信号不能够正常的进行放大检测,最终会使得接收机的功能大幅度的降低或者是能力的丧失。而在压制性的干扰方面又能够将其分为不同的干扰种类,最为常见的就是阻塞式的干扰以及瞄准式的干扰。前者主要就是对信号的载频以及带宽的功率进行的干扰,从而使得在一定的区域当中达到扰乱信号使其不能正常接收。后者则是通过载波调制的方法对接收机的分辨能力进行扰乱,使其不能够准确分辨信号,从而来达到信号扰乱的目的。

除了以上介绍的压制式干扰外,欺骗式的干扰也是在GPS信号干扰中比较重要的一种干扰方式,在这一干扰方式其主要就是对接收机接收假信号进行引导,使接收机不能够正常的进行分辨信号和位置所在,对这一种信号干扰的方式也能够分为两种重要的形式,可将其分为产生式的干扰以及转发式的干扰,前者主要就是通过干扰机进行发射信号,这一信号和和卫星信号是相同的,这样就能够起到对接收机欺骗的效果,从而使其出现错误的解码,达到预期的目的。而后者则是通过对信号进行接收,然后再将这一信号进行广播,从而就能够构成一个虚假的信号,也会使得接收机的信息解码产生错误。

2.2 卫星定位及 GPS 抗干扰技术探究

由于GPS比较受到干扰所以针对这一问题对其进行解决,通过抗干扰技术能够有效的增强GPS自身对外部环境的抵抗,首先在直接P(Y)码捕获技术方面能够有效的对GPS干扰问题得以解决,在这一抗干扰原理上主要就是由于C/A码只有25分贝抗干扰能力,所以在抗干扰能力方面比较弱,而在P(Y)码作用下就能够达到43分贝抗干扰能力,所以在这一抗干扰技术下对GPS的实际应用的安全性有着重要保障。在这一抗干扰技术的应用领域主要在军事方面,随着技术的发展这一抗干扰技术不断的增强,已经从单频向着双频发展,通过多个相关器技术以及小型化的高稳定时钟技术对P(Y) 码进行直接的捕获,并引入GPS接收机应用模块技术,使得接收机更加容易的嵌入其它系统当中。

另外就是在自适应调零天线技术下应调零天线主要有多个阵元的天线阵,在阵中的各个天线和微波网都是相连的,微波网络又是和一个处理器相连接,在天线阵的方向图中产生对干扰源方向的零点,这样能够减低干扰机的效能,抵消干扰数量等于天线阵元数减1,倘若是在理想的条件下就能够使得GPS接收机抗干扰能力提高四十到五十分贝。

在GPS抗干扰技术的应用中,将GPS和惯性导航系统相结合能够提高抗干扰能力,在将两者得到有机结合后,在GPS承受射频干扰的时候,惯性导航系统就能够提供记忆功能,从而将组合系统从产生的导航误差中恢复,有效的对导航任务加以完成。在解决干扰问题之后,惯性导航系统又能够协助GPS重新的获取信号,在这一组合系统技术的应用下能够将抗干扰的能力提升百分之十到百分之十五左右,从实际的应用当中能够发现,其已经在各类的巡航导弹精确制导炸弹方面起到了重要作用。

再者就是通过陆基伪卫星的技术也能够起到很好的抗干扰作用,在对这一技术进进行实施过程中,它能够有效的将从一个区域内的地面发射信号进行捕捉以及改善,从而将对信号分辨的精度大幅度的提升,在长时间的干扰技术方面最为常见的就是机载卫星技术和数字束波向天线技术,通过将这两种技术在实际当中进行应用能够有效的将抗干扰的性能得以提升,这样就能够有效的将信号的接受准确率得以增加。在不断的技术进步过程中,对于信号干扰问题也将会得到进一步的加强,从而在根本上解决实际问题。

3 结语

GPS卫星定位 篇5

GPS全球定位监控调度系统一、GPS全球定位监控调度系统GPS简介：

GPS即全球定位系统（GlobalPositioningSystem—GPS），是由距离地球2万多公里的24颗人造卫星，基本均匀地分布在6 个轨道平面内组成的卫星网向地球不断发射定位信号，用户通过GPS 接收设备（接收机）接收3 颗或3 颗以上的GPS 卫星信号，经信号处理而获得用户位置、速度等信息，从而实现对目标进行准确定位的高科技技术。GPS监控调度系统指把先进的GPS全球卫星定位系统应用于车辆监控、调度和报警等方面构建的一套软硬件系统。这个系统在客车、货车、公安、押运、危险品运输等车辆上安装一套具有GPS定位功能和通讯（通常为GSM短信、GPRS或CDMA 1X三种模式）功能的车载GPS终端，通过车载的手机卡发送短信或网络（GPRS或CDMA）信号到GPS中心平台，GPS中心平台对接收到的信号进行存储处理并发送到GPS调度计算机，GPS调度计算机通过GPS调度软件或互联网连接GPS中心平台，查看车辆运行轨迹，车辆状态，油耗情况，报警等，并对车辆进行监控调度和管理。

二．目的与意义：

1.成本控制：对车辆进行实时的跟踪定位与车辆运行状态的监督，油量的消耗的合理性与非合理性以及加油量情况监管；历史线路、状态、油耗、里程数以及各种费用与实际比较（公车私用、谎报过桥、过路费、能源费用），建立车管制度重要依据。

截制公有资源的浪费与流失。

2.提高效力：科学是第一生产力——科技化信息化。车辆位置、状态等信息实时更新与调度中心建立了最快的信息通道，确保调度中心制定最佳的调度方案以及减轻调度工作量，达到科学调度、大大提高资源的利用率及周转率。

3．提高安全：对车辆行车速度，路线，疲劳驾驶，以及紧急求助等各种安全问题进行严格把关，确保人生与财产更安全。

4.统计与决策：对车辆的里程，油耗，时间，速度，方位，报警，等各种大量数据进行科学统计，为更高水平的决策提供强有力的依据。

二、GPS调度监控系统功能方案：

上海思增GPS调度监控系统是一套综合GPS、GIS、GPRS（或CDMA1X并容合GSM）技术，为用户提供移动目标定位、监控、调度、报警、信息沟通等服务系统。如图所示： 韩经理 电话：*** QQ:439753264

（一）系统功能：

1、车辆监控功能：

监控中心能全天侯实时监控所有被控车辆的当时位置、行驶方向、行驶速度、发动与熄火状态等。系统可设置到1秒返回一次车辆动态信息，以便最及时的掌握车辆的状况。(CS构架)

2、轨迹回放功能：

监控中心能随时回放近60天内的自定义时段车辆历史行程、轨迹记录。

3.报警功能：

超速报警、区域报警、防劫报警、被控车辆超出监控中心预设的速度报警值以及超出或驶入预设的区域会向监控调度中心给出相应的报警。

4、监听功能：

遇到紧急情况调度中心可随时启动对车内声音的监听，以便妥善处理。

5、短信通知功能：

可预设被控车辆的各种报警或状态信息在必要时发送到管理者手机上，以便随身随地掌握车辆重要状态信息。6．路线管理：

被控车辆偏离预设规定线路时给出向应的报警。

7、远程控制功能：

监控中心可随时对车辆进行远程断油断电，锁车功能。

8、行驶里程统计功能：

系统利用GPRS车载终端的行驶记录功能和GIS地理系统原理对车辆进行行驶里程统计，并可生成 韩经理 电话：*** QQ:439753264 报表且可打印。

9、油耗检测：

实时监控车辆的油耗变化，并生成历史时段油量变化报表或油量曲线图，直观反映出油量的正常消耗与非正常消耗及加油数量不足等现象，达到油耗高水平管理，杜截不良事件的发生。如下图：

实时油耗监察。如下图： 韩经理 电话：*** QQ:439753264

10、地址搜索功能：

1）精确查找：在确定目标地址或路名全称，系统自动以该目标地址为地图中心位置展现出来。2）模湖查找：系统操作人员只需输地名和路名的关键字词，系统立即会列出与该关键字词相似的地址信息，再确定目标地址进行查找。

11、距离测量：

监控中可自定义A点和B点。并可对其测量距离。

12、停车记录：

调度中心可对车辆的历史停车记录以文字形式生成报表，其中描述车辆的停车地点、时间和开车时间等信息，并可对其进行打印。

13、地图制作功能：

GPS系统另外设计了两个用户图层，（自定义定位、自定义道路）调度人员可自行根据车辆的行车路线轨迹添加到地图为自定义道路或添加信息点位。

14、车载电话功能：

车载移动电话可以象普通手机一样通过耳机拔打电话，调度中心可对此电话进行远程权限设置，即呼入限制、呼出限制、只能呼叫指定的若干电话号码。需要网络支持。

15、权限管理：

GPS系统可设置十个以上的级别权限，及每个登陆账号N个功能禁止允许。并特权用户可查看所有在线登陆账户的操作与状态。

16、车辆信息管理：

GPS平台系统可录入详细的车辆、驾驶人员、车辆图片等信息，以方便调度人员的工作。

17、Web功能（BS构架）

系统集成的Web GIS技术，使用户在任何连接Internet的地方，经过授权，使用IE方式查车监控。18.出租车进出城自动登记：

可以在出租车辆出城时在中心平台进行自动登记，不同的车辆可以设定不同的驶出区域，如可实现一个分公司的车出了下城区这个区域就自动登记或报警，二分公司车出了杭州所有城区才自动登记或报警。并支持对单车或报警区域设定 19.载客与空驶状态记录：

实时显示出租汽车的载客与空驶状态，并自动记录上客与下客的时间，可对此时段的行车路线进行回放，并统计出其里程及打印其地图窗口。20、调度功能：

智能调度：出租车在实际运营中经常要使用电话叫车功能。GPS系统中可实现的电话叫车，呼叫中心接到客户电话叫车后首先在地图中确定叫车地点，并可画定一个自定义半径圆形的范围，然后GPS系统自动向该范围内所有空载车辆发出调度信息。也可指定任意空载车辆发出调度信息，GPS 韩经理 电话：*** QQ:439753264 系统还可对每辆车成功调度次数进行月统计。具体方式如下：

（1）调度中心可向车辆发送基于GPRS传输模式的短信（此短信不产生信息费，其包含在GPRS包月流量里面）调度中心也可指定或群发信息广播等各类信息，车机也可以向调度中心发送或回复预设的固定短信。

（2）调度中心在确定目标地址后，可自定义一个半径圆形的范围，然后对其范围内的最近或全部车辆发起调度。

（3）最优路径分析：调度中心确定目标地址后，系统自动把一定距离内所有的车辆按最短路程或所有车辆的路程距离列出，并描绘出线路，调度人员可根据了解的交通经验给出最佳调度方案。

（4）导航：根据车辆的当前位置和目的地，系统自动计算出最佳路径并描绘在电子地图上，调度人员可对驾车人员提出最佳行车路线指示。

（5）抢答：司机通过车载GPS上的按扭来抢答，调度中心在收到第一个抢答信息后立即自动回复详细的调度信息，然后确认完成任务派出。

（6）指定：调度中心在接到电话叫车并在找出指定范围内的所有空车后，可以指定其中的一辆要求司机完成接客任务。

（7）按本月成功调车次数最少指定：调度中心在接到电话叫车并在找出指定范围内的所有空车后，可以指定本月通过调车成功接客次数最少的司机完成接客任务。

（二）.系统原理及结构

上海思增的GPS车辆监控调度系统是由GPS移动终端GPRS/GSM（CDMA1X/CDMA）、传输系统和监控中心三部分组成。其系统结构如图所示。

（1）GPS 移动终端

GPS 移动终端包括GPS汽车防盗跟踪器，它将接收到的GPS 定位信息经过处理后，计算出车辆的经度、纬度、速度、方向。韩经理 电话：*** QQ:439753264（2）传输系统

传输系统由GPRS/GSM网络、短信中心、GSM前置机、交换机、网络电缆组成，它负责GPS移动终端与监控中心之间的数据传输。

（3）监控中心

监控中心是整个系统的核心，直接影响系统的稳定、有效运行。它将GPS移动终端通过GPRS/GSM传输系统传来的数据与电子地图匹配，即可实现车辆的位置显示、跟踪，同时，监控中心的调度、控制指令等通过GPRS/GS（CDMA1X/CDMA）传输系统下达给GPS 移动终端。

监控中心在硬件上由三部分组成：通讯服务器、GIS 服务器和监控终端（或监控显示屏）。通讯服务器负责处理系统与GPS 移动终端的双向通讯（通过GSM 短信中心、TCP/IP或GSM 前置机）。GIS 服务器又称数据库服务器，完成各种数据记录和与电子地图的匹配，系统采用的是SQL Server7.0 数据库、MapInfo 格式的电子地图。监控终端用于中心服务人员对车辆的监视、控制操作。

（三）、售后服务：

（1）车载GPS终端由公司负责保修，除人为损坏（含进水、自行拆修等）和自然灾害损坏一个月之内免费更换，一年免费保修；在合同期内GPS终端产品主机提供无限期质量保修。

（2）GPS软件提供一年内免费升级，合同期内免费维护，并提供24小时电话和网络服务及上海市内24小时内现场服务。

（3）公司承诺每年365天，每天24小时的GPS监控调度服务。

三、技术指标：

1、GPS模块定位精度小于15米

2、工作环境温度：-20∽70℃,存储温度-40∽85℃；工作环境温度≤95%；

3、GPS接收机12通道；GPS定位精度≤15m；GPS时间精度<1秒；

4、GPS速度精度<0.1公里/小时；GPS方向精度<2度；

5、速度测量误差≤3%；里程统计误差≤3%；

6、最大功率3W；外形尺寸:100mm（长）×134mm（宽）×45mm（高）

7、GPS参数: 冷启动时间：≤60 S 暖启动时间：≤30 S 热启动时间：≤60 S 静态漂移：≤Φ15mm 动态定位精度：≤15mm

8、GPRS参数:GSM/GPRS 900/1800双模式 Class B 数据传送波特率：300∽115，200bit/s 通迅数据丢率：≤1%

9、电源电压 12V 或 24V

10、电瓶保护电压 低端：11V（12V 电瓶机型）或 20V（24V 电瓶机型）高端：36V电瓶电压低于低端或高于高端保护电压自动切换到备用电池工作。

11、极限输入电源电压 100V

12、电源电流 解警状态 140mA 韩经理 电话：*** QQ:439753264 警戒状态 70mA

13、相对湿度 20 ～ 95%

14、外形尺寸： 主机

2.使

用条 件 　压2.使用条

电源电 件

102x68x43 165x58x23 手柄

或屏 150x73x26（标称）LCD

（标称）0.3kg 　电源电压或

15、重量： 压 主机 2)电瓶保护电2.使用条件 2)电瓶保 低端 ： 手柄 0.2kg 　护电压　　　10V（12V 电瓶机型）或 20V（24V 电瓶机型）电源电压或（标称）2.使用条件 　 高端

VLCD屏 0.3kg 　　　低端：10V（12V 电瓶机型）或 20V（24V 电瓶机型）33　电源电压（标称）2)电瓶保护电压 高端：33V 电瓶电压低于低端或或高于高端保护电压自动切换到备用 电池工作。电瓶保　2)护电压 　　　低端：10V（12V 电瓶机 护电 20V（24V 电瓶机型）电瓶电压低于低端或高于高端保压自动切换到备用 电池工作。3)极限输入电源电压：100V型）或 　　　　低端10V（12V 电瓶机 20V（24V 电瓶机型）高端：33V3)极限输入电源电压：100V型）或　4)电源电流: 140mA 高端：33V 电瓶电压低于低端或高于高端保护电压自动切换到备用 电池工作。5)工作温度-20 ℃ ～ +70 ℃　4)电源电流: 140mA 电瓶6)相对湿度 20 ～ 电压低于低端或高于高端保护电压自动切换到备用 电池工作。3)极限输入电源电压：100V 95%5)工作温度:-20 ℃ ～ +70 ℃ 7)定位精度 < 15m 　6)相对湿度: 20 ～3)极限输入电源电压：100V 95%4)电源电流 140mA 形尺3.外寸和重量7)定位精度 < 15m ～　5)工作温度:-20 ℃ +70 ℃4)电源电流 140mA

北斗卫星导航能否替代GPS? 篇6

2011年12月27日，中国北斗卫星导航系统开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。

截至目前，北斗卫星导航系统已经具备25米左右的定位服务精度。到2012年底，该系统基本建成后将提供正式运行服务，届时将形成覆盖亚太大部分地区的服务能力，其覆盖区内定位精度也将达到10米。

北斗将与GPS兼容

全球定位系统（GPS）是目前全世界应用最为广泛也最为成熟的卫星导航定位系统。现在在日常生活中，GPS已经成了很多人离不开的导航系统，如果没有了车载的GPS，在北京、上海、广州等这些特大型城市，很多人开车都是一个问题，在未来，北斗卫星导航系统也将进入到很多普通人的生活中。但是很多人的担忧是，用了北斗系统，是不是GPS就不能用了？

目前的迹象显示，未来并不会出现这样的情况。北斗卫星导航系统新闻发言人、中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在12月27日的新闻发布会上表示，国内相关的企业已开始从事北斗和GPS兼容终端的研发。在未来，使用GPS终端的用户可以单独使用北斗，也可以使用北斗和GPS兼容使用的终端。

“多一个北斗肯定会有更多的帮助，会对系统的精度、可用性带来更好的改善。”冉承其说。另外在GPS系统出现问题或者因特殊的原因被实施服务关停以后，北斗就可以马上替代其发挥作用。

北斗一次可传送120字的讯息

自2003年开始提供服务以来，北斗卫星导航试验系统已经在军事、交通运输、海洋渔业、水文监测、气象测报、救灾减灾等领域得到广泛应用。

北京国智恒公司是北斗卫星民用服务的重要分理商，该公司执行总裁杜光耀在接受记者采访时表示，他们公司已经在使用该系统为石油、通信、物流等行业提供服务。

中国地质环境监测院地质灾害调查监测室主任周平根博士告诉记者，目前在地质灾害调查方面，北斗系统已经发挥了很大的作用。近几年，他们在西藏等地进行地质灾害的调查，除了使用GPS系统以外，北斗系统也成为他们使用的重要系统。

“GPS系统只有定位功能，而北斗系统与GPS相比，它的最大优势就是还有通信功能，一次可传送多达120个汉字的讯息。在没有电信地面基站的地方，通过它就可以实现发短信。在遇到地震、台风、森林火灾等严重自然灾害时，如果通信基站被毁，只要带有北斗系统的地面接收设备，同样可以实现发短信的功能，这将为抢险救灾发挥至关重要的作用。”周平根说。在2008年汶川大地震后，北斗系统就发挥了重要作用。

据了解，北斗卫星导航系统建成后，将为民航、航运、铁路、金融、邮政等行业提供更高性能的定位、导航、授时等服务。

北斗让我国摆脱GPS网络的控制

北京邮电大学信息与通信工程学院副教授郝建军告诉记者，北斗系统对我国通信行业意义重大，尤其是在授时功能方面。

“平时，我们和他人约定见面时间都是根据自己的手表、手机等来确定，但由于核对时间的基点不同，约定的时间就会出现差异。而在通信行业，移动通信基站工作的切换、漫游服务等都需要精确的时间控制，如果出现大的差异，信息传输就会出现网络瘫痪等一些大的麻烦，为了保证时间的精确性和一致性，就需要采用信息发出和接收双方共同认定的基准时间，而卫星导航定位的授时功能能做到这点。”郝建军说。

但目前，我国的CDMA以及TD-SCDMA通信基站在工作的切换、漫游等方面都是依赖GPS的授时功能进行精确的时间控制，而这种状况也给我国的信息安全埋下了很大的安全隐患。

从1973年诞生之日起，GPS就与美国军方的关系密不可分。截至目前，GPS系统仍是美国政府的国家资产，由国防部负责管理。如果美国出于自身利益对他国限制GPS信号强度和精度，或者彻底关闭GPS服务的权利，就会给该国的信息安全带来极大的威胁。据了解，我国的CDMA网络，就曾经因为美国GPS未授时出现过瘫痪事件。

而在军事方面，一些与现代化军事装备有关的信息处理，如果过度依赖GPS系统，一旦GPS系统无法使用，就会在军事上陷入极大的被动。

“但是通信行业中使用了北斗系统，就可以避免这种事情的发生，另外由于北斗系统能够和GPS兼容，就是电信行业中依旧使用GPS，北斗系统也会成为至关重要的补充。”郝建军说。

今年我国还要发射6颗组网卫星

截至2011年底，中国开发的北斗卫星导航系统已经发射了10颗卫星。按照北斗系统组网发射计划，在2012年我国还要发射6颗组网卫星，进一步扩大系统服务区域，提高服务性能，形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。

而到2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力，届时，北斗系统的卫星数量也将达到35颗，其中包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。

我国的北斗卫星导航系统也是世界上第三个投入运行的卫星导航系统。在此之前，美国的全球定位系统（GPS，包括24颗卫星）和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS，包括24颗卫星，计划在2015年以前增至30颗），早在上世纪90年代就已经建成并投入运行。与此同时，现在欧盟也在打造自己的卫星导航系统——“伽利略”计划（计划共发射30颗卫星）。

目前，中国已经向全球作出承诺，将会像GPS等定位系统一样，对全球用户免费提供导航定位等一些服务。

GPS电子定位导航系统 篇7

目前,GPS全球定位系统已经得到广泛的应用,在很多领域都可以看见G P S系统的应用。但是这些常见的产品都是经过封装和测试,并组装成一体机的最终产品。这样的产品可以满足其市场定位时设定的功能需求,但是,这样的成型的产品并不适合自行研发的自动化系统:一、这样的系统一般封装程度比较高,无法将上位机系统和下位机系统简单分离,无法将GPS定位模块与PCB板和控制模块简单分离,这样就使得自行研发的系统不能简单使用市场上现有的产品实现其功能;二、由于现有产品都是集成了上位机系统并进行了封装,这样使得其现有产品的价格包含了上位机系统和电子地图部分,这样会使整个自行设计的系统成本提高。基于以上理由,需要设计了一套符合系统需求的GPS电子定位导航系统。

2 系统需求分析与总体设计

GPS系统原名全球卫星定位系统,顾名思义其最主要的功能是定位,由此功能而衍生的其他应用和功能也已经为人们所熟知,比如导航功能,现在汽车上应用GPS导航产品已经非常常见,而该GPS定位系统现在只需要基本的定位和导航功能。虽然只有两个最基本的功能,但是对其定位精度要求是在1 0 m以内。

该G P S电子定位导航系统是要嵌入其他自动化系统中的,所以,整个系统虽然也分上位机系统和下位机系统,但是下位机系统要求体积比较小并且容易安装和调试。整个系统组成框图如图1所示:

3 系统硬件设计

3.1 单片机控制器模块

本系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片,STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、PCA、看门狗、片内R/C振荡器和外部振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机[1]几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块,可称得上一个片上系统。最小系统电路如图2所示:

3.2 GPS卫星定位器

该系统采用GS-87卫星定位模块[2]进行定位。数据帧信息包括:模块定位状态(A表示已定位,V表示未定位),模块所在地的经纬度信息。该模块采用外置天线,体积小,6个引脚,容易集成在电路中。正常工作时,采用4.3V电压供电,通过单片机串口2(P1.2和P1.3管脚连接GPS模块的TXD和RXD管脚)读取GPS数据信息。设置波特率为9600,并通过单片机串口1(P3.0和P3.1管脚)将数据发送至控制中心的上位机。控制中心上位机部分借助电子地图,显示当时的定位点,并能够指出相应的到达路径。GS-87卫星定位模块外围电路如图3所示。

4 系统软件设计

4.1 软件需求分析

本系统的上位机亦即软件部分主要功能包括:

1.接收并处理从下位机上传的数据。

2.利用SQL Server 2005软件和Visual Studio2008软件,将处理完的存入数据库,并在需要的时候,按一定的存取逻辑,将数据库中的数据取出。

3.通过Google Map API实现电子地图功能。

4.实现定位和导航功能。

根据以上所列功能,可以确定上位机软件分为三个部分:一、数据库部分;二、电子地图网页部分;三、Win Form程序部分。

4.2 数据库设计

数据库软件使用SQL Server 2005。根据已知的需求,建立2个第三范式数据库表,Setting表和GPS表。Setting表记录各种基础信息,这些信息一般一旦建立就不再更改,而且数据表也很少发生变动。G P S表记录GPS信息,此表字段要少于setting表字段,但是数据表记录会经常增加,致使数据表大小发生改变。这两个表的建立字段如图4和图5所示:

4.3 电子地图网页程序设计

电子地图选用Google Map API V2版本[3]。在电子地图网页的脚本元素中加入load()函数,具体代码如下:

在这个函数里,需要加入了3个G M a p控件和双击和滚轮改变大小,并且用set Center方法初始化地图。

在函数的最后,加入了单击和右击事件以实现特定的功能。当右击电子地图时,会判断右键点击的是不是标注点,若是标注点就弹出右键菜单,否则不做任何反应。当左键点击电子地图时,鼠标点击处的经纬度信息传回W i n F o r m程序,并在Win Form程序中显示出来。

接下来,就要实现导航和标注这两个功能。首先在脚本里添加2个基本功能函数,Add Marker()和Navigate()。Add Marker函数中最重要的脚本语句是var marker=new GMarker(point,myicon)和map.add Overlay(marker)。第一句是建立标注对象,地二句是将标注显示在电子地图上。Navigate函数最重要的脚本语句是

var directions=new GDirections(map)和directions.load("from:"+lat1+","+lng1+"to:"+lat2+","+lng2)。第一句是建立导航类对象,第二句根据传入参数进行导航。网页中还有一个功能是信息框功能,其中脚本语句是map.open Info Window Html(point,tabs)这条语句的功能是在指定点打开信息框。

这三个函数是基本功能函数,其他需要的功能都是在这些基本功能的基础上进行开发的。

4.4 Win Form程序设计

在W i n F o r m程序中,需要考虑预期的所有功能的具体实现和整个软件界面的布局等等。

从功能上来说,首先要实现从数据库中读取数据。为此,编写一个读取数据库的函数data Select函数[4],程序代码如下:

在这个程序中,主要查询的数据库表就是前面数据库设计中建立的GPS表,各种查询的最终目的就是通过各种查询逻辑将符合要求的GPS经纬度信息查询出来,并在电子地图上标注出来。

这时,就需要上文提到的Add Marker()函数了,通过调用这个函数,可以在电子地图上任意经纬度点实现标注。而另一个主要功能就是导航,这里要实现的导航非常简单,就是从一个固定点到另一个标注点之间的导航。可以将上文提到的导航函数Navigate()中的一个点的经纬度固定,另一个点的经纬度进行赋值,这样就可以实现预期的功能了。除此以外,还需要对每一个标注点的基本信息进行说明,要实现这个功能,需要上文说到的信息框函数,利用这个函数,可以在电子地图的任意标注点上打开一个信息框,并且在信息框中显示标注点要显示的各种相关信息。

在这里需要注意的是,要实现上述所有的功能,即在W i n F o r m程序中直接控制网页中的脚本函数,那么需要在窗口构造函数中加入一条语句:_b r o w s e r.Object For Scripting=this,这样才能将网页中的脚本与Win Form中的程序连接起来,以实现预期的功能,否则,网页中的脚本不会响应Winform中的事件和函数。

4.5 程序界面及验证测试

整个程序完成后,默认的程序打开界面如图6示。

在此程序界面中,主要的功能是通过在数据库中检索出所查点的经纬度信息,并将这些点标注在电子地图上,如图7所示。并且,可以右击某一标注点,打开右键菜单,如图7所示。

在右键菜单中,选择点击菜单中的功能,即可实现某一功能。若点击导航功能,就可以得到一条导航的路线,如图8所示。还可以在右键菜单中选择显示点信息,或者直接点击标注点,这样就可以得到关于这个标注点的信息框,如图8所示。

这样,就实现了预期的电子地图的功能,即标注与导航。但为了测试其定位准确性,我们使用达恒公司Pro Mark_200型号的专业GPS测量仪进行验证测试。这款测量仪的实时精度随使用模式的不同而不同,精度范围为1cm~50cm。通过使用测量仪进行实测,并且与现有的电子地图进行比对发现,此电子地图的精度在3~8m左右,符合我们预期的设计指标。

5 结束语

这个系统只是一个简单的实例,如果在实际的应用中若有其他的功能上的需求可以在这个系统的基础上进行功能上的扩充和性能上的改进。而且这个系统也可以根据需要,预留出一些接口并将上位机软件的功能封装成DLL文件,与某些大型的自动化系统相集成,以达到本系统研发的初衷和目的。

摘要：首先对GPS电子定位导航系统进行了总体结构设计,然后分别从上位机和下位机的角度对系统进行分析和设计。在下位机的设计中,包括STC单片机的使用,GPS定位模块的选择,单片机接口的设计等.在上位机设计中,包括数据库设计,Google Map开发,Javascript代码编写,C#语言编程,以及Visual Studio 2008的使用等.最后得到一个可以与其他系统相集成的GPS电子定位导航系统。

关键词：GPS,单片机,C#,Visual Studio 2008,Google Map

参考文献

[1]蔡美琴,张为民,何金儿等.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].2版.北京:高等教育出版社,2004.

[2]王建敏,王天文.多模块GPS系统集成应用及精度分析[J].辽宁工程技术大学学报,2011,(1):46-49.

[3]江宽,龚小鹏.Google API开发详解:Google Maps与Google Earth双剑合璧(第2版)[M].电子工业出版社,2010.

GPS卫星定位 篇8

全球定位系统 (Global Positioning System, GPS) 是目前应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。用GPS信号可以进行海、空和陆地的导航, 导弹的制导, 大地测量和工程测量的精密定位, 时间的传递和速度的测量等。GPS技术已发展成多领域 (陆地、海洋、航空航天) 、多模式 (GPS、DGPS、LADGPS、WADGPS等) 、多用途 (在途导航、精密定位、精确定时、卫星定轨、灾害监测、资源调查、工程建设、市政规划、海洋开发、交通管制等) 、多机型 (测地型、定时型、手持型、集成型、车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式等) 的高新技术国际性产业。

二.GPS技术特点

1. GPS定位原理

GPS卫星主要有28颗, 在6个不同的轨道平面20, 180公里高空绕地球运转, 相邻轨道平面成60度夹角, 每个轨道平面与赤道成55度角。每一颗卫星绕地球运行一周时间近12小时, 由于地球自转, 每24小时 (准确为23小时56分) 后, 卫星将回到地球同一点的上空。卫星信号能在卫星有效范围内的任一点上接收到。GPS系统采用高轨测距体制, 以观测站至GPS卫星之间的距离作为基本观测量。为了获得距离观测量, 主要采用两种方法:一是测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间, 即伪距测量;一是测量具有载波多普勒频移的GPS卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差, 即载波相位测量。采用伪距观测量定位速度最快, 而采用载波相位观测量定位精度最高。通过对4颗或4颗以上的卫星同时进行伪距或相位的测量即可推算出接收机的三维位置。

2. GPS技术特点

(1) 应用实践已经证明, G P S相对定位精度在50km以内可达10-6, 100~500km可达10-7, 1000km可达10-9。此外, GPS可为各类用户连续地提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息。

(2) 目前, 20km以内相对静态定位, 仅需15~20min;快速静态相对定位测量时, 当每个流动站与基准站相距在15km以内时, 流动站观测时间只需1~2min, 然后可随时定位。

(3) 由于GPS卫星数目较多且分布合理, 所以在地球上任何地点均可连续同步地观测到至少4颗卫星, 从而保障了全球、全天候连续实时导航与定位的需要。

三.国内外发展情况

1. 国外发展情况:

因应海面上升的影响, IGS于2001-2005年期间成立了海面变化监测工作组——GPS Tide Gauge Benchmark Monitoring, 简称TIGA。其目的是利用沿海验潮站和邻近的IGS站资料, 准确地获取海面变化信息, 研究近20年来海面变化趋势。该工作组汇集了国际主要研究机构的众多科学家, 成立了6个独立的TIGA数据分析中心, 囊括了全球所有能够收集到的GPS+验潮资料。

2. 国内发展情况

“九五”国家重大科学工程项目——地壳形变观测网络, 在全国布设了27个连续运行GPS站, 每天传送并处理一次数据, 可以提供每天的水汽含量信息。中科院上海天文台与上海气象局、上海测绘院共同建设了16个站的GPS观测网络, 具备GPS水汽监测的功能, 已进入业务化运行。

四.GPS技术在海洋观测的新应用

GPS连续运行观测站, 简称CORS-Continuous Operation Reference Station, 是国际上正在采用的重要对地观测手段, 主要用于地壳运动监测、地球动力学研究、空间基准维持、大气和海面变化监测等方面。

1. 提供潮汐观测站站址的周、月、年变化率, 监测海平面实际变化

GPS业务化观测, 将提供沿海海洋站站址水平和垂直方向的周、月、年变化率, 结合潮汐观测数据, 能够准确地揭示沿海海平面的真实变化。目前, 我国监测海平面变化以验潮资料为主, 辅以卫星测高资料。通过增加GPS连续运行观测站, 在海面变化监测中有三大优势: (1) 将沿海海洋站资料纳入统一的参考框架中, 综合分析区域性海面的整体变化趋势。 (2) 分离验潮站基岩的垂直运动, 准确地揭示海面的真实变化规律。 (3) 在沿岸和近海提供厘米级的定位服务, 标定TOPEX/Poseidon等测高卫星的系统性差异。结合验潮站潮汐和水文气象资料, 准确反映海平面的变化。

2. 及时提供沿海大气水汽含量变化信息, 为海洋气象预报服务

GPS数据处理中心每15分钟能够提供一次水汽变化信息以及沿海各海洋站上空水汽含量数据, 这对灾害海洋天气的监测和预报非常有益。目前, 短期天气预报的准确性受制于初始水汽场, 通过沿海GPS连续运行观测站的建设, 具有如下作用: (1) 增加了实时水汽含量观测值, 提供了新的海洋环境信息。 (2) 基于海洋站观测到的水汽变化信息, 能准确地预报、监测和掌握灾害性天气的发生、发展和演化。 (3) 为海洋气象预报实时提供初始的水汽场, 以提高预报的准确度。

3. 在线提供空间位置基准, 为海岸带和近海海洋调查服务

在海洋站上增设的GPS连续运行观测站, 构成了海洋的空间基准, 能够为近海调查提供精密定位服务, 也为海岛调查提供统一基准, 同时也为国内外海洋划界等勘测提供全球统一的参考框架。为海底和近岸地震等灾害的监测和预报提供定量依据。由于地震与地壳运动有着密切的关系, 地壳运动的监测一直是地震预测预报研究的重要手段和依据。在沿海地区增设GPS连续运行观测站, 能够高精度、实时、连续地获取板块间相互作用引起的地壳运动。

五.GPS业务化观测的实现

1. 建设目标

在沿海和主要岛屿建立全国统一的、高精度的GPS业务观测网络, 实现对海面变化、沿海地壳运动、水汽含量的动态监测, 获取中国沿海海面变化与地壳运动特征以及水汽含量动态变化曲线, 主要服务于海平面变化、海洋气象预报和灾害天气监测, 同时兼顾各种海洋调查和军事应用。目前南海区正在进行GPS观测站站点位置选址。

2. GPS观测站点地理环境要求以及选址

(1) 观测站点地理环境要求, GPS观测站的地理位置最好处于相对空旷的沿海地区, 四周无居民楼或者是微波站、无线电发射台和高压线、军事雷达等干扰因素。GPS观测站最好架建在稳定块体上避开容易产生振动的地带, 避开地质结构不稳定地区和易受水淹或地下水位变化较大的地区。

(2) 观测站点选址, 前已选址的监测站点为:珠海站、闸坡站、台山站、湛江站、硇洲站。除了珠海站地理位置处于居民楼附近, 对GPS观测数据准确度有一定的影响, 其他站点所处的地理位置相对比较空旷, 接收信号良好。

3. GPS观测站点结构以及观测站点工作数据传输流程

观测站点工作数据传输流程:

原始数据三级传输

台站→海洋中心站 (无线、专线)

海洋中心站→分局预报中心 (专线)

分局预报中心→局预报中心 (专线)

处理数据传输

六.结束语

当前, 由于GPS的技术特点, 已经发展成为一种成熟的对地观测技术, 在国家海洋局所属的长期海洋站增设GPS连续运行观测站, 实现GPS观测业务化运行, 将为海洋科研、海洋管理和海洋服务开拓新的数据来源和扩大公众服务范围。

GPS卫星定位 篇9

全球定位系统通称GPS, 是一种用卫星支持的无线电导航系统。GPS的空间系统由分布于6条绕地球运行轨道上离地面高度约为20200km的24颗卫星所组成, 运行周期为12恒星时。这样, 可以保证在全球各地用GPS接收机随时观测到4-8颗高度角在15°以上的卫星, 以便进行定位和导航。

因其GPS全球定位系统可独立、快速和精确地确定地球表面任意点的位置, 所以, 从导航目的开始, 迅速应用在大地控制测量领域中确定地面固定点位。GPS全球定位系统确定地面点位的基本原理为:用GPS接收机接收从四颗及以上卫星在空间运行轨道上同一瞬时发出的超高频无线电信号, 以测定地面点至这几颗卫星的空间距离, 用距离交会法求得地面点的空间位置。

大地控制测量利用GPS全球定位系统进行相对定位。把两台GPS接收机分别安置在相距不远的A、B点上, 同时观测几颗卫星的信号, 即同步观测, 利用两点同步观测形成的无线电载波相位差分观测值, 可消除多种误差的影响, 获取点间的高精度的GPS基线向量, 即三维坐标差。

控制点的WGS84三维坐标, 能用GPS观测与地区已有大地控制点联测的方法求得&apos;转换参数, 通过坐标变换, 化为地区的高斯平面直角坐标和基于大地水准面的点的高程GPS导航定位高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用面广。GPS测量与常规控制测量 (三角测量、三边测量、导线测量等) 相比, 其优点是定位的精度高、观测时间短、测站间无须通视、可提供三维坐标、操作简便、全天候作业、功能多、应用广。

二、GPS测量系统在矿山开发中的应用

当前国内测绘行业野外成图控制测量中坐标系统转换、控制和细部数据处理、成果整理、野外数据检查软件单一、匮乏, 需要手工输入数据多, 检查校对工作量大, 不能实现立体交叉作业, 造成全野外数字化测图生产出现瓶颈, 成果质量控制手段、方法跟不上大规模全野外数字化测图的生产要求, 并且影响了成图、数据建库的周期, 运用RTK对矿区各种设施进行测量, 形成采集点的数据库。通过对数据库的数据格式的转换、编辑, 通过管理软件可形成地形图件、管理工矿设施坐标及对已知坐标进行放样。

(1) 系统的主要内容

编制出的管理软件, 对矿区及其放样进行信息化管理。系统以AUTOCAD2000为基本平台, 按照国家现行的大比例尺地形图图式和地形要素编码, 对各类地图符号进行编码、分层, 建立地图符号库, 利用AUTOLISP和ARX编程, 调用和编辑地图符号, 实现数字地图测绘, 获得DWG格式的矢量型数字地形图。利用VC++编程技术, 在AUTOCAD2000中随时调用GPS数据处理软件 (例如天宝公司的TGO和徕卡公司的SKl-PRO) , 对GPS接收机原始数据进行计算处理, 产生点位坐标数据, 提供绘图使用。程序根据矿区的边界图形, 自动产生界址点成果表, 自动调用WORD软件进行显示和打气印。采用ARX编程技术, 把DWG图形文件中的矿区边界与ACCESS数据库中的矿区属性信息有机结合起来, 实现快速查询。

(2) 系统的主要特点

利用GPS实时动态 (RTK) 测量技术, 快速获取三维坐标及其属性, 并与其他编图软件进行自动连接, 生产出各种比例尺图件;或将工矿设施自动标绘至地形图上;或根据已知坐标进行实地放样。

(3) 系统的主要性能

一是测量定位模块:采用全站仪测量和GPS卫星定位RTK技术实时快速高精度定位;

二是数字绘图模块:利用计算机辅助绘图技术实现数字地形图编辑输出;

三是矿区属性管理模块:建立矿区属性数据库, 实现属性数据与图形数据联动操作, 提高管理工作效率。

(4) 应用推广情况与效果

GPS实时动态 (RTK) 测量系统在矿山开发中的应用研究科研项目, 是为适应矿山开发的需要, 更好地进行矿产资源统一规划, 加速矿山开发自动化管理的进程, 研究开发的技术先进, 实用性强, 可推广的矿山测量系统。采用全站仪测量和GPS卫星定位RTK技术完成实时快速高精度定位;利用计算机辅助绘图技术实现数字地形图编辑输出;建立矿区属性数据库, 实现属性数据与图形数据联动操作, 提高了管理工作效率。通过本系统的运用, 可对我省各地矿山开发及时有效地进行测量和管理, 为矿产资源统一规划, 合理布局, 提高矿山开发管理的工作效率, 加速矿山开发管理工作的自动化、信息化、智能化进程, 具有较大的社会效益。

通过实践检验表明, 本系统已经具备了产业化生产的能力。本系统的研制成功并投入使用, 必将极大地促进和加快全野外数字化信息数据库的建设工作, 为煤矿的勘探开发和建设服务。

参考文献

[1]叶志锋.测绘新技术在矿山测量中的应用[J].四川建材, 2009, 3.

[2]赖家明, 等.应用MapGIS实现属性数据连接方法初探[J].四川林勘设计, 2007, 1.

[3]田建军, 等.矿产资源动态监督管理系统的开发[J].河北省科学院学报, 2009, 3.

[4]赵军.试论“3S”技术在矿山测量中的应用[J].工会博览理论研究, 2010, 7.

GPS卫星定位 篇10

面对日益严重的能源危机, 以太阳能为代表的清洁可再生能源产业受到了世界各国政府的支持, 已经出现了爆发式的增长, 发展前景非常广阔。但太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化等问题, 严重影响了太阳光能的接收效率。另外, 传统的太阳能电池板大都采用固定式安装, 即电池板固定在某个位置, 不随太阳位置的变化而移动, 也严重影响光电转换效率, 据测算:如果平板发电系统与太阳光线角度存在25°偏差, 就会因垂直入射的辐射能减少而使光伏阵列的输出功率下降10%左右。因此, 采用全自动太阳跟踪系统, 有效地保证太阳能电池板能够时刻正对太阳, 使发电效率达到最佳状态, 对解决能源危机有着十分重要且深远的意义[1,2,3]。

1 系统实现方案

本系统方案实现有两个关键:准确授时、准确的本地地理信息 (经纬度) 。系统根据GPS授时校正系统IC时钟, 根据GPS定位信息, 提供本地经纬度, 然后跟踪算法根据授时时间和本地经纬度信息, 运用天文算法计算太阳位置, 驱动跟踪装置对准太阳。

1.1 GPS授时

GPS授时系统是针对自动化系统中的计算机、控制装置等进行校时的高科技产品, GPS授时产品从GPS卫星上获取标准的时间信号, 将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备 (计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU) , 这样就可以达到整个系统的时间同步。

GPS 时间同步装置是接受和发送时间同步信号和时间信息的基准时间装置, 它一般包括GPS 信号接收器、中心处理单元、同步脉冲发生电路以及各种接口等几个部分[4,5]。

其示意图如图1所示。

GPS接收器在任意时刻都能同时接收其视野范围内4～8颗卫星的信号, 其内部硬件电路和处理软件通过对接受到的信号进行解码和处理, 能从中提取并输出两种时间信号:一是间隔为1 s的脉冲信号1 pps, 其脉冲前沿与国际标准时间 (格林威治时间) 的同步误差不超过1 μs;二是经RS-232串行口输出的与1 pps脉冲前沿对应的国际标准时间和日期代码 (时、分、秒、年、月、日) [5,6,7]。

本文中的GPS接收模块采用广州鑫图科技有限公司的Gstar系列的GS-87模块, 它采用3.3～5.5 V (VDC) 供电, 20通道, 可同时跟踪12颗卫星, 一秒更新定位资料, 平均定位时间为:热启动:1 s;暖启动:38 s;冷启动:42 s。其输出语句结构如下:

Recommended Minimum Specific GNSS Data (RMC) 推荐定位信息:

$GPRMC, <1>, <2>, <3>, <4>, <5>, <6>, < 7>, <8>, <9>, <10>, <11>, <12>*hh

系统每天早上需要进行时间校正 (即每天校正一次时间) , 校正时需GPS授时, 这时GPS控制电路启动GPS, 校正后, 关闭电源。GPS控制电路, 能有效管理该GPS开关, 延长其寿命。

其控制逻辑和控制电路图如图3、图4所示。

1.2 GPS定位

目前GPS系统提供的定位精度是优于10 m, 而为得到更高的定位精度, 我们通常采用差分GPS技术:将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标, 计算出基准站到卫星的距离改正数, 并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时, 也接收到基准站发出的改正数, 并对其定位结果进行改正, 从而提高定位精度。差分GPS分为两大类:伪距差分和载波相位差分。

(1) 伪距差分原理

这是应用最广的一种差分。在基准站上, 观测所有卫星, 根据基准站已知坐标和各卫星的坐标, 求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较, 得出伪距改正数, 将其传输至用户接收机, 提高定位精度。这种差分, 能得到米级定位精度, 如沿海广泛使用的“信标差分”。

(2) 载波相位差分原理

载波相位差分技术又称RTK (Real Time Kinematic) 技术, 是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机, 进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据, 采用空间距离后方交会的方法, 确定待测点的位置。如图5所示。

假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机, 可以测定GPS信号到达接收机的时间△t, 再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式

上述四个方程式中待测点的空间直角坐标x、 y、 z和Vto为未知参数, 其中di=c△ti (i=1、2、3、4) 。

di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

c为GPS信号的传播速度 (即光速) 。

xi、yi、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标, 可由卫星导航电文求得。

Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差, 由卫星星历提供。

Vto为接收机的钟差。

由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差Vto。

1.3 太阳运行轨迹的算法

太阳的运行轨迹, 即太阳相对地球的位置可由

两种坐标系统来描述:赤道坐标系和地平坐标系[8,9,10]。

赤道坐标系下太阳相对于地球的位置是相对于赤道平面而言, 用赤纬角δ和时角ω来表示。

赤纬角δ在一年中的变化用下式计算

δ=23.45×sin[360× (284+n) /365] (5)

其中n为一年中的日期序号。

地球自转一周为360°, 对应的时间为24 h, 故每小时对应的时角为15°。从正午算起, 上午为负, 下午为正, 数值等于离正午的时间乘以15°。时角ω的计算公式为

ω=f (t) (6)

地平坐标系下用高度角θ和方位角ψ两个坐标表示。太阳高度角是指某地观测者在观测太阳时的视线仰角, 简称太阳高度。太阳方位角即太阳所在的方位, 指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角。

在地平坐标系中, 赤纬角和时角和赤道坐标系的是一致的。高度角θ计算式为

sinθ=sinα×sinδ+cosδ×cosα×cosω (7)

α为当地地理纬度。

方位角ψ计算公式

sinψ=cosδ×sinω/cosβ (8)

方位角从正午起算, 按顺时针方向为正, 逆时针方向为负, 也就是上午为负, 下午为正。

由以上式子, 结合前文所述的经纬度和当地时间, 就可以计算出太阳的高度角和方位角, 即定位跟踪参数。

2 结论

基于GPS授时的太阳能时基跟踪控制器, 消除了位置和季节变化对该系统的影响, 使得跟踪控制的精度更高, 更可靠。为今后建造更大规模发电站打下了坚实的基础, 对于缓解能源危机有着重大意义, 具有广阔的发展前景。

参考文献

[1]薛建国.基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计[J].长春师范学院学报, 2005, 24 (3) .

[2]赵春江, 杨金焕, 陈中华, 等.太阳能光伏发电应用的现状及发展[J].节能技术, 2007, 25 (5) :461-465.

[3]刘鉴民.太阳能利用原理.技术.工程[M].北京:电子工业出版社, 2010.

[4]李学蔷, 普杰信.基于GPS授时的数据同步技术应用研究[J].信息技术, 2004, 28 (10) .

[5]张勇, 李莉.GPS授时世界时钟系统[J].大庆石油学院学报, 2007, 31 (4) .

[6]张文涛.基于PLC的太阳自动跟踪系统的设计与实现[J].制造业自动化, 2010.

[7]马建军, 潘玉良.基于单片机的太阳跟踪控制系统[J].机电工程, 2010.

[8]贺晓雷.太阳方位角的公式求解及应用[J].太阳能学报, 2008.

[9]王炳忠.太阳能中天文参数的计算[M].