GPS在现代交通工具中的应用

GPS控制技术——刘伟莲

中的应用★

概述★GPS控制系统的组成工作原理★GPS在汽车上的应用★

GPS的主要功能★国内外GPS导向的应用与发展1概述GPS是GlobalPositioningSystem的简称，即全球卫星定位系统，最初应用于军事领域，是美军71年代初“子午仪卫星导航定位”技术上发展起来的，具有全球性，全能性（陆地，海洋，航空），全天候优势民用方面：最大的民用市场就是汽车导航系统汽车工业成为一个国家的文明象征，随着他的发展也带来诸多问题，例如交通堵塞，社会环境的一大公害，利用GPS发展汽车导航系统是解决城市交通堵塞的一个高科技手段。汽车导航的目的：引导汽车在繁忙交通状态和复杂的道路网络中,选择最佳的路径,使其能在尽量短的时间和路程内到达目的地.他能回答我们三个问题：我现在在哪里？要去哪里？如何去？二GPS系统组成和工作原理1系统组成：空间部分，地面支撑系统，用户设备太空部分由24颗人造卫星组成地面监控部分接收传递监控卫星发回的信号用户设备车载导航仪，接收机主控制中心在美国用户设备：接收机主要接收C/A码和P码定位，P码定位精度高（供美国军方使用）C/A码供一般用户使用1.空间部分(导航卫星).空间部分使用24颗(其中3颗卫星为备用)高度为20200km的导航卫星组成卫星星座.分布如图2.地面站.地面站包括一个主控站、四个监测站和一个注入站。3.用户设备.

导航卫星采用无源工作方式，凡是有GPS接收设备的用户都可以使用GPS系统。用户设备包括全向圆极化天线、接收机、微处理器、控制显示设备等，有时也统称GPS接收机。2工作原理分布在与地球赤道面倾角为55°的六个轨道面上有24颗卫星（21颗工作星，3颗备用星）其运行周期为1小时58分，轨道平面高度为20200km，这样的分布保证每天出现在地平线上的卫星数目在4——11颗左右，在地球的任何地方都能同时收到4颗以上卫星发出的信号，计算机根据这些信号可计算出用户目前在地球坐标系中的位置。卫星在围绕其轨道运行时，向地面发出的信息，包括其轨道位置信息和电波发射时刻信号。接收机根据卫星所发出的信号到接收到信号所经历的时间，便可算出两者的距离。如果知道某点至第一个卫星的距离，那末该点

当出现接受信息时钟误差是三个球面无法相交时利用第四颗卫星的信息进行修正.若用户时钟和卫星时钟相差△t,则测得距离F=Ri+△t*c=Ri+E,根据方程：F=[(Xi-X0)2+(Yi-Y0)2+(Zi-Z0)2]1/2+E(i=1,2,3,4)

式中Ri——各卫星到汽车的距离，单位为m;C——无线电波传播速度，与光速相等;ti——各卫星电波传到汽车所用时间. E——由时钟误差引起的定位误差。解方程组可以求出汽车的位置坐标提高定位精度的措施：采用差分GPS定位算法伟三GPS系统在汽车上的应用1。汽车导航系统组成：GPS,车载部分，主控中心

汽车导航系统方框图

汽车导航系统主控中心主控中心由电台.调制解调器，计算机系统和电子地图组成，电台：接收汽车上电台发出的位置信息，同时反馈汽车调制解调器：负责反控命令和GPS信息的数/模转换计算机系统：接收到汽车的位置信息后进行简单预处理，然后按决定的通信协议，包装该信息并送往工作站，工作站：在矢量电子地图数据上显示汽车的位置，并提供空间查询功能车载部分由GPS接收机，调制解调器，电台组成，还包括自律导航装置，车速传感器，陀螺传感器, CD---ROM驱动器，LCD显示器自律导航装置：当行驶到地下隧道，高层楼群，密集森林等地段时，由于遮挡，此时汽车与卫星失去联系，我们用车速传感器自动地从汽车前进的速度中检测出车速脉冲.通过微处理器的运算直接由速度和时间中求出行驶的距离(不过此时汽车是高速行驶轮胎会膨胀。用轮胎转速求出的距离会产生误差，所以要取一个向上的距离系数来修正)。陀螺传感器：当汽车行驶在弯路，蛇形路面，勾状山道，雪地打滑，轮渡过河，更换轮胎，环状盘形桥等路况时，汽车的前进方向，行驶状态(即汽车行驶的角速度)都要发生变化，此时只有通过陀螺传感器对航向绝对位置的检测和修正才能得到汽车的正确定位坐标。自律导航特点：不受时间地点路况影响，又具有一定定位精度陀螺传感器：测量汽车前进方向和行使状态

汽车行使的曲线距离与卫星导航的经纬度直线坐标产生误差时，陀螺传感器得到该误差信号，经过微处理器可得到汽车正确的位置勾状山道发夹式弯路蛇形路面轮渡过河雪地打滑更换轮胎环状盘形桥车速传感器：在以下状况时，GPS卫星失去联系，在中断信号的瞬间由车速传感器直接检测出车速脉冲送微处理器，然后通过计算求出汽车前进距离，纪录汽车与卫星失去联系后的每一瞬间运动状态，从而给出汽车前进的正确位置

隧道中高层大楼间

地下车库密集树林间高架桥下

在障碍物中由车速传感器直接导入自律导航其他部件：地图匹配器：由于种种原因有时收不到GPS的正确信号，自律导航中的传感器融合技术所检测到的定位信息也存在着一定误差原理：把汽车行驶的轨迹与数字地图数据库提供的路径进行相关比较，实际上就是一个数字相关比较器经过地图匹配器路线得到修正地图匹配电子地图数据库：定位与导航的定位标准，存储于DVD光盘中。一张DVD光盘中预存1000万个街道地址，1900万个电话号码路径引导：把存储在电子地图数据库中的各种路径进行路径规划，然后对车辆进行路径引导LCD显示器（液晶）有一种由平面图到鸟瞰图的转换功能，以解除司机长时间观看屏幕时眼睛疲劳。使起点到目的地全貌一目了然

GPS的工作原理主要包括伪距测量、定位计算、最佳导航星选择算法(即从多颗可见导航卫星中选择4颗几何关系最好的卫星进行导航定位)和导航算法。四GPS的主要功能◆车辆跟踪：利用GPS和电子地图可以实时◆提供出行路线的规划和导航◆信息查询◆话务指挥◆紧急援助在该系统中，通常采用多个汽车公用一个信息通道，当有多个汽车同时发送GPS信息时，将会造成信道碰撞现象，使传输出现错误。为了解决这一问题、系统主控中心与备汽车采用主从结构形式通讯，主控中心维护整个信息网络的操作，它首先根据系统的配置，顺序和每辆汽车建立“连接”关系并进行数据交换，如果不成功则标记出错的原因，最后断开“连接”。每个汽车被查询一次即完成一个周期，从而可以避免信息碰撞产生。该系统的主控中心及车载电台的通信管理模块流程图如图。国内外GPS汽车导向的应用与发展.1.日本在日本的一些豪华轿车上，导向(航)系统已不再是选装，而变成了标准设备。例如，丰田公司的window牌，日产公司的cina牌、本田公司的Legend牌．此外还有一些进口轿车,如奔驰公门的s级轿车、宝马(BMW)公司的7系列和5系列轿车，都把导向系统装到最新出产的汽车上。由于汽车导向系统可以扩展到更多的车型，在车内装饰设计中，仪表板上都留出一块15cm左右的视频显示屏幕的位置.1997年在日本销售的新车中有1/10安装了导向系统，安装比例虽然还不够大，却大大促进了汽车导向系统的发展.2.美国GPS汽车导向系统在美国只有新型轿车才安装使用，因为导向系统在美国起步较晚。为了加快GPS汽车导向系统的发展，1996年美国运输部作出一项规定：未来汽车必须使用导向系统。3.德国汽车电子导向系统将在德国大规模投入使用。西克斯特公司(德国最大的出租车公司之一)已于1997年采购8000辆装有导向系统的奔驰汽车，在德国八大飞机场提供服务。该车导向系统只要驾驶员把目的地输入车上的微机后，微机就借助卫星计算出最短的行车路线，然后在屏幕上用图像和声音引导驾驶员开向目的地。国内GPS汽车导向的研究与应用GPS汽车导向系统的研制和应用在国内起步较晚,仍处于初级阶段，目前主要应用在专用汽车上，如银行运钞车、公安巡逻车等。1.北京航空航天大学进行了多年的研究，将全球定位技术(GPS),地理信息系统和现代通信技术综合在一起。其主要功能是将任何装有GPS接收机的移动目标的动态位置(经度、纬度、高度)、时间、状况等信息，适时地通过无线通讯网链传送至主控制基地中心，而后面具有强大地理信息处理、查询功能的电子地图上进行运动轨迹的显示，并能对准确位置、速度、运动方向、车辆状态等用户感兴趣的参数进行监控和查询，以确保车辆的安全，方便调度管理，提高远营效率。该系统适