國(guó)開(kāi)-《物流信息技術(shù)》作業(yè)講評(píng)6輔

1、、GPS的概念講評(píng)GPS是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，于1994年全面建成，具有海、 陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS是由空間星座、地面控制和用戶設(shè)備等三部分構(gòu)成的。GPS測(cè)量技術(shù)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點(diǎn)、線、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息，具有全 天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事、民用交通（船舶、飛機(jī)、汽車等 ）導(dǎo)航、大地測(cè)量、攝影測(cè)量、野外考察探險(xiǎn)、土地利用調(diào) 查、精確農(nóng)業(yè)以及日常生活 （人員跟蹤、休閑娛樂(lè) ）等不同領(lǐng)域。二、GPS系統(tǒng)的組成講評(píng)GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分 一GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分 一地面監(jiān)

2、 控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分一GPS言號(hào)接收機(jī)。1, GPS衛(wèi)星星座:由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成 GPS衛(wèi)星星座記作（21+3） GPS 星座。 24顆衛(wèi)星均勻分布在 6個(gè)軌道平面內(nèi)軌道傾角為 55度各個(gè)軌道平面之間 相距 60 度即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差 60度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的 升交角距相差 90 度一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前 30 度。在兩萬(wàn)公里高空的GPS 衛(wèi)星當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵?lái)說(shuō)自轉(zhuǎn)一周時(shí)它們繞地球運(yùn)行二周即繞地球一周的時(shí)間為 12恒星時(shí)。這樣對(duì)于地面觀測(cè)者來(lái)說(shuō)每天將提前 4 分鐘見(jiàn)到同一顆GPS 衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的

3、不同 而不同最少可見(jiàn)到4顆最多可見(jiàn)到11顆。在用GPS言號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)為了結(jié)算測(cè) 站的三維坐標(biāo)必須觀測(cè)4顆GPS1衛(wèi)星稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程 中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。對(duì)于某地某時(shí)甚至不能測(cè)得精確 的點(diǎn)位坐標(biāo)這種時(shí)間段叫做 “間隙段 ”。但這種時(shí)間間隙段是很短暫的并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位測(cè)量。GPS工作衛(wèi)星的編號(hào)和試驗(yàn)衛(wèi)星基本相同。2，地面監(jiān)控系統(tǒng)：對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)GPS 衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的 星歷一描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的的參數(shù)算得的。每顆 GPS 衛(wèi)星所播發(fā)的星歷是 由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否

4、正常工作以及衛(wèi)星是否一直沿 著預(yù)定軌道運(yùn)行都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用 是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)一GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi) 星的時(shí)間求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè) 備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè) 站。3, GPSf言號(hào)接收機(jī):GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待 測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間解譯出 GPS衛(wèi)星所發(fā) 送的導(dǎo)航電文實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置位置甚

5、至三維速度和時(shí)間。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)是一種可供無(wú)數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)于 陸地、海洋和空間的廣大用戶只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量 GPS 信號(hào)的接收設(shè)備即GPS信號(hào)接收機(jī)。可以在任何時(shí)候用 GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位 測(cè)量。根據(jù)使用目的的不同用戶要求的 GPS信號(hào)接收機(jī)也各有差異。目前世界 上已有幾十家工廠生產(chǎn) GPS接收機(jī)產(chǎn)品也有幾百種。這些產(chǎn)品可以按照原理、 用途、功能等來(lái)分類。靜態(tài)定位中GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過(guò)程中固定不變接收機(jī)高 精度地測(cè)量GPS信號(hào)的傳播時(shí)間利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置解算出接收機(jī)天 線所在位置的三維坐標(biāo)。而動(dòng)態(tài)定位則是用 GPS接收機(jī)

6、測(cè)定一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn) 行軌跡。GPS言號(hào)接收機(jī)所位于的運(yùn)動(dòng)物體叫做載體（如航行中的船艦空中的 飛機(jī)行走的車輛等）。載體上的 GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過(guò)程中相對(duì) 地球而運(yùn)動(dòng)接收機(jī)用GPS言號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置 和三維速度）。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及 GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的 GPS用戶 設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分。對(duì)于測(cè)地型接收 機(jī)來(lái)說(shuō)兩個(gè)單元一般分成兩個(gè)獨(dú)立的部件觀測(cè)時(shí)將天線單元安置在測(cè)站上接收 單元置于測(cè)站附近的適當(dāng)?shù)胤接秒娎|線將兩者連接成一個(gè)整機(jī)。也有的將天線 單元和接收單元制作成一個(gè)整體觀測(cè)時(shí)將其安置在測(cè)站點(diǎn)上。GP

7、S接收機(jī)一般用蓄電池做電源。同時(shí)采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置 機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電池的過(guò)程中機(jī) 內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后機(jī)內(nèi)電池為 RAM存儲(chǔ)器供電以防止丟失數(shù)據(jù)。近幾年國(guó)內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的 GPS測(cè)地型接收機(jī)。各種類型的 GPS測(cè)地 型接收機(jī)用于精密相對(duì)定位時(shí)其雙頻接收機(jī)精度可達(dá)5MM+1PP M.D單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá)10MM+2PPM.D。用于差分定位其精度可達(dá)亞米級(jí)至厘米 級(jí)。目前各種類型的GPS2接收機(jī)體積越來(lái)越小重量越來(lái)越輕便于野外觀測(cè)。 GPS和GLONAS兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機(jī)已經(jīng)問(wèn)世。三、GPS的定位原理講評(píng)GPS的基本定

8、位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息用 戶接收到這些信息后經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和 時(shí)間信息。四、四、GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)講評(píng)GPS系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn) 便、應(yīng)用廣泛等。定位精度高應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明 GPS相對(duì)定位精度在50KM以內(nèi)可達(dá)10- 6100-500KM 可達(dá) 10-71000KM 可達(dá) 10-9。在 300-1500M 工程精密定位中 1 小時(shí) 以上觀測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于 1mm與ME-5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定得 邊長(zhǎng)比較其邊長(zhǎng)較差最大為 0.5mm 校差中誤差為 0.3mm。觀測(cè)時(shí)間短隨著GPS系

9、統(tǒng)的不斷完善軟件的不斷更新目前 20KM以內(nèi)相對(duì) 靜態(tài)定位僅需 15-20 分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相 距在15KM以內(nèi)時(shí)流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1-2分鐘然后可隨時(shí)定位每站觀測(cè)只需幾 秒鐘。測(cè)站間無(wú)須通視GPS測(cè)量不要求測(cè)站之間互相通視只需測(cè)站上空開(kāi)闊即可 因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無(wú)需點(diǎn)間通視點(diǎn)位位置可根據(jù)需要可稀可密 使選點(diǎn)工作甚為靈活也可省去經(jīng)典大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測(cè)量工作?？商峁┤S坐標(biāo)經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法分別施測(cè)。 GPS 可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。目前 GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精 度。操作簡(jiǎn)便隨著GPS接收機(jī)不斷改進(jìn)自動(dòng)化程

10、度越來(lái)越高有的已達(dá) 傻瓜化” 的程度；接收機(jī)的體積越來(lái)越小重量越來(lái)越輕極大地減輕測(cè)量工作者的工作緊 張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度。使野外工作變得輕松愉快。夜、從這些特點(diǎn)中可以看出GPS 系統(tǒng)不僅可用于測(cè)量、導(dǎo)航還可用于測(cè)速、測(cè) 測(cè)速的精度可達(dá)0.1M/S測(cè)時(shí)的精度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò) GPS系統(tǒng)的應(yīng)用前景當(dāng)初設(shè)計(jì)GPS系統(tǒng)的主要目的是用于導(dǎo)航收集情報(bào)等全天候作業(yè)目前GPS觀測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行不受陰天黑 起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響功能多、應(yīng)用廣。時(shí)。 大。 軍事目的。但是后來(lái)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)表明 GPS系統(tǒng)不僅能夠達(dá)到上述目的而且用 GPS 衛(wèi)星發(fā)來(lái)的導(dǎo)航定位信號(hào)能夠進(jìn)行厘米級(jí)甚至

11、毫米級(jí)精度的靜態(tài)相對(duì)定位 米級(jí)至亞米級(jí)精度的動(dòng)態(tài)定位亞米級(jí)至厘米級(jí)精度的速度測(cè)量和毫微秒級(jí)精度 的時(shí)間測(cè)量。因此GPS系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應(yīng)用前景。五、五、GPS的用途講評(píng)GPS最初就是為軍方提供精確定位而建立的至今它仍然由美國(guó)軍方控制。 軍用GPS產(chǎn)品主要用來(lái)確定并跟蹤在野外行進(jìn)中的士兵和裝備的坐標(biāo)給海中的 軍艦導(dǎo)航為軍用飛機(jī)提供位置和導(dǎo)航信息等。目前GPS系統(tǒng)的應(yīng)用已將十分廣泛我們可以應(yīng)用 GPS信號(hào)可以進(jìn)行海、空 和陸地的導(dǎo)航導(dǎo)彈的制導(dǎo)大地測(cè)量和工程測(cè)量的精密定位時(shí)間的傳遞和速度的 測(cè)量等。對(duì)于測(cè)繪領(lǐng)域 GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)用于建立高精度的全國(guó)性的大地 測(cè)量控制網(wǎng)測(cè)定全球性的地球動(dòng)態(tài)

12、參數(shù)；用于建立陸地海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)進(jìn)行 高精度的海島陸地聯(lián)測(cè)以及海洋測(cè)繪；用于監(jiān)測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形 變；用于工程測(cè)量成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段。用于測(cè)定航空航天 攝影瞬間的相機(jī)位置實(shí)現(xiàn)僅有少量地面控制或無(wú)地面控制的航測(cè)快速成圖導(dǎo)致 地理信息系統(tǒng)、全球環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)革命。許多商業(yè)和政府機(jī)構(gòu)也使用 GPS 設(shè)備來(lái)跟蹤他們的車輛位置這一般需要借 助無(wú)線通信技術(shù)。一些GPS接收器集成了收音機(jī)、無(wú)線電話和移動(dòng)數(shù)據(jù)終端來(lái) 適應(yīng)車隊(duì)管理的需要。由于多元化空間資源環(huán)境的出現(xiàn)使得 GP SGLONASSINMARS等系統(tǒng)都具備 了導(dǎo)航定位功能形成了多元化的空間資源環(huán)境。這一多元化的空間資源環(huán)

13、境促 使國(guó)際民間形成了一個(gè)共同的策略即一方面對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)充分利用一方面積極籌 建民間GNSS系統(tǒng)待到2010年前后GNSS純民間系統(tǒng)建成全球?qū)⑿纬?GP S/GLONASS/GNSS足鼎立之勢(shì)才能從根本上擺脫對(duì)單一系統(tǒng)的依賴形成國(guó)際 共有、國(guó)際共享的安全資源環(huán)境。世界才可進(jìn)入將衛(wèi)星導(dǎo)航作為單一導(dǎo)航手段 的最高應(yīng)用境界。國(guó)際民間的這一策略反過(guò)來(lái)有影響和迫使美國(guó)對(duì)其GPS使用GPS的發(fā)展應(yīng)政策作出更開(kāi)放的調(diào)整。總之由于多元化空間資源環(huán)境的確立給 用創(chuàng)造了一個(gè)前所未有的良好的國(guó)際環(huán)境。車載GPS技術(shù)層面的發(fā)展趨勢(shì)第一個(gè)大趨勢(shì)就是頻率分集技術(shù)(frequency diversity)，實(shí)際上已經(jīng)正在第二代 GPS系統(tǒng)替換老化衛(wèi)星過(guò)程中進(jìn)行。完成以 后，現(xiàn)代化的衛(wèi)星星座將為民用用戶提供三種新的定位信號(hào)。此外，歐洲聯(lián)盟 在 2002 年 3月啟動(dòng)的 “伽里略”計(jì)劃也采取了此種技術(shù)。第二個(gè)大趨勢(shì)就是克服 射頻干擾(RFI。GPS廣播的功率特別低，一般為10到16瓦，很