定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用

1、定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用、 定位技術(shù)的發(fā)展早在15世紀(jì)，人類開始探索海洋的時候，定位技術(shù)也隨之催生。主要的定位方法是運(yùn)用當(dāng) 時的航海圖和星象圖，確定自己的位子.隨著社會和科技的不斷發(fā)展，對導(dǎo)航定位的需求已不僅僅局限于傳統(tǒng)的航海、航空、航天 和測繪領(lǐng)域。GPS作為常見的導(dǎo)航定位系統(tǒng)已經(jīng)逐漸進(jìn)入社會的各個角落.尤其在軍事領(lǐng)域，對 導(dǎo)航定位提出了更高的要求.導(dǎo)航定位的方法從早期的陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)到現(xiàn)在常用的衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng)，經(jīng)歷了 80多年的發(fā)展，從少數(shù)的幾種精度差、設(shè)備較龐大的陸基系統(tǒng)到現(xiàn)在多種導(dǎo) 航定位手段共存，設(shè)備日趨小型化的發(fā)展階段，在技術(shù)手段、導(dǎo)航定位精度、可用性等方面均 取得質(zhì)的飛越。陸

2、基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1。1。1第一次世界大戰(zhàn)期間陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)是從20世紀(jì)20年代第一次世界大戰(zhàn)期間開始發(fā)展起來的。首先是應(yīng) 用在航海，逐漸擴(kuò)展到航空領(lǐng)域。其技術(shù)手段主要是采用無線電信標(biāo)。艦船和飛機(jī)接受信標(biāo)的發(fā)射信號，通過方向圖調(diào)制測出與信標(biāo)的方位，從而確定自身的航 向。這時的導(dǎo)航主要側(cè)重是側(cè)向，定位能力比較差。1。1.2 第二次世界大戰(zhàn)及戰(zhàn)后時期第二次世界大戰(zhàn)及后期，無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)飛速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的系統(tǒng)，并在不斷發(fā) 展，到目前大多系統(tǒng)仍在廣泛使用。定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用這其中主要有羅蘭一A (LoranA)、羅蘭一C (LoranC)、臺卡(Decca-A)、奧米伽系統(tǒng)、 伏爾/

3、測距器(DME)和塔康(Tacan)等。羅蘭一A和羅蘭-C羅蘭一A和羅蘭一C的基本原理是發(fā)射脈沖信號，利用雙曲線交會定位，20世紀(jì)50年代末 產(chǎn)生的羅蘭-C在羅蘭一A的基礎(chǔ)上，對發(fā)射信號進(jìn)行了改進(jìn)，使得用戶可以得到幾百米量級的 定位精度和微妙級的授時精度。目前各國已建成近100個發(fā)射臺站，但仍不能覆蓋全球。臺卡和奧米伽臺卡也是一種雙曲線，主要針對歐洲的海上用戶。其精度和覆蓋范圍均不如羅蘭一C。隨著 羅蘭-C西北歐臺鏈的建成，其永華逐漸減少.奧米伽是針對以上幾種系統(tǒng)存在的不能覆蓋全球的問題而由美國在20世紀(jì)50年代中期研制 的。采用低頻連續(xù)波發(fā)射(1014KHz)，雙曲線定位。缺點(diǎn)是定位精度低、

4、有多值性、數(shù)據(jù)率 低和設(shè)備昂貴等。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的使用，奧米伽已于1997年關(guān)閉。伏爾+測距器(DME)該系統(tǒng)主要針對航空用戶研制.本質(zhì)仍是一種甚高頻全向信標(biāo)，只能給飛機(jī)指示方位。所以， 在1949年又將測距器納入了系統(tǒng)中。測距器與伏爾信標(biāo)置于一地，采用詢問和應(yīng)答的方式，能 夠?yàn)?10架左右飛機(jī)提供距離測量的服務(wù)。塔康(Tacan)工作在L頻段，采用脈沖體制，同時提供方位和距離坐標(biāo)，具有設(shè)備小的優(yōu)點(diǎn)，在航空導(dǎo)航 歐較為廣泛的應(yīng)用。1.2自主式導(dǎo)航路基導(dǎo)航定位系統(tǒng)雖然具有價格低、可靠新高等優(yōu)點(diǎn)，但它依賴于電磁波在空中的傳播， 系統(tǒng)的生存能力、抗干擾能力和抗欺騙能力較為薄弱。因此，自主導(dǎo)航也

5、逐漸得到了發(fā)展。主要有慣性導(dǎo)航和多普勒導(dǎo)航兩種。1.2.1慣性導(dǎo)航慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）是一種推算導(dǎo)航，20世紀(jì)60年代開始投入使用。是以慣性測量器件 陀螺為中心，通過測量載體的三維加速度。積分測速和測距，然后根據(jù)起點(diǎn)坐標(biāo)推算載體當(dāng) 前坐標(biāo)的一種定位方法。其優(yōu)點(diǎn)是完全自主導(dǎo)航，缺點(diǎn)是精度隨著距離和時間的退役逐漸降低， 往往需要定期校準(zhǔn)。目前慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一般都和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合使用，利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為其提供校準(zhǔn)坐標(biāo)。1.2.2 多普勒導(dǎo)航20世紀(jì)50年代開始發(fā)展，利用機(jī)載多普勒雷達(dá)探測地面，測出飛機(jī)的三維速度，進(jìn)行推算 導(dǎo)航。與慣性導(dǎo)航的區(qū)別是使用機(jī)載雷達(dá)完成載體的實(shí)時三維速度測量.相同之處是：

6、由于雷達(dá) 存在測量誤差，所以其定位誤差隨時間的累積逐漸擴(kuò)大。二、現(xiàn)代定位技術(shù)隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速增加，人們對定位與導(dǎo)航的需求日益增大，尤其在復(fù)雜 的室內(nèi)環(huán)境，如機(jī)場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中，常常需 要確定移動終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息。但是受定位時間、定位精度以及 復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，比較完善的定位技術(shù)目前還無法很好地利用。因此，專家學(xué)者提出 了許多定位技術(shù)解決方案，如AGPS定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、紅外線技術(shù)、射 頻識別技術(shù)、超寬帶技術(shù)、無線局域網(wǎng)絡(luò)、光跟蹤定位技術(shù)，以及圖像分析、信標(biāo)定位、計(jì)算 機(jī)視覺定位技術(shù)等等.

7、這些定位技術(shù)從總體上可歸納為幾類，即GNSS技術(shù)（如偽衛(wèi)星等），無線 定位技術(shù)（無線通信信號、射頻無線標(biāo)簽、超聲波、光跟蹤、無線傳感器定位技術(shù)等），其它定 位技術(shù)（計(jì)算機(jī)視覺、航位推算等），以及GNSS和無線定位組合的定位技術(shù)（A-GPS或AGNSS）。GPS 與 A-GPS 定位常見的GPS定位的原理可以簡單這樣理解：由24顆工作衛(wèi)星組成，使得在全球任何地方、 任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后 綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。在整個天空范圍內(nèi)尋找衛(wèi)星是很低效的，因 此通過GPS進(jìn)行定位時，第一次啟動可能需要數(shù)分鐘的時間。這也是為啥

8、我們在使用地圖的時 候經(jīng)常會出現(xiàn)先出現(xiàn)一個大的圈，之后才會精確到某一個點(diǎn)的原因。不過，如果我們在進(jìn)行定 位之前能夠事先知道我們的粗略位置，查找衛(wèi)星的速度就可以大大縮短。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P（Y）碼。民用精度約為10 米，軍用精度約為1米。GPS的優(yōu)點(diǎn)在于無輻射，但是穿透力很弱，無法穿透鋼筋水泥。通常要 在室外看得到天的狀態(tài)下才行。信號被遮擋或者削減時，GPS定位會出現(xiàn)漂移，在室內(nèi)或者較為 封閉的空間無法使用.正是由于GPS的這種缺點(diǎn)，所以經(jīng)常需要輔助定位系統(tǒng)幫助完成定位，就 是我們說的AGPS.例如iPhone就使用了 AGPS,即基站或WiFi AP

9、初步定位后，根據(jù)機(jī)器內(nèi) 存儲的GPS衛(wèi)星表來快速尋星，然后進(jìn)行GPS定位。例如在民用的車載導(dǎo)航設(shè)備領(lǐng)域，目前比 較成熟的是GPS+加速度傳感器補(bǔ)正算法定位?；径ㄎ唬╟ell ID定位）小區(qū)識別碼（Cell ID）通過識別網(wǎng)絡(luò)中哪一個小區(qū)傳輸用戶呼叫并將該信息翻譯成緯度和 經(jīng)度來確定用戶位置。Cell ID實(shí)現(xiàn)定位的基本原理：即無線網(wǎng)絡(luò)上報終端所處的小區(qū)號（根據(jù) 服務(wù)的基站來估計(jì)），位置業(yè)務(wù)平臺把小區(qū)號翻譯成經(jīng)緯度坐標(biāo).基本定位流程:設(shè)備先從基站獲 得當(dāng)前位置（Cell ID）。（第一次定位設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)將位置傳送給agps位置服務(wù)器一- Agps服務(wù)器根據(jù)位置查詢區(qū)域內(nèi)當(dāng)前可用的衛(wèi)星信息，并返

10、回設(shè)備。設(shè)備中的GPS接收 器根據(jù)可用衛(wèi)星，快速查找可用的GPS衛(wèi)星，并返回GPS定位信息.Wifi 定位無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)是一種全新的信息獲取平臺，可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大 范圍定位、監(jiān)測和追蹤任務(wù)，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身定位是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。當(dāng)前比較流行 的WiFi定位是無線局域網(wǎng)絡(luò)系列標(biāo)準(zhǔn)之IEEE802O 11的一種定位解決方案。該系統(tǒng)采用經(jīng)驗(yàn) 測試和信號傳播模型相結(jié)合的方式，易于安裝，需要很少基站，能采用相同的底層無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 系統(tǒng)總精度高。設(shè)備只要偵聽一下附近都有哪些熱點(diǎn)，檢測一下每個熱點(diǎn)的信號強(qiáng)弱，然后把這些信息發(fā)送 給網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)端。服務(wù)器根據(jù)這些信息，查詢每

11、個熱點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫里記錄的坐標(biāo)，然后進(jìn)行運(yùn) 算，就能知道客戶端的具體位置了.一次成功的定位需要兩個先決條件：第一，客戶端能上網(wǎng)；第 二，偵聽到的熱點(diǎn)的坐標(biāo)在數(shù)據(jù)庫里有相關(guān)記錄。芬蘭的Ekahau公司開發(fā)了能夠利用Wifi進(jìn)行室內(nèi)定位的軟件.Wifi繪圖的精確度大約在1 米至20米的范圍內(nèi)，總體而言，它比蜂窩網(wǎng)絡(luò)三角測量定位方法更精確。但是，如果定位的測 算僅僅依賴于哪個WiFi的接入點(diǎn)最近，而不是依賴于合成的信號強(qiáng)度圖，那么在樓層定位上 很容易出錯。目前，它應(yīng)用于小范圍的室內(nèi)定位，成本較低。但無論是用于室內(nèi)還是室外定位， WiFi收發(fā)器都只能覆蓋半徑90米以內(nèi)的區(qū)域，而且很容易受到其他信號的干擾，

12、從而影響其 精度，定位器的能耗也較高FRID、二維碼定位射頻識別技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識別和定位的目的.通 過設(shè)置一定數(shù)量的讀卡器和架設(shè)天線，根據(jù)讀卡器接收信號的強(qiáng)弱、到達(dá)時間、角度來定位。 這種技術(shù)作用距離短，一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級定位精度的信息， 且傳輸范圍很大，成本較低。同時由于其非接觸和非視距等優(yōu)點(diǎn)，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用 術(shù)。目前，射頻識別研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)在于理論傳播模型的建立、用戶的安全隱私和國際標(biāo)準(zhǔn) 化等問題。優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)識的體積比較小，造價比較低，但是作用距離近，不具有通信能力，而且不 便于整合到其他系統(tǒng)

13、之中，無法做到精準(zhǔn)定位，布設(shè)讀卡器和天線需要有大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)難 度大。2.5 紅外線定位技術(shù)紅外線定位技術(shù)定位的原理是：紅外線IR標(biāo)識發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過安光學(xué)傳感器接 收進(jìn)行定位。雖然紅外線具有相對較高的定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外 射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點(diǎn)使其室內(nèi)定位的效果很差.當(dāng)標(biāo)識 放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時就不能正常工作，需要在每個空間安裝接收天線，造價較 高。因此，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內(nèi)的燈光干擾，在精確定位上 有局限性2.6超聲波定位技術(shù)超聲波測距主要采用反射式測距法，通過三角定位等算法確定

14、物體的位置，即發(fā)射超聲波 并接收由被測物產(chǎn)生的回波，根據(jù)回波與發(fā)射波的時間差計(jì)算出待測距離，有的則采用單向測 距法。超聲波定位系統(tǒng)可由若干個應(yīng)答器和一個主測距器組成，主測距器放置在被測物體上， 在微機(jī)指令信號的作用下向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同頻率的無線電信號，應(yīng)答器在收到無線電 信號后同時向主測距器發(fā)射超聲波信號，得到主測距器與各個應(yīng)答器之間的距離。當(dāng)同時有 3 個或3個以上不在同一直線上的應(yīng)答器做出回應(yīng)時，可以根據(jù)相關(guān)計(jì)算確定出被測物體所在的二 維坐標(biāo)系下的位置。超聲波定位整體定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡單，但超聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳 播影響很大，同時需要大量的底層硬件設(shè)施投資，成本太高。2.7藍(lán)牙

15、技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)通過測量信號強(qiáng)度進(jìn)行定位。這是一種短距離低功耗的無線傳輸技術(shù)，在室內(nèi)安 裝適當(dāng)?shù)乃{(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)，把網(wǎng)絡(luò)配置成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式，并保證藍(lán)牙局域網(wǎng) 接入點(diǎn)始終是這個微微網(wǎng)（piconet）的主設(shè)備，就可以獲得用戶的位置信息。藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng) 用于小范圍定位。藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、易于集成在PDA、PC以及手機(jī) 中，因此很容易推廣普及。理論上，對于持有集成了藍(lán)牙功能移動終端設(shè)備的用戶，只要設(shè)備 的藍(lán)牙功能開啟，藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離定位 時容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備且信號傳輸不受視距的影響。其不足在于藍(lán)牙器件和設(shè)備的價格比較昂貴，而

16、且 對于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號干擾大。2.8超寬帶技術(shù)超寬帶技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信新技術(shù)。它不需要使用傳統(tǒng) 通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具 有GHz量級的帶寬。超寬帶可用于室內(nèi)精確定位，例如戰(zhàn)場士兵的位置發(fā)現(xiàn)、機(jī)器人運(yùn)動跟蹤 等.超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系 統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn).因此，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于室內(nèi)靜止或者移動物體 以及人的定位跟蹤與導(dǎo)航，且能提供十分精確的定位精度.2.9 ZigBee 技術(shù)ZigBee是一種

17、新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它介于射頻識別和藍(lán)牙之間，也可以用 于室內(nèi)定位。它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)通信以實(shí)現(xiàn)定位.這 些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感 器，所以它們的通信效率非常高。ZigBee最顯著的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本。定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用 除了以上提及的定位技術(shù)，還有基于計(jì)算機(jī)視覺、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場以及信標(biāo)定位等。此外，還有基于圖像分析的定位技術(shù)、信標(biāo)定位、三角定位等。目前很多技術(shù)還 處于研究試驗(yàn)階段，如基于磁場壓力感應(yīng)進(jìn)行定位的技術(shù)。三、現(xiàn)代定位技術(shù)的應(yīng)用衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用

18、全球定位系統(tǒng)的主要用途：（1）陸地應(yīng)用，主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測、 地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運(yùn)動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等；（2）海洋應(yīng)用， 包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測定、船只實(shí)時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以 及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；（3）航空航天應(yīng)用，包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、 低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測等。GPS在道路工程中的應(yīng)用目前主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點(diǎn)等。隨著高等級公路的迅速發(fā)展， 對勘測技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長，已知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而 且難以

19、滿足高精度的要求。目前，國內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級高精度控制網(wǎng)，然后用 常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實(shí)踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有2厘米左右，達(dá)到了常規(guī) 方法難以實(shí)現(xiàn)的精度，同時也大大提前了工期。GPS技術(shù)也同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中。 由于無需通視，可構(gòu)成較強(qiáng)的網(wǎng)形，提高點(diǎn)位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點(diǎn)也非常有效。GPS 技術(shù)在隧道測量中也具有廣泛的應(yīng)用前景，GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因 此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。3。1.2 GPS在汽車導(dǎo)航和交通管理中的應(yīng)用三維導(dǎo)航是GPS的首要功能，飛機(jī)、輪船、地面車輛以及步行者都可以利用GPS

20、導(dǎo)航器進(jìn) 行導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新 GPS應(yīng)用 型技術(shù)。汽 車導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、微處理機(jī)、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動器、LCD 顯示器組成。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可 以實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能。3.1.3 GPS定位技術(shù)進(jìn)行高精度海洋定位為了獲得較好的海上定位精度，采用GPS接收機(jī)與船上的導(dǎo)航設(shè)備組合起來進(jìn)行定位。例 如，在GPS偽距法定位的同時，用船上的計(jì)程儀(或多普勒聲納)、陀螺儀的觀測值 聯(lián)合推求 船位。對于近海海域，還可采用在岸上或島嶼上設(shè)立基準(zhǔn)站，采用差分技術(shù)

21、或動態(tài)相對定位技術(shù)進(jìn) 行高精度海上定位。如果一個基準(zhǔn)站能覆蓋150KM范圍，那麼在我國沿海只需設(shè)立三到四個基準(zhǔn) 站便可在近海海域進(jìn)行高精度海上定位。經(jīng)多年研究，不斷成熟的廣域差分技術(shù)(WASGPS)，可以 實(shí)現(xiàn)在一個國家或幾個國家范圍內(nèi)的廣大區(qū)域進(jìn)行差分定位.2000年之后，將利用建成的純民間 系統(tǒng)GNSS進(jìn)行全球范圍內(nèi)的導(dǎo)航定位.利用差分GPS技術(shù)可以進(jìn)行海洋物探定位和海洋石油鉆井平臺的定位。進(jìn)行海洋物探定位 時， 在岸上設(shè)置一個基準(zhǔn)站，另外在前后兩條地震船上都安裝差分GPS接收機(jī).前面的地震船 按預(yù)定航線利用差分GPS導(dǎo)航和定位，按一定距離或一定時間通過人工控制向海底巖層發(fā)生地震 波，后續(xù)

22、船接收地震反射波，同時記錄GPS定位結(jié)果。通過分析地震波在地層內(nèi)的傳播特性，研 究地層的結(jié)構(gòu)，從而尋找石油資源的儲油構(gòu)造.根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)，在構(gòu)造圖上設(shè)計(jì)鉆孔位置. 利用差分GPS技術(shù)按預(yù)先設(shè)計(jì)的孔位 建立安裝鉆井平臺。具體方法是在鉆井平臺上和海岸基 準(zhǔn)站上設(shè)置GPS系統(tǒng)。如果在鉆井 平臺的四周都安裝GPS天線，由四個天線接收的信息進(jìn)入定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用 同一個接收機(jī)，同時由數(shù)據(jù)鏈 電臺將基準(zhǔn)站觀測得數(shù)據(jù)也傳送到鉆井平臺的接收機(jī)上。通過 平臺上的微機(jī)同時處理五組數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出平臺的平移、傾斜和旋轉(zhuǎn)，以實(shí)時檢測平臺的安 全和可靠性。3.1.4 GPS航路導(dǎo)航航路主要指洋區(qū)和大陸空域航路

23、。各種研究和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，GPS和一種 稱之為接收機(jī)自 主完善性監(jiān)測（RAIM）的技術(shù)能滿足洋區(qū)航路對GPS的導(dǎo)航精度、完善性和可用性的要求，而 且精度也能滿足大陸空域航路的要求.GPS和廣域增強(qiáng)系統(tǒng)也能滿足大陸空域航路 精度、完善性 和可用性的要求。GPS的精度遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有任何航路用導(dǎo)航系統(tǒng)，這種精度的提高 和連續(xù)性服務(wù) 的改善有助于有效利用空域，實(shí)現(xiàn)最佳的空域劃分和管理、空中交通流量 管理以及飛行路徑管 理，為空中運(yùn)輸服務(wù)開辟了廣闊的應(yīng)用前景，同時也降低了營運(yùn)成本，保證了空中交通管制的 靈活性。GPS的全球、全天候、無誤差積累的特點(diǎn)，更是中、遠(yuǎn)程航線上目前最好的導(dǎo)航系統(tǒng)。 按照國際民航組織的

24、部署，GPS將逐漸替代現(xiàn)有的其他無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS不依賴于 地面設(shè) 備、可與機(jī)載計(jì)算機(jī)等其他設(shè)備一起進(jìn)行航路規(guī)劃和航路突防，為軍用飛機(jī)的導(dǎo)航 增加了許多 靈活性.超聲波定位技術(shù)的應(yīng)用三峽通航船舶吃水量自動檢測系統(tǒng)采用單波束超聲波測深傳感器陣列對船舶吃水量進(jìn)行測 量。系統(tǒng)的動態(tài)測量精度要求達(dá)到0lm,而傳感器的重復(fù)測量精度、機(jī)械安裝精度以及系統(tǒng)的 安裝誤差和不同水溫與水質(zhì)對聲速的影響等都可以對整個系統(tǒng)的測量精度產(chǎn)生影響，因此在系 統(tǒng)設(shè)計(jì)時需綜合考慮以上各方面因素。如圖所示，整個自動檢測系統(tǒng)由橫梁式檢測門、超聲波 傳感器陣列、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、檢測門升降控制系統(tǒng)和現(xiàn)場供電模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊以

25、及 信號傳輸模塊等構(gòu)成。林境汁醞機(jī)戶利系蠅現(xiàn)隔供IL模欣段池門，i步升曜抻制在整個系統(tǒng)中，檢測門是一長30多米的鋼質(zhì)析架，要求其強(qiáng)度能夠承受自身重量，并且為 了保證系統(tǒng)精度，檢測門由于自重產(chǎn)生的彎曲撓度要盡量小。另外，由于系統(tǒng)工作時檢測門要位 于一定深度的水下，因此在設(shè)計(jì)析架時采用的鋼材料必須要經(jīng)過良好的防腐處理。單波束超聲波 傳感器陣列固定在安裝架上，系統(tǒng)工作時超聲波傳感器的測量方向與通常使用的方向相反，即 測深傳感器由水中向水面發(fā)送超聲波，如圖所示。根據(jù)單個超聲波脈沖返回的時間和超聲波在 水中的傳播速度，計(jì)算得到被測船底與檢測門的距離，同時結(jié)合測量模型，得到被測船舶的實(shí)際 吃水量.傳壤器陣

26、列安裝架現(xiàn)場供電模塊為各種傳感器和處理器提供電源，同時還要為檢測門升降系統(tǒng)提供動力電源。包括提供三相交流電和直流穩(wěn)壓電源；環(huán)境參數(shù)采集模塊由多種傳感器組成，主要負(fù)責(zé)采集與 超聲波在水中傳播速度關(guān)聯(lián)較大的現(xiàn)場環(huán)境因素，包括室外溫度、現(xiàn)場水質(zhì)、壓強(qiáng)等，為系統(tǒng)定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用 的誤差修正提供數(shù)值依據(jù)；通信模塊要實(shí)現(xiàn)的是各類型傳感器的數(shù)據(jù)采集、處理以及通信協(xié)議的 轉(zhuǎn)換等功能，確保采集到的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時傳輸，同時計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí) 時的處理.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即專用的一體式工業(yè)計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)并開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)對傳感器所 得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評估，另外加入了誤差補(bǔ)償、環(huán)境參數(shù)修正以及船底

27、數(shù)據(jù)三維顯示等功能， 使測量結(jié)果更精確、更直觀明了。檢測門同步升一降控制系統(tǒng)是本論文所研究的主要內(nèi)容，它 包含兩個異步交流電機(jī)，兩個升降控制器以及控制面板等，主要是為了實(shí)現(xiàn)超聲波陣列檢測門 位置的實(shí)時可調(diào)和系統(tǒng)安裝、檢修的方便。系統(tǒng)工作時，系統(tǒng)的控制中心根據(jù)測量的要求，初始化系統(tǒng)，并與傳感器模塊建立通信聯(lián) 系，對檢測門傳感器模塊進(jìn)行校準(zhǔn)與標(biāo)定.采集測深傳感器的初始值對檢測門的安裝水深進(jìn)行調(diào) 整，當(dāng)安裝水深超過或小于最佳測量水深時，發(fā)出報警信號，或自動控制檢測門兩端電機(jī)對其高 度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)船舶通過檢測門時，順次快速采集測深傳感器的值，結(jié)合環(huán)境參數(shù)和誤差修正模 型，通過數(shù)據(jù)處理得到船舶的實(shí)際吃水

28、量，并合成船只水下部分吃水量分布的三維圖形，從而直 觀的顯示通航船舶的實(shí)際吃水深度，同時將測量數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞絺鞯饺龒{船閘通航控 制中心，控制中心接收到現(xiàn)場數(shù)據(jù)后再進(jìn)行綜合處理和對比，形成通航船舶過閘預(yù)警信號，并對 超吃水的船舶采取相應(yīng)的措施。3.3電磁式運(yùn)動捕捉技術(shù)運(yùn)動捕捉技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等方面可以由計(jì)算機(jī) 直接理解處理的數(shù)據(jù)。在運(yùn)動物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由運(yùn)動捕捉系統(tǒng)捕捉跟蹤器位 置，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后向用戶通過可以在動畫制作中應(yīng)用的數(shù)據(jù).當(dāng)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)識別后，動畫師即可以在計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的鏡頭中調(diào)整、控制運(yùn)動的物體。從應(yīng)用角度來看，表演 動畫系統(tǒng)主要有表情捕捉和身體運(yùn)動捕捉兩類；從實(shí)時性來看，可分為實(shí)時捕捉系統(tǒng)和非 實(shí)時捕捉系統(tǒng)兩種。到目前為止，常用的運(yùn)動捕捉技術(shù)從原理上說可分為機(jī)械式、聲學(xué)式、定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用 電磁式和光學(xué)式。同時，不依賴于專用傳感器，而直接識別人體特征的運(yùn)動捕捉技術(shù)也將很 快走向?qū)嵱?。不同原理的設(shè)備各有其優(yōu)缺點(diǎn)，一般可從以下幾個方面進(jìn)行評價：定位精度； 實(shí)時性；使用方便程度；可捕捉運(yùn)動范圍大??；成本；抗干擾性；多目標(biāo)捕捉能力電磁式運(yùn)動捕捉系統(tǒng)是目前比較常用的運(yùn)動捕捉設(shè)備。一般由發(fā)射源、接收傳感器和 數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時空規(guī)律分布