GPS在物流領域中的應用

1、GPS在物流領域中的應用實驗目的我們要通過實驗了解GPS即全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）的工作原理以及組成部分，更加深入的了解GPS，以便于我們以后的使用，隨著GPS技術的廣泛應用，我們要與時俱進的了解此項技術，更好的服務我們的生活。二實驗內(nèi)容1.GPS的組成全球定位系統(tǒng)（GPS）主要由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設備部分三大部分組成。1.1空間星座部分GPS衛(wèi)星星座全球定位系統(tǒng)的空間星座部分由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆工作衛(wèi)星，3顆可隨時啟用的備用衛(wèi)星。工作衛(wèi)星均勻分布在6個近圓形軌道面內(nèi)，每個軌道面上有4顆衛(wèi)星（見圖16-2）。衛(wèi)星軌道面相對地球赤道面的

2、傾角為55，各軌道平面升交點的赤經(jīng)相差60,同一軌道上兩衛(wèi)星之間的升交角距相差90。軌道平均高度為20200km,衛(wèi)星運行周期為11小時58分。在地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目隨時間和地點而異，最少為4顆，最多時達11顆。GPS衛(wèi)星及功能GPS衛(wèi)星（見圖16-3）的主體呈圓柱形，直徑為1.5m,重約774kg，設計壽命為7.5年。主體兩側(cè)配有能自動對日定向的雙葉太陽能板，為衛(wèi)星正常工作提供電源，通過一個驅(qū)動系統(tǒng)保持衛(wèi)星運轉(zhuǎn)并穩(wěn)定軌道位置。每顆衛(wèi)星裝有4臺高精度原子鐘（銣鐘和銫鐘各兩臺），以保證發(fā)射出標準頻率，為GPS測量提供高精度的時間標準。GPS衛(wèi)星的主要功能是：（1）接收和儲存由地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)射來的

3、導航信息；（2）接收并執(zhí)行地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，如調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)和啟用備用時鐘、備用衛(wèi)星等；（3）向用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導航與定位信息，并提供時間標準、衛(wèi)星本身的空間實時位置及其它在軌衛(wèi)星的概略位置。GPS衛(wèi)星信號及SA技術（1）GPS衛(wèi)星信號GPS衛(wèi)星信號與導航電文是通過發(fā)射高頻載波信號來傳送的（圖16-4），振蕩器產(chǎn)生一個基準頻率F0=10.23MHz的高頻載波信號，分別以154倍和120倍實現(xiàn)倍頻后，形成兩個載波頻率信號L1=1575.42MHz,L2=1227.60MHz，波長分別為入1=19.03cm,入2=24.42cm。GPS衛(wèi)星的三種碼信號（載波的三種相位調(diào)制）：P碼或精碼：

4、兩個載波被F0調(diào)制的偽隨機碼；主要用于較精密的導航定位，只供美國軍方和授權用戶使用。C/A碼或粗碼：L1載波頻率被調(diào)制為0.1F0的偽隨機碼；測距精度低。導航電文或D碼：兩個載波上都調(diào)制了50（bit/s）的數(shù)據(jù)串，它向用戶提供為計算衛(wèi)星坐標用的衛(wèi)星星歷、系統(tǒng)時間、衛(wèi)星鐘性能及電離層改正參數(shù)等信息。有每顆GPS衛(wèi)星的識別碼，區(qū)分來自不同衛(wèi)星的信號。（2）SA（SelectiveAvailability）政策與技術SA（SelectiveAvailability）政策：選擇可用性政策。為保障美國政府的利益與安全，使非特許用戶不能獲得高精度實時定位,美國國防部對GPS工作衛(wèi)星發(fā)播的信號實行SA政策

5、。SA技術：對GPS衛(wèi)星基準頻率采用&技術，即GPS的基準信號人為的引入一個高頻抖動信號，以降低C/A碼偽距觀測量的精度；對導航電文采用技術，干擾衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，降低GPS衛(wèi)星播發(fā)軌道參數(shù)的精度，降低利用C/A碼進行單點定位的精度。在SA的影響下，偽距單點定位精度由土25m降到土50m。大多商用GPS接收機工作于C/A碼，只能使用降低了精度的C/A碼。2000年5月美國政府取消了SA政策，民用C/A碼的精度得到了顯著的實質(zhì)上的改善。1.2地面監(jiān)控部分GPS的地面監(jiān)控系統(tǒng)主要由分布在全球的五個地面站組成，按其功能分為主控站（MCS）、注入站（GA）和監(jiān)測站（MS）三種（圖16-5）。主控站：一個，

6、設在美國本土的科羅拉多空間中心。負責協(xié)調(diào)和管理所有地面監(jiān)控系統(tǒng)，具體任務：根據(jù)所有地面監(jiān)測站的觀測資料推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層修正參數(shù)等，并把這些數(shù)據(jù)及導航電文傳送到注入站；提供全球定位系統(tǒng)的時間基準；調(diào)整衛(wèi)星狀態(tài)和啟用備用衛(wèi)星；還具有監(jiān)測站功能等。注入站：現(xiàn)有三個，分別設在印度洋的迭哥伽西亞、南太平洋的卡瓦加蘭和南大西洋的阿松森群島。其主要任務是將來自主控站的衛(wèi)星星歷、鐘差、導航電文和其它控制指令注入到相應衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性；亦具有監(jiān)測站功能。監(jiān)測站：原有五個（含上述四個地面站，另一個設在夏威夷）。主要任務:是連續(xù)觀測和接收所有GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號并監(jiān)測衛(wèi)星

7、的工作狀況，將采集到的數(shù)據(jù)連同當?shù)貧庀笥^測資料和時間信息經(jīng)初步處理后傳送到主控站。2000年，監(jiān)測站增加到10個（我國家測繪局與美國國家影像與制圖局NIMA合作在房山建立了一個監(jiān)測站），大大改善了衛(wèi)星廣播星歷的精度。對于精密定位，用戶等效距離誤差由原來的4.3m降低到1.3m。整個地面監(jiān)控系統(tǒng)由主控站控制，地面站之間的通信系統(tǒng)無需人工操作，實現(xiàn)了高度自動化和標準化。1.3用戶設備部分GPS的用戶設備部分，包括GPS接收機硬件、數(shù)據(jù)處理軟件和微處理機及其終端設備等。GPS信號接收機GPS信號接收機：是用戶設備部分的核心。其主要任務是捕獲衛(wèi)星信號，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號；對接收的衛(wèi)星信號進行處理，測量

8、出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線間的傳播時間；譯出GPS衛(wèi)星發(fā)射的導航電文，配以功能完善的軟件，實時計算接收機天線的三維坐標、速度和時間。GPS接收機：由天線、主機和電源三部分組成。GPS接收機天線：由天線單元和前置放大器兩部分組成。天線的作用是將GPS衛(wèi)星信號的微弱電磁波能量轉(zhuǎn)化為相應電流，前置放大器將接收的GPS信號放大。為減少信號損失，一般將天線和前置放大器封裝成一體；主機：由變頻器、信號通道、微處理器、存儲器和顯示器組成。主機的主要作用是對天線接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理、記錄、存儲、狀態(tài)及結(jié)果顯示等；電源：主要有內(nèi)電源（一般為鋰電池）和外接電源兩種，為接收機提供工作時必要的能源。GPS的種

9、類（按用途分）導航型：一般采用偽距單點定位，定位精度較低，體積小、價格低廉，廣泛用于船舶、車輛、飛機等運動載體的實時定位及導航。按應用領域又分：手持型、車載型、航海型、航空型以及星載型。測地型：主要采用載波相位觀測值進行相對定位，定位精度較高，一般相對精度可達土（5mm+10-6XD）。這類儀器構(gòu)造復雜，價格昂貴。主要用于精密大地測量、工程測量、地殼形變測量等領域。分為單頻機和雙頻機兩種：單頻機只接收L1載波相位，它不能消除電離層的影響，只適用于15km以內(nèi)的短基線；雙頻機可接收LI、L2載波相位，因而可以消除電離層的影響，精度較高，可適用于長基線。授時型：利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標準進行授時，常用于天文臺授時、電力系統(tǒng)、無線電通訊系統(tǒng)中的時間同步等。姿態(tài)測量型：可提供載體的航偏角、俯仰角和滾動角，主要用于船舶、飛機及衛(wèi)星