第三章物流信息系统支撑技术5_全球卫星定位系统

1、第五节第五节 全球定位系统（全球定位系统（GPS）GPSGPS定义定义 功能及功能及 特点特点GPSGPS的的 组成组成 GPS GPS工工 作原理作原理GPS GPS 的应用的应用1 1、GPSGPS的定义的定义 全球定位系统全球定位系统GPSGPS，其全称为定时和测距的导航卫星，其全称为定时和测距的导航卫星（Navigation Satellite Timing and Ranging-NavstarNavigation Satellite Timing and Ranging-Navstar）, ,国国际上将这一全球定位系统简称为际上将这一全球定位系统简称为GPSGPS（Global P

2、ositioning Global Positioning SystemSystem），是），是利用空间卫星星座（通信卫星）、地面控制部分利用空间卫星星座（通信卫星）、地面控制部分及信号接收机对地球上任何地方的用户都能进行全方位导航和及信号接收机对地球上任何地方的用户都能进行全方位导航和定位的系统。定位的系统。 无论是陆地、海洋还是空中用户都可以通过GPS全天候、24小时、全球任何位置精确定位他们的三维坐标、速度和时间。 全球定位系统也称全球卫星定位系统。全球定位系统也称全球卫星定位系统。 GPSGPS是美国国防部于是美国国防部于19731973年年1111月授权海陆空三军共同研制的美国月授权

3、海陆空三军共同研制的美国第二代卫星导航系统，是继阿波罗登月飞船和航天飞机之后第第二代卫星导航系统，是继阿波罗登月飞船和航天飞机之后第三大航天工程。三大航天工程。一、一、GPSGPS概述概述2 2、 GPSGPS的发展历程的发展历程GPS实施计划共分三个阶段： 方案论证和初步设计阶段。方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星，研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 全面研制和试验阶段全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，同时研制了各种用途接收机。 实用组网阶段实用组网阶段。1989年2月4日第一颗工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程

4、建设阶段。1993年底使用的GPS网即(21+3) GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 美国的全球定位系统GPS和俄罗斯的全球轨道导航卫星系统GLONASS（Global Navigation Satellite System）共同构成了全球导航卫星系统。 GLONASS于1982年10月开始由前苏联政府组织研制，历经14年建成。与美国的GPS相类似， GLONASS也由24颗卫星组成，但增加了一颗备用卫星。其卫星轨道距离地面19100km，比GPS的卫星轨道低1000多千米，构成部分与GPS相似，也是由空间卫星星座、地面控制和用户设备三大系统组成，但定位精度比GPS稍差一些。

5、 2007年2月3日零时28分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。 2007年4月14日，我国成功发射了第1颗北斗导航卫星。 2009年4月15日15日零时16分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第2颗北斗导航卫星送入预定轨道。 2010年1月17日，我国在西昌卫星发射中心用“长三丙”运载火箭成功将第三颗北斗导航卫星成功送入预定轨道 中国航天科技集团公司宇航部部长赵小津介绍说，在今年（2009年）和明年两年我们要发射10颗左右的导航卫星，计划2015年建成一个由三十几颗卫星组成的全球导航定位系统。目前我国的各种导航定位设

6、备都要靠美国的GPS系统提供服务，“北斗”系统建成后，将使我国在卫星应用方面摆脱对国外卫星导航系统的依赖。 首先，北斗一号卫星是区域性而不是全球性的，它只是在亚太地区。美国和俄罗斯的导航卫星则是全球性的。其次，北斗一号卫星是在地球同步轨道上运行，也就是说在离地球三万六千公里的高度上运行。而美国和俄罗斯的导航卫星则是在几百公里到上千公里的低轨道运行。此外，北斗一号卫星在导航方式上也与美俄的卫星有一定的差距。“北斗一号属于主动式的。就是说，如果地面的一架飞机想知道自己的确切位置，它首先要向北斗一号发射一个信号，然后北斗一号再告诉它在什么地方。而俄罗斯和美国的导航卫星都是属于被动式的，它不需要先发射

7、一个信号。那架飞机打开它的接受器就能立即知道自己的所在点。所以，中国的北斗一号的功能还是有限的，它的地域有限，不是全球的。另外，它的速度较慢，因为需要导航的车辆或飞机首先必须发出一个信号才能接收到自己位置的信号。还有，在军事上，北斗一号卫星比较危险，因为一个军事单位或是一件武器要想确切知道自己的位置，首先要向北斗卫星发信号。而一发信号，就容易被对方判断出自己的位置，因而暴露了自己。系统的持点：高精度、全天候、高效率、操作简便、多功能、应用广泛等。1）定位精度高单机定位精度优于l0m，采用差分定位，精度可达毫米级。2）实时导航目前GPS接收机的一次定位和测速工作在1秒甚至更短的时间内便可完成，这

8、对高动态用户来讲尤其重要。 3）执行操作简便GPS接收机自动化越来越高，有的已达“傻瓜化”程度。 4）全球、全天候作业目前GPS观测可在一天（24小时）内的任何时间、任何地点进行，不受恶劣气候（阴天、黑夜、起雾、刮风下雨）的影响。 5）功能多、应用广。 GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精度可达0.1m/s，测时的精度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大，不仅用于导航、收集情报等军事目的，在民用方面也展现了极其广阔的应用前景，如车辆调度、货物跟踪等3 3、GPSGPS系统的主要特点系统的主要特点二、二、GPSGPS系统的组成系统的组成( (三大部分三大部分) ) 由高度2

9、万公里的24颗卫星均匀分布在6个近圆形的轨道平面内，每颗卫星都配有精度极高的原子钟（30万年的误差仅为1秒），各轨道平面赤道夹角为55度，轨道平面间距60度，在每一轨道平面内，各卫星的间隔为90度。 2、地面监控系统、地面监控系统GPS地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的1个主控站、个主控站、5个监测站和个监测站和3个数据注入站构成。个数据注入站构成。空间卫星的这种分布，提供了全球范围从地面到2万公里高空之间任一载体高精度的三维位置、三维速度和系统时间信息。1 1、空间卫星星座、空间卫星星座主控站功能主控站功能: :整个整

10、个GPSGPS系统的核心。系统的核心。为全系统提供时间基准，监视控制卫星的轨道，为全系统提供时间基准，监视控制卫星的轨道，处理监测站送来的各种数据，编制各卫星星历，计算和修正时钟误差及电离层对处理监测站送来的各种数据，编制各卫星星历，计算和修正时钟误差及电离层对电波传播造成的偏差；当运行卫星失效时及时调用备用卫星等。具体来说就是根电波传播造成的偏差；当运行卫星失效时及时调用备用卫星等。具体来说就是根据各监控站对据各监控站对GPSGPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去这些数据通过注入站注入

11、到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作。监测站任务监测站任务: :接收卫星信号，监测卫星工作状态，并向主控站提供观测数据。接收卫星信号，监测卫星工作状态，并向主控站提供观测数据。 注入站作用注入站作用: :将主控站计算出的卫星星历、卫星轨道和卫星钟的改正数等注入到将主控站计算出的卫星星历、卫星轨道和卫星钟的改正数等注入到卫星中卫星中 3、用户接收机、用户接收机 GPS的用户设备主要由接收机硬件和处理软件组成。 GPS接收机

12、的结构分为天线单元和接收单元两大部分， 天线作用：天线作用：捕获、跟踪卫星，接收放大GPS信号。 接收单元作用：接收单元作用：对信号进行解调和滤波，求解信号相位 差 ，获得定位、测速、定时等数据。三、三、GPSGPS工作原理工作原理要实现精确定位，要解决两个问题：要实现精确定位，要解决两个问题：1）确定卫星的准确位置2）准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离四、四、GPSGPS在物流领域中的应用在物流领域中的应用 GPS定位技术给车辆、轮船、火车等交通工具的导航与跟踪提供定位技术给车辆、轮船、火车等交通工具的导航与跟踪提供了准确、实时的定位能力。了准确、实时的定位能力。2、系统功能、系统功能

13、(1) 出行路线规划。GPS可提供自动线路规划和人工线路设计。自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地，由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车路径和运行方法。 (2) 车辆导航与跟踪。通过车载GPS，驾驶员通过显示屏及时查看车辆的有关信息，如经度、纬度、速度、航向等，同时车载电台将定位信息发送给车辆监控中心。若车辆出现紧急情况，司机启动报警装置，在监控中心即可显示出车辆情况、出事地

14、点、车辆人员等信息。（一）物流配送监控管理系统（一）物流配送监控管理系统 1、系统结构、系统结构物流配送监控管理系统由智能车载单元、GSM数字通信网络和监控中心组成。 (3)交通指挥。交通指挥。装备了GPS的公共交通工具，其监控中心将车辆信息在电子地图上显示出来用以分析，对车辆进行调度指挥，实现交通的实时监控和进行高效率的交通指挥、调度。 (4)紧急援助与反劫防盗。紧急援助与反劫防盗。通过GPS定位和监控管理系统，对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。公安、消防、医疗急救通过GPS迅速确定各个警车、消防车、救护车的位置，在第一时间到达目的地。当车辆遇到抢劫、被盗时，车辆报警系统感应器被激活，

15、并向监控中心报警。监控中心接到报警后，可以根据警情遥控熄火或锁门等，从而控制车辆的运行状态，并立刻与公安110、急救120网络联接。 (二二)GPS接收机的分类接收机的分类 （1）全球卫星定位：）全球卫星定位：24小时全天候对车辆定位，跟踪汽车行驶线路、速度、方向，并反映在电子地图上。 （2）被劫报警：）被劫报警：一旦车主遇到抢劫，马上按动隐藏式紧急报警按钮即可报警、监控中心即可知道车主危况及位置，并立即通知警方追踪被劫车辆，帮车主脱险。 （3）防盗报警：）防盗报警：系统设防后，一旦有人非法开启车门或启动车辆时，车载终端会自动向监控中心报警。 （4）遥控报警：）遥控报警：用户在被胁迫离车情况下

16、，可在遥控器有效范围内，向监控中心报警求助。 （5）遥控锁车：）遥控锁车：一旦车辆发生警情，监控中心可以对车辆进行遥控锁车（断油、断电）及遥控监听（此功能只有报警时才可启用，充分保障车主的隐私）。 （6）车载电话：）车载电话：GPS具备中文车载电话功能，可实现来电显示、接听拨打电话、收发固定短信等功能。 （7）断油断电：）断油断电：当车辆被盗后，在确认警情无误后，监控中心发出断油断电指令拦劫匪徒，协助警方围捕。 （8）疲劳驾驶警示系统：）疲劳驾驶警示系统：监控中心可设定车辆的连续行驶时间，超时将会触发车内警示系统，同时监控中心也会收到疲劳驾驶报警。 （9）车辆调度系统：）车辆调度系统：监控中心

17、系统可以对车辆、人员进行远程监控和调度，随时下达会议通知、货物运输信息等功能，随时调配其作业流程，做到有的放矢。 （10）超速报警：）超速报警：当行驶速度超过每小时80公里时，车辆超速报警被激活。 （11）授权监听：）授权监听：监控中心开启监听功能，可听到车内一切声音。 （三）网络（三）网络GPS 网络GPS是指在互联网上建立起来的，同时融合了卫星定位技术、GSM数字移动通信技术以及国际互联网技术等多种目前世界上先进科技成果的一个公共GPS监控平台。 网络GPS移动跟踪与通信服务平台，由专门提供公共GPS定位服务的公司运营，向运输企业或货主提供车辆、货物监控服务。 运输企业或货主以会员身份申请服务，以唯一的身份ID号来区分各自的权限，由监控平台接受所有前端设备发回的定位信息，提交给有相应权限的会员使用，并严格限制无权限用户的访问。 会员可以在世界上任何地方使用浏览器，通过Internet访问运营这个平台的网站，即可实