GPS控制技術(shù)--GPS控制系統(tǒng)的組成

1、來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載GPSGPS控制技術(shù)控制技術(shù) 劉偉蓮劉偉蓮 中的應(yīng)用中的應(yīng)用來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載 概述 GPS控制系統(tǒng)的組成工作原理 GPS在汽車上的應(yīng)用 GPS的主要功能 國內(nèi)外GPS導(dǎo)向的應(yīng)用與發(fā)展來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載1概述nGPS是是GlobalPositioningSystem的簡稱，即全球衛(wèi)星定位系的簡稱，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)統(tǒng) ，n最初應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，是美軍最初應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，是美軍71年代初年代初“子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位”技術(shù)技術(shù)上發(fā)展起來的，具有上發(fā)展起來的，具有全球性，全

2、能性（陸地，海洋，航空），全天候全球性，全能性（陸地，海洋，航空），全天候優(yōu)勢優(yōu)勢n民用方面：最大的民用市場就是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)民用方面：最大的民用市場就是汽車導(dǎo)航系統(tǒng) 汽車工業(yè)成為一個國家的文明象征，隨著他的發(fā)展也帶來諸多汽車工業(yè)成為一個國家的文明象征，隨著他的發(fā)展也帶來諸多問題，例如交通堵塞，社會環(huán)境的一大公害，利用問題，例如交通堵塞，社會環(huán)境的一大公害，利用GPS發(fā)展汽車導(dǎo)航發(fā)展汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是解決城市交通堵塞的一個高科技手段。系統(tǒng)是解決城市交通堵塞的一個高科技手段。n汽車導(dǎo)航的目的：引導(dǎo)汽車在繁忙交通狀態(tài)和復(fù)雜的道路網(wǎng)絡(luò)中引導(dǎo)汽車在繁忙交通狀態(tài)和復(fù)雜的道路網(wǎng)絡(luò)中,選選擇最佳的路徑擇最佳的路徑

3、,使其能在盡量短的時間和路程內(nèi)到達(dá)目的地使其能在盡量短的時間和路程內(nèi)到達(dá)目的地.n他能回答我們?nèi)齻€問題：我現(xiàn)在在哪里？要去哪里？如何去？他能回答我們?nèi)齻€問題：我現(xiàn)在在哪里？要去哪里？如何去？來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載二GPS系統(tǒng)組成和工作原理n1系統(tǒng)組成：空間部分，地面支撐系統(tǒng)，用戶設(shè)備太空部分由24顆人造衛(wèi)星組成地面監(jiān)控部分接收 傳遞 監(jiān)控衛(wèi)星發(fā)回的信號用戶設(shè)備車載導(dǎo)航儀，接收機(jī)(主控制中心在美國主控制中心在美國n用戶設(shè)備：接收機(jī)主要接收接收機(jī)主要接收C/AC/A碼和碼和P P碼定位，碼定位， P P碼定位精度高（供美國碼定位精度高（供美國軍方使用）軍方使用） C/A

4、C/A碼供一般用戶使用碼供一般用戶使用來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n1.空間部分(導(dǎo)航衛(wèi)星).空間部分使用24顆(其中3顆衛(wèi)星為備用)高度為20200km的導(dǎo)航衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座.分布如圖n2. 地面站.地面站包括一個主控站、四個監(jiān)測站和一個注入站。n3.用戶設(shè)備. 導(dǎo)航衛(wèi)星采用無源工作方式，凡是有GPS接收設(shè) 備的用戶都可以使用GPS系統(tǒng)。用戶設(shè)備包括全向圓極化天線、接收機(jī)、微處理器、控制顯示設(shè)備等，有時也統(tǒng)稱GPS接收機(jī)。來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載2 工作原理分布在與地球赤道面傾角為55的六個軌道面上有24顆衛(wèi)星（21顆工作星，3顆備用星）其運(yùn)行

5、周期為1小時58分，軌道平面高度為20200km，這樣的分布保證每天出現(xiàn)在地平線上的衛(wèi)星數(shù)目在411顆左右，在地球的任何地方都能同時收到4顆 以上衛(wèi)星發(fā)出的信號，計算機(jī)根據(jù)這些信號可計算出用戶目前在地球坐標(biāo)系中的位置。衛(wèi)星在圍繞其軌道運(yùn)行時，向地面發(fā)出的信息，包括其軌道位置信息和電波發(fā)射時刻信號。接收機(jī)根據(jù)衛(wèi)星所發(fā)出的信號到接收到信號所經(jīng)歷的時間，便可算出兩者的距離。如果知道某點至第一個衛(wèi)星的距離，那末該點來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載 當(dāng)出現(xiàn)接受信息時鐘誤差是三個球面無法相交時利用第四顆衛(wèi)星的信息進(jìn)行修正.若用戶時鐘和衛(wèi)星時鐘相差t,則測得距離F= Ri+t *c=Ri+

6、E , 根據(jù)方程： F=(Xi-X0)2+(Yi-Y0)2+(Zi-Z0)21/2+E (i=1,2,3,4) 式中 Ri 各衛(wèi)星到汽車的距離，單位為m; C 無線電波傳播速度，與光速相等; ti 各衛(wèi)星電波傳到汽車所用時間. E 由時鐘誤差引起的定位誤差。 解方程組可以求出汽車的位置坐標(biāo)來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n提高定位精度的措施提高定位精度的措施：采用差分GPS定位算法偉來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載三GPS系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用n1。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)組成： GPS ,車載部分，主控中心 來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載來自來自 中國

7、最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)方框圖來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)主控中心主控中心來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n主控中心主控中心由電臺.調(diào)制解調(diào)器，計算機(jī)系統(tǒng)和電子地圖組成，n電臺：接收汽車上電臺發(fā)出的位置信息，同時反 饋汽車n調(diào)制解調(diào)器：負(fù)責(zé)反控命令和GPS信息的數(shù)/模轉(zhuǎn)換n計算機(jī)系統(tǒng)：接收到汽車的位置信息后進(jìn)行簡單預(yù)處理，然后按決定的通信協(xié)議，包裝該信息并送往工作站，n工作站：在矢量電子地圖數(shù)據(jù)上顯示汽車的位置，并提供空間查詢功能來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n車載部分由車載部分由G

8、PS接收機(jī)，調(diào)制解調(diào)器，電臺組成，還包括接收機(jī)，調(diào)制解調(diào)器，電臺組成，還包括自律導(dǎo)航裝置，車速傳感器，陀螺傳感器自律導(dǎo)航裝置，車速傳感器，陀螺傳感器,CD-ROM驅(qū)動器，驅(qū)動器，LCD顯示器顯示器來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n自律導(dǎo)航裝置：當(dāng)行駛到地下隧道，高層自律導(dǎo)航裝置：當(dāng)行駛到地下隧道，高層 樓群樓群，密集森林等地段時，由于遮擋，此時汽車與衛(wèi)星失去聯(lián)系，我們用車密集森林等地段時，由于遮擋，此時汽車與衛(wèi)星失去聯(lián)系，我們用車速傳感器自動地從汽車前進(jìn)的速度中檢測出車速脈沖速傳感器自動地從汽車前進(jìn)的速度中檢測出車速脈沖.通過微處理器通過微處理器的運(yùn)算直接由速度和時間中求出行

9、駛的距離的運(yùn)算直接由速度和時間中求出行駛的距離(不過此時汽車是高速行不過此時汽車是高速行駛輪胎會膨脹。用輪胎轉(zhuǎn)速求出的距離會產(chǎn)生誤差，所以要取一個向駛輪胎會膨脹。用輪胎轉(zhuǎn)速求出的距離會產(chǎn)生誤差，所以要取一個向上的距離系數(shù)來修正上的距離系數(shù)來修正)。n陀螺傳感器：當(dāng)汽車行駛在彎路，蛇形路面，勾狀山道，陀螺傳感器：當(dāng)汽車行駛在彎路，蛇形路面，勾狀山道，雪地打滑，輪渡過河，更換輪胎，環(huán)狀盤形橋等路況時，雪地打滑，輪渡過河，更換輪胎，環(huán)狀盤形橋等路況時，汽車的前進(jìn)方向，行駛狀態(tài)汽車的前進(jìn)方向，行駛狀態(tài)(即汽車行駛的角速度即汽車行駛的角速度)都要發(fā)都要發(fā)生變化，此時只有通過陀螺傳感器對航向絕對位置的檢測

10、生變化，此時只有通過陀螺傳感器對航向絕對位置的檢測和修正才能得到汽車的正確定位坐標(biāo)。和修正才能得到汽車的正確定位坐標(biāo)。n自律導(dǎo)航特點：不受時間地點路況影響，又具有自律導(dǎo)航特點：不受時間地點路況影響，又具有一定定位精度一定定位精度來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n陀螺傳感器：測量汽車前進(jìn)方向和行使?fàn)顟B(tài)測量汽車前進(jìn)方向和行使?fàn)顟B(tài)n 汽車行使的曲線距離與衛(wèi)星導(dǎo)航的經(jīng)緯度直線坐標(biāo)產(chǎn)生誤差時，陀汽車行使的曲線距離與衛(wèi)星導(dǎo)航的經(jīng)緯度直線坐標(biāo)產(chǎn)生誤差時，陀螺傳感器得到該誤差信號，經(jīng)過微處理器可得到汽車正確的位置螺傳感器得到該誤差信號，經(jīng)過微處理器可得到汽車正確的位置勾狀山道勾狀山道發(fā)夾式彎

11、路發(fā)夾式彎路蛇形路面蛇形路面輪渡過河輪渡過河雪地打滑雪地打滑更換輪胎更換輪胎環(huán)狀盤形橋環(huán)狀盤形橋來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載車速傳感器：在以下狀況時，在以下狀況時，GPSGPS衛(wèi)星失去聯(lián)系，在中斷信號的瞬衛(wèi)星失去聯(lián)系，在中斷信號的瞬間由車速傳感器直接檢測出車速脈沖送微處理器，然后通過計算求出間由車速傳感器直接檢測出車速脈沖送微處理器，然后通過計算求出汽車前進(jìn)距離，紀(jì)錄汽車與衛(wèi)星失去聯(lián)系后的每一瞬間運(yùn)動狀態(tài)，從汽車前進(jìn)距離，紀(jì)錄汽車與衛(wèi)星失去聯(lián)系后的每一瞬間運(yùn)動狀態(tài)，從而給出汽車前進(jìn)的正確位置而給出汽車前進(jìn)的正確位置 隧道中隧道中高層大樓間高層大樓間 地下車庫地下車庫密集樹

12、林間密集樹林間高架橋下高架橋下 在障礙物中由車速傳感器直接導(dǎo)入自律導(dǎo)航來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n其他部件：n地圖匹配器：由于種種原因有時收不到由于種種原因有時收不到GPSGPS的正確信號，自律導(dǎo)航的正確信號，自律導(dǎo)航 中的傳感器融合技術(shù)所檢測到的定位信息也存在著一定誤差中的傳感器融合技術(shù)所檢測到的定位信息也存在著一定誤差 n原理：把汽車行駛的軌跡與數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫提供的路徑進(jìn)行相關(guān)比較，實際原理：把汽車行駛的軌跡與數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫提供的路徑進(jìn)行相關(guān)比較，實際上就是一個數(shù)字相關(guān)比較器上就是一個數(shù)字相關(guān)比較器 經(jīng)過地圖匹配器路線得到修正經(jīng)過地圖匹配器路線得到修正 地圖匹配來自

13、來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載電子地圖數(shù)據(jù)庫：定位與導(dǎo)航的定位標(biāo)準(zhǔn)，存儲于DVD光盤中。一張DVD光盤中預(yù)存1000萬個街道地址，1900萬個電話號碼n路徑引導(dǎo)：把存儲在電子地圖數(shù)據(jù)庫中的各種路徑進(jìn)行路徑規(guī)劃，然后對車輛進(jìn)行路徑引導(dǎo) 來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載nLCD顯示器（液晶）有一種由平面圖到鳥瞰圖的轉(zhuǎn)換功能，有一種由平面圖到鳥瞰圖的轉(zhuǎn)換功能，以解除司機(jī)長時間觀看屏幕時眼睛疲勞。使起點到目的地全貌一目了以解除司機(jī)長時間觀看屏幕時眼睛疲勞。使起點到目的地全貌一目了然然來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載來自來自 中國最大的資料庫下載中國最

14、大的資料庫下載 GPS的工作原理主要包括偽距測量、定位計算、最佳導(dǎo)航星選擇算法(即從多顆可見導(dǎo)航衛(wèi)星中選擇4顆幾何關(guān)系最好的衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航定位)和導(dǎo)航算法。來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載四 GPS的主要功能車輛跟蹤：利用GPS和電子地圖可以實時提供出行路線的規(guī)劃和導(dǎo)航信息查詢話務(wù)指揮緊急援助來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n在該系統(tǒng)中，通常采用多個汽車公用一個信息通道，當(dāng)有多個汽車同時發(fā)送GPS信息時，將會造成信道碰撞現(xiàn)象，使傳輸出現(xiàn)錯誤。為了解決這一問題、系

15、統(tǒng)主控中心與備汽車采用主從結(jié)構(gòu)形式通訊，主控中心維護(hù)整個信息網(wǎng)絡(luò)的操作，它首先根據(jù)系統(tǒng)的配置，順序和每輛汽車建立“連接”關(guān)系并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如果不成功則標(biāo)記出錯的原因，最后斷開“連接”。每個汽車被查詢一次即完成一個周期，從而可以避免信息碰撞產(chǎn)生。該系統(tǒng)的主控中心及車載電臺的通信管理模塊流程圖如圖。來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載國內(nèi)外國內(nèi)外GPSGPS汽車導(dǎo)向的應(yīng)用與發(fā)展汽車導(dǎo)向的應(yīng)用與發(fā)展.1.日本 在日本的一些豪華轎車上，導(dǎo)向(航)系統(tǒng)已不再是選裝，而變 成了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。例如，豐田公司的 window牌，日產(chǎn)公司的cina牌

16、、本田公司的Legend牌此外還有一些進(jìn)口轎車,如奔馳公門的s級轎車、寶馬(BMW)公司的7系列和5系列轎車，都把導(dǎo)向系統(tǒng)裝到最新出產(chǎn)的汽車上。由于汽車導(dǎo)向系統(tǒng)可以擴(kuò)展到更多的車型，在車內(nèi)裝飾設(shè)計中，儀表板上都留出一塊15cm左右的視頻顯示屏幕的位置.1997年在日本銷售的新車中有1/10安裝了導(dǎo)向系統(tǒng)，安裝比例雖然還不夠大，卻大大促進(jìn)了汽車導(dǎo)向系統(tǒng)的發(fā)展. 2.美國 GPS汽車導(dǎo)向系統(tǒng)在美國只有新型轎車才安裝使用，因為導(dǎo)向系統(tǒng)在美國起步較晚。為了加快GPS汽車導(dǎo)向系統(tǒng)的發(fā)展，1996年美國運(yùn)輸部作出一項規(guī)定：未來汽車必須使用導(dǎo)向系統(tǒng)。3.德國 汽車電子導(dǎo)向系統(tǒng)將在德國大規(guī)模投入使用。西克斯特

17、公司(德國最大的出租車公司之一)已于1997年采購8000輛裝有導(dǎo)向系統(tǒng)的奔馳汽車，在德國八大飛機(jī)場提供服務(wù)。該車導(dǎo)向系統(tǒng)只要駕駛員把目的地輸入車上的微機(jī)后，微機(jī)就借助衛(wèi)星計算出最短的行車路線，然后在屏幕上用圖像和聲音引導(dǎo)駕駛員開向目的地。來自來自 中國最大的資料庫下載中國最大的資料庫下載n國內(nèi)GPS汽車導(dǎo)向的研究與應(yīng)用 GPS汽車導(dǎo)向系統(tǒng)的研制和應(yīng)用在國內(nèi)起步較晚,仍處于初級階段，目前主要應(yīng)用在專用汽車上，如銀行運(yùn)鈔車、公安巡邏車等。 1.北京航空航天大學(xué)進(jìn)行了多年的研究，將全球定位技術(shù)(GPS), 地理信息系統(tǒng)和現(xiàn)代通信技術(shù)綜合在一起。其主要功能是將任何裝有GPS接收機(jī)的移動目標(biāo)的動態(tài)位置(經(jīng)度、緯度、高度)、時間、狀況等信息，適時地通過無線通訊網(wǎng)鏈傳送至主控制基地中心，而后面具有強(qiáng)大地理信息處理、查詢功能的電子地圖上進(jìn)行運(yùn)動軌跡的顯示，并能對準(zhǔn)確位置、速度