GPS在現(xiàn)代交通工具中的應(yīng)用

GPS控制技術(shù)——?jiǎng)ド?/p>

中的應(yīng)用★

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1概述GPS是GlobalPositioningSystem的簡(jiǎn)稱，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，最初應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，是美軍71年代初“子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位”技術(shù)上發(fā)展起來的，具有全球性，全能性（陸地，海洋，航空），全天候優(yōu)勢(shì)民用方面：最大的民用市場(chǎng)就是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)汽車工業(yè)成為一個(gè)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(huì)環(huán)境的一大公害，利用GPS發(fā)展汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是解決城市交通堵塞的一個(gè)高科技手段。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,選擇最佳的路徑,使其能在盡量短的時(shí)間和路程內(nèi)到達(dá)目的地.他能回答我們?nèi)齻€(gè)問題：我現(xiàn)在在哪里？要去哪里？如何去？二GPS系統(tǒng)組成和工作原理1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(hào)用戶設(shè)備車載導(dǎo)航儀，接收機(jī)主控制中心在美國用戶設(shè)備：接收機(jī)主要接收C/A碼和P碼定位，P碼定位精度高（供美國軍方使用）C/A碼供一般用戶使用1.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2.地面站.地面站包括一個(gè)主控站、四個(gè)監(jiān)測(cè)站和一個(gè)注入站。3.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(shí)也統(tǒng)稱GPS接收機(jī)。2工作原理分布在與地球赤道面傾角為55°的六個(gè)軌道面上有24顆衛(wèi)星（21顆工作星，3顆備用星）其運(yùn)行周期為1小時(shí)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4——11顆左右，在地球的任何地方都能同時(shí)收到4顆以上衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)這些信號(hào)可計(jì)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(shí)，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(shí)刻信號(hào)。接收機(jī)根據(jù)衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)到接收到信號(hào)所經(jīng)歷的時(shí)間，便可算出兩者的距離。如果知道某點(diǎn)至第一個(gè)衛(wèi)星的距離，那末該點(diǎn)

當(dāng)出現(xiàn)接受信息時(shí)鐘誤差是三個(gè)球面無法相交時(shí)利用第四顆衛(wèi)星的信息進(jìn)行修正.若用戶時(shí)鐘和衛(wèi)星時(shí)鐘相差△t,則測(cè)得距離F=Ri+△t*c=Ri+E,根據(jù)方程：F=[(Xi-X0)2+(Yi-Y0)2+(Zi-Z0)2]1/2+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(shí)間. E——由時(shí)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)提高定位精度的措施：采用差分GPS定位算法偉三GPS系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用1。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)組成：GPS,車載部分，主控中心

汽車導(dǎo)航系統(tǒng)方框圖

汽車導(dǎo)航系統(tǒng)主控中心主控中心由電臺(tái).調(diào)制解調(diào)器，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和電子地圖組成，電臺(tái)：接收汽車上電臺(tái)發(fā)出的位置信息，同時(shí)反饋汽車調(diào)制解調(diào)器：負(fù)責(zé)反控命令和GPS信息的數(shù)/模轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：接收到汽車的位置信息后進(jìn)行簡(jiǎn)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，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車載部分由GPS接收機(jī)，調(diào)制解調(diào)器，電臺(tái)組成，還包括自律導(dǎo)航裝置，車速傳感器，陀螺傳感器, CD---ROM驅(qū)動(dòng)器，LCD顯示器自律導(dǎo)航裝置：當(dāng)行駛到地下隧道，高層樓群，密集森林等地段時(shí)，由于遮擋，此時(shí)汽車與衛(wèi)星失去聯(lián)系，我們用車速傳感器自動(dòng)地從汽車前進(jìn)的速度中檢測(cè)出車速脈沖.通過微處理器的運(yùn)算直接由速度和時(shí)間中求出行駛的距離(不過此時(shí)汽車是高速行駛輪胎會(huì)膨脹。用輪胎轉(zhuǎn)速求出的距離會(huì)產(chǎn)生誤差，所以要取一個(gè)向上的距離系數(shù)來修正)。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(shí)，汽車的前進(jìn)方向，行駛狀態(tài)(即汽車行駛的角速度)都要發(fā)生變化，此時(shí)只有通過陀螺傳感器對(duì)航向絕對(duì)位置的檢測(cè)和修正才能得到汽車的正確定位坐標(biāo)。自律導(dǎo)航特點(diǎn)：不受時(shí)間地點(diǎn)路況影響，又具有一定定位精度陀螺傳感器：測(cè)量汽車前進(jìn)方向和行使?fàn)顟B(tài)

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(shí)，陀螺傳感器得到該誤差信號(hào)，經(jīng)過微處理器可得到汽車正確的位置勾狀山道發(fā)夾式彎路蛇形路面輪渡過河雪地打滑更換輪胎環(huán)狀盤形橋車速傳感器：在以下狀況時(shí)，GPS衛(wèi)星失去聯(lián)系，在中斷信號(hào)的瞬間由車速傳感器直接檢測(cè)出車速脈沖送微處理器，然后通過計(jì)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(dòng)狀態(tài)，從而給出汽車前進(jìn)的正確位置

隧道中高層大樓間

地下車庫密集樹林間高架橋下

在障礙物中由車速傳感器直接導(dǎo)入自律導(dǎo)航其他部件：地圖匹配器：由于種種原因有時(shí)收不到GPS的正確信號(hào)，自律導(dǎo)航中的傳感器融合技術(shù)所檢測(cè)到的定位信息也存在著一定誤差原理：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(shí)際上就是一個(gè)數(shù)字相關(guān)比較器經(jīng)過地圖匹配器路線得到修正地圖匹配電子地圖數(shù)據(jù)庫：定位與導(dǎo)航的定位標(biāo)準(zhǔn)，存儲(chǔ)于DVD光盤中。一張DVD光盤中預(yù)存1000萬個(gè)街道地址，1900萬個(gè)電話號(hào)碼路徑引導(dǎo)：把存儲(chǔ)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(duì)車輛進(jìn)行路徑引導(dǎo)LCD顯示器（液晶）有一種由平面圖到鳥瞰圖的轉(zhuǎn)換功能，以解除司機(jī)長(zhǎng)時(shí)間觀看屏幕時(shí)眼睛疲勞。使起點(diǎn)到目的地全貌一目了然

GPS的工作原理主要包括偽距測(cè)量、定位計(jì)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。四GPS的主要功能◆車輛跟蹤：利用GPS和電子地圖可以實(shí)時(shí)◆提供出行路線的規(guī)劃和導(dǎo)航◆信息查詢◆話務(wù)指揮◆緊急援助在該系統(tǒng)中，通常采用多個(gè)汽車公用一個(gè)信息通道，當(dāng)有多個(gè)汽車同時(shí)發(fā)送GPS信息時(shí)，將會(huì)造成信道碰撞現(xiàn)象，使傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。為了解決這一問題、系統(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(gè)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(cuò)的原因，最后斷開“連接”。每個(gè)汽車被查詢一次即完成一個(gè)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(tái)的通信管理模塊流程圖如圖。國內(nèi)外GPS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、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(jí)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(jì)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?yàn)閷?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(xiàng)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(chǎng)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(jì)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。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(jí)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(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)位置(經(jīng)度、緯度、高度)、時(shí)間、狀況等信息，適時(shí)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(dòng)軌跡的顯示，并能對(duì)準(zhǔn)確位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向、車輛狀態(tài)等用戶感興趣的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和查詢，以確保車輛的安全，方便調(diào)度管理，提高遠(yuǎn)營效率。該系統(tǒng)適