GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng).ppt

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1、GPS 一、 GPS的發(fā)展歷史 二、 GPS基礎(chǔ)概念 三、 GPS技術(shù)原理 四、 GPS的應用 五、 GPS在物流中的應用 六、 GPS技術(shù)的商業(yè)前景 基礎(chǔ)技術(shù)研究階段 （ 1938-1973） 基礎(chǔ)技術(shù)研究 1954-1956 扎奇里亞斯與松下公 司制作出第一個自足式便攜原子 鐘 1957 麻省理工學院開始研究衛(wèi)星跟蹤 項目 1961 航空公司開始了 GPS系統(tǒng)的 發(fā)展工作，用于滿足軍事需要 1958年美國開始研制衛(wèi)星定位 系統(tǒng)（子午儀系統(tǒng)）（ Transit） 一、 GPS的發(fā)展歷史 計劃實施發(fā)展階段 （ 1973-1993） GPS實施計劃共分三個階段 第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。

2、從 1973年到 1979年，共發(fā)射 了 4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。 第二階段為全面研制和試驗階段。從 1979年到 1984年，又陸續(xù)發(fā)射 了 7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。實驗表明， GPS定位精度遠遠 超過設(shè)計標準。 第三階段為實用組網(wǎng)階段。 1989年 2月 4日第一顆 GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成 功，表明 GPS系統(tǒng)進入工程建設(shè)階段。 1993年底實用的 GPS網(wǎng)即（ 21+3） GPS星座已經(jīng)建成 技術(shù)發(fā)展成熟階段 （ 1994-2008） 國內(nèi) GPS民用方面發(fā)展 1/6 陸地運輸 海洋運輸 建筑 采礦 農(nóng)業(yè) 電力系統(tǒng) 民用航空 通信 醫(yī)療應用 測繪 科研

3、家電 主要民用范圍 紙質(zhì)地圖 Say Goodbye 2006年廉價 PND方案發(fā)布，各大硬件廠商的生產(chǎn)成本得到了更好的控制， PND的價格由原來的天價慢慢走下神壇，給了普通消費者選擇的機會，增加 了 GPS的普及速度。 全覆蓋地圖的發(fā)布從根本上解決了 GPS行業(yè)發(fā)展的一大瓶頸，解決了 GPS普及上的難題。 國內(nèi) GPS民用方面發(fā)展 2/6 2007年 GPS井噴式發(fā)展，移動導航在非智能手機上的應用使產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 速度成幾何級增長。 截止至 07年底，市場上出現(xiàn)的 GPS品牌多達千余，除了諾基亞、摩托羅 拉這樣的手機巨頭和專注與此產(chǎn)業(yè)的 GARMIN任我游、新科等知名品牌外，其 他小作坊品牌更是

4、多如牛毛。 國內(nèi) GPS民用方面發(fā)展 3/6 GPS市場品牌、產(chǎn)品魚龍混雜 國內(nèi) GPS民用方面發(fā)展 4/6 2008年 GPS市場的復合增長率達到 34.3，其中 GPS手機成為增長 速度最 快的部分消費人群也由高端車主逐漸延伸到中低端，這主要得 益于消費者對于 GPS帶來方便的認知度越來越高，同時一些大品牌主流 機型的價格下調(diào)也成為銷量增長的主要推動力。 TD-SCDMA-3G標準試運行 GPS產(chǎn)品定位不再局限于導航功能，除了具備衛(wèi)星同步精確定位、最佳 路徑搜索、同步語音導航、生活資訊查詢等功能和城市地圖精準導航之外， 還會集移動電視、視頻播放和電子相冊等娛樂功能，并融入了藍牙免提、 倒車

5、后視、 TMC、電子狗、 WIFI等實用功能于一身。 國內(nèi) GPS民用方面發(fā)展 5/6 功能更加多樣，產(chǎn)品更加實用 挑戰(zhàn)與機遇并存。 2009年 GPS市場來說，一直處在一種 “ 半沉睡 ” 的狀態(tài)，與前兩年所出 現(xiàn)的 “ 井噴 ” 現(xiàn)象擦肩而過。低價擾市和盜版地圖橫行成為阻礙 GPS市場正 常發(fā)展的隱患。 2009年，包括燃油稅改革，汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃、購臵稅減半、 汽車下鄉(xiāng)、汽車報廢補貼、汽車以舊換新等一系列鼓勵汽車消費利好政策 的密集出臺，帶動上半年汽車銷量增長。 GPS地圖數(shù)據(jù)發(fā)展迅猛，硬件逐步提高，擴展功能更加多元化 。 國內(nèi) GPS民用方面發(fā)展 6/6 GPS基礎(chǔ)概念 坐標系統(tǒng)

6、 時間系統(tǒng) GPS衛(wèi)星星歷 導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機的類型與工作原理 GPS坐標系統(tǒng) 坐標系統(tǒng) 是由坐標原點位臵、坐標軸指向和尺度所定 義的 .在 GPS定位中，通常采用兩類坐標系統(tǒng)：一類是在空 間固定的坐標系，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標系統(tǒng) . 坐標系原點一般取地球質(zhì)心，而坐標軸的指向具有一 定的選擇性，為了使用上的方便，國際上都通過協(xié)議來確 定某些全球性坐標系統(tǒng)的坐標軸指向，這種共同確認的坐 標系稱為 協(xié)議坐標系 . 為了確定用戶接收機的位臵， GPS衛(wèi)星的瞬時位臵通 常應化算到統(tǒng)一的地球坐標系統(tǒng) . GPS時間系統(tǒng) 在天文學和空間科學技術(shù)中， 時間系統(tǒng) 是精確描述天 體和衛(wèi)星運

7、行位臵及其相互關(guān)系的重要基準，也是利用衛(wèi) 星進行定位的重要基準。 為精密導航和測量需要，全球定位系統(tǒng)建立了專用的 時間系統(tǒng)，由 GPS主控站的原子鐘控制。 GPS時屬于原子時系統(tǒng)，秒長與原子時相同，但與國 際原子時的原點不同，即 GPST與 IAT在任一瞬間均有一常 量偏差。 IAT-GPST = 19s， GPS時與協(xié)調(diào)時的時刻，規(guī)定 在 1980年 1月 6日 0時一致，隨著時間的積累，兩者的差異 將表現(xiàn)為秒的整數(shù)倍 GPS時間系統(tǒng) 在 GPS衛(wèi)星定位中， 時間系統(tǒng) 的重要性表現(xiàn)在： GPS衛(wèi)星作為高空觀測目標，位臵不斷變化，在給出衛(wèi)星 運行位臵同時，必須給出相應的瞬間時刻。例如當要求 G

8、PS衛(wèi)星的位臵誤差小于 1cm， 則相應的時刻誤差應小于 2.6 10-6s。 準確地測定觀測站至衛(wèi)星的距離，必須精密地測定信號的 傳播時間。若要距離誤差小于 1cm， 則信號傳播時間的測 定誤差應小于 3 10-11s GPS衛(wèi)星軌道 衛(wèi)星軌道 在 GPS定位中的意義 : 衛(wèi)星在空間運行的軌跡稱為軌道，描述衛(wèi)星軌道位臵 和狀態(tài)的參數(shù)稱為軌道參數(shù)。 1.衛(wèi)星作為位臵已知的高空觀測目標，在進行絕對定 位時，衛(wèi)星軌道誤差將直接影響用戶接收機位臵的精度； 2.在相對定位時，當基線較長或精度要求較高時，軌 道誤差影響不可忽略。 3.為了制訂 GPS測量的觀測計劃和便于捕獲衛(wèi)星發(fā)射 的信號，也需要知道衛(wèi)

9、星的軌道參數(shù)。 GPS衛(wèi)星星歷 衛(wèi)星星歷 是描述衛(wèi)星運動軌道的信息，是一組對應某 一時刻的軌道根數(shù)及其變率。 根據(jù)衛(wèi)星星歷可以計算出任一時刻的衛(wèi)星位臵及其速 度， GPS衛(wèi)星星歷分為 預報星歷 和 后處理星歷 。 外推的星歷 實時提供 精度不高 計算后所得星歷 事后提供 精度較高，達分米 GPS衛(wèi)星信號 關(guān)于 GPS衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星所發(fā)射信號包括載波信號、 P碼（或 Y碼）、 C/A碼和數(shù)據(jù)碼（或 D碼）等多種信號分量，而其中 P碼和 C/A碼統(tǒng)稱為測距碼。 GPS衛(wèi)星信號的產(chǎn)生、構(gòu)成和復制等，都涉及到現(xiàn)代 數(shù)字通信理論和技術(shù)方面的復雜問題。 GPS衛(wèi)星信號的測距碼 碼 的概念 在現(xiàn)代數(shù)字

10、通信中，廣泛使用二進制數(shù)（ 0和 1）及其 組合，來表示各種信息。表達不同信息的二進制數(shù)及其組 合，稱為碼。一位二進制數(shù)叫一個碼元或一比特。比特為 碼和信息量的度量單位。 如果將各種信息例如聲音、圖象和文字等通過量化， 并按某種預定規(guī)則，表示成二進制數(shù)的組合形式，則這一 過程稱為編碼。 在二進制數(shù)字化信息的傳輸中，每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)稱 為數(shù)碼率，表示數(shù)字化信息的傳輸速度，單位為 bit/s。 GPS衛(wèi)星信號的測距碼 隨機噪聲碼 既然碼是用以表達各種信息的二進制數(shù)的組合，是一 組二進制的數(shù)碼序列，則這一序列就可以表達成以 0和 1為 幅度的時間函數(shù)。 假設(shè)一組碼序列 u(t)， 對某一時刻來說，碼

11、元是 0或 1 完全是隨機的，但出現(xiàn)的概率均為 1/2。這種碼元幅度的 取值完全無規(guī)律的碼序列，稱為 隨機碼序列（或隨機噪聲 碼序列） 。它是一種非周期性序列，無法復制，但其自相 關(guān)性好。而相關(guān)性的好壞，對提高利用 GPS衛(wèi)星碼信號測 距精度，極其重要。 GPS衛(wèi)星信號的測距碼 偽隨機噪聲碼 盡管隨機碼具有良好的自相關(guān)性，但卻是一種非周期 序列，不服從任何編碼規(guī)則，實際中無法復制和利用。 GPS采用了一種偽隨機噪聲碼（ Pseudo Random Noice PRN） 簡稱偽隨機碼或偽碼。它的特點是：具有 隨機碼的良好自相關(guān)性，又具有某種確定的編碼規(guī)則，是 周期性的，容易復制。 GPS衛(wèi)星信號

12、的測距碼 C/A碼 C/A碼：用于粗測距和捕獲 GPS衛(wèi)星信號的偽隨機碼。 它是由兩個 10級反饋移位寄存器組合而產(chǎn)生。 C/A碼的碼元寬度大，假設(shè)兩序列的碼元對齊誤差為 為碼元寬度的 1/101/100，則相應的測距誤差為 29.32.93m。 由于精度低，又稱 粗碼 。 GPS衛(wèi)星信號的測距碼 P碼 P碼是衛(wèi)星的精測碼，碼率為 10.23MHZ， 產(chǎn)生的原理 與 C/A碼相似，但更復雜。發(fā)生電路采用的是兩組各由 12 級反饋移位寄存器構(gòu)成。 P碼的周期長， 267天重復一次 。 P碼的捕獲一般是先 捕獲 C/A碼，再根據(jù)導航電文信息，捕獲 P碼。由于 P碼的 碼元寬度為 C/A碼的 1/1

13、0，若取碼元對齊精度仍為碼元寬 度的 1/100，則相應的距離誤差為 0.29m， 僅為 C/A碼的 1/10，故 P碼稱為 精碼 。 P碼是專為 軍用 ！ GPS衛(wèi)星導航電文 GPS衛(wèi)星的導航電文，是用戶用來定位和導航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 導航電文包含有關(guān)衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間 系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正和 由 C/A碼捕獲 P碼等導航信息。導航電文又稱為 數(shù)據(jù)碼（或 D碼） 。 導航電文也是二進制碼，依規(guī)定格式組成，按幀向外 播送。每幀電文含有 1500比特，播送速度 50bit/s， 每幀 播送時間 30s。 GPS衛(wèi)星導航電文 導航電文的格式： 1 2 3 4 5

14、 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 30s 6s 0.02s 0.6s 子幀 4、 5各含 25頁 一個子幀 一個字碼 一個主幀 一個頁面 GPS衛(wèi)星導航電文 一幀導航電文的內(nèi)容 TLW HOW 數(shù)據(jù)塊 1時鐘修正參數(shù) TLW HOW 數(shù)據(jù)塊 2星歷表 TLW HOW 數(shù)據(jù)塊 2星歷表繼續(xù) TLW HOW 數(shù)據(jù)塊 3衛(wèi)星歷書等 TLW HOW 數(shù)據(jù)塊 3衛(wèi)星歷書等 子幀 1 一個子幀 6s長， 10個字，每字 30比特 1幀 30s 1500 比特 子幀 3 子幀 4 子幀 5 子幀 2 GPS衛(wèi)星信號的載波和調(diào)制 GPS衛(wèi)星信號包含三種信號分量：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。信號分量的產(chǎn)生都

15、是在同一個基本頻率 f0=10.23MHz的控制下產(chǎn)生， GPS衛(wèi)星信號 示意圖 如下 基本頻率 10.23MHz L1載波 1575.42MHz L2載波 1227.60MHz C/A碼 1.023MHz P碼 10.23MHz P碼 10.23MHz 數(shù)據(jù)碼 50BPS 數(shù)據(jù)碼 50BPS 154 120 10 204600 GPS衛(wèi)星信號的載波和調(diào)制 衛(wèi)星取 L波段的兩種不同電磁波頻率為載波 : L1載波 頻率為 1575.42MHz， 波長為 19.03cm； L2載波 頻率為 1227.60MHz， 波長為 24.42cm。 L1載波上，調(diào)制有 C/A碼、 P碼（或 Y碼）和數(shù)據(jù)碼；

16、 L2載波上，只調(diào)制有 P碼（或 Y碼）和數(shù)據(jù)碼。 GPS衛(wèi)星的測距碼和數(shù)據(jù)碼是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載 波上，且調(diào)制碼的幅值只取 0或 1。如果碼值取 0，則對應 的碼狀態(tài)取 +1；而碼值取 1時，對應碼狀態(tài)為 -1，載波和 相應的碼狀態(tài)相乘后，即實現(xiàn)了載波的調(diào)制。 GPS衛(wèi)星信號的解調(diào) 為進行載波相位測量，當用戶接收到衛(wèi)星發(fā)播的信號后，可通過以下兩種解調(diào)技術(shù)來恢復載波相位。 （ 1） 復制碼與衛(wèi)星信號相乘 ：由于調(diào)制碼的碼值是 用 1的碼狀態(tài)來表示的，當把接收的衛(wèi)星碼信號與用戶接 收機產(chǎn)生的復制碼，在兩碼同步的條件下相乘，即可去掉 衛(wèi)星信號中的測距碼而恢復原來的載波。 （ 2） 平方解調(diào)技術(shù)

17、：將接收的衛(wèi)星信號進行平方， 由于處于 +1狀態(tài)的調(diào)制碼經(jīng)過平方后均為 +1，而 +1對載波 相位不產(chǎn)生影響。故衛(wèi)星信號平方后，可達到解調(diào)目的。 GPS接收機 天線前臵放 大器 信號處理 器 微處理器 導航計算機 震蕩器 用戶信息傳輸 數(shù)據(jù)存儲器 外部傳輸 電源 GPS用戶設(shè)備主要包括 GPS接收機及其天 線、微處理機及其終端設(shè)備和電源等。接收 機和天線是核心部分，習慣上統(tǒng)稱為 GPS接 收機。主要功能是接收 GPS衛(wèi)星發(fā)射信號， 并進行處理，獲取導航電文和必要的觀測量。 GPS接收機工作原理 當 GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，接收機能夠捕獲到按 一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并能夠跟蹤這

18、些 衛(wèi)星的運行；對所接收到的 GPS信號，具有變換、放大和 處理的功能，以便測量出 GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳 播時間，解譯出 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時地計算 出測站的三維位臵，甚至三維速度和時間。 GPS信號接收機不僅需要功能較強的機內(nèi)軟件，而且 需要一個多功能的 GPS數(shù)據(jù)測后處理軟件包。接收機加處 理軟件包，才是完整的 GPS信號用戶設(shè)備。 GPS 內(nèi)涵 GPS簡史 GPS的主要目的 GPS構(gòu)成 GPS原理 GPS簡史 GPS 是 Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡 稱，中文簡稱為 “ 球位系 ” 。 GPS是 20世紀 70年代由美國陸

19、海空三軍聯(lián)合研制的新一代空 間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 。 經(jīng)過 20余年的研究實驗，耗資 300億美元，到 1994年 3月，全 球覆蓋率高達 98%的 24顆 GPS衛(wèi) 星星座己布設(shè)完成 GPS的主要目的 為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、 全天候和全球性 的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一 些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。 GPS構(gòu)成 （ 1/3） 1.空間部分 GPS的空間部分是由 24顆工作衛(wèi)星組 成 ,它位于距地表 20 200km的上空 ,均勻 分布在 6 個軌道面上 (每個軌道面 4 顆 ) , 軌道傾角為 55 。此外 ,還有 3 顆有源備 份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星

20、的分布使得在全球 任何地方、任何時間都可觀測到 4 顆以上 的衛(wèi)星 ,并能在衛(wèi)星中預存的導航信息。 GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時 間的推移，導航精度會逐漸降低。 GPS構(gòu)成 （ 2/3） 2. 地面控制系統(tǒng) 地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站 (Monitor Station)、主控制 站 (Master Monitor Station)、地面天線 (Ground Antenna)所組成 ,主控制站位于美國科羅拉多州春田市 (Colorado Spring)。地面控制站負責收集由衛(wèi)星傳回之 訊息 ,并計算衛(wèi)星星歷、相對距離 ,大氣校正等數(shù)據(jù)。 GPS構(gòu)成 （ 3/3） 3.用戶設(shè)備部分 用戶設(shè)備部

21、分即 GPS 信號接收機。其主要功能是能 夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這 些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可 測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率 ,解調(diào)出 衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理 計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所 在地理位臵的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機 硬件和機內(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 接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單 元兩部分。 GPS原理 1/3 GPS導航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位臵的衛(wèi)星到 用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)

22、據(jù)就可知 道接收機的具體位臵。要達到這一目的，衛(wèi)星的位臵可以 根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到 衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間， 再將其乘以光速得到 (由于大氣層電離層的干擾，這一距 離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（ PR）： 當 GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用 1和 0二進制碼元組成 的偽隨機碼（簡稱偽碼）發(fā)射導航電文。 GPS原理 2/3 可見 GPS導航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作 用就是不斷地發(fā)射導航電文。然而 ，由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi) 星星載時鐘不可能總是同步，所以 除了用戶的三維坐標 x、 y、 z外，還 要引進一個 t 即衛(wèi)星與接收機

23、之間 的時間差作為未知數(shù)，然后用 4個方 程將這 4個未知數(shù)解出來。所以如果 想知道接收機所處的位臵，至少要 能接收到 4個衛(wèi)星的信號。 GPS原理 3/3 GPS 種類 按接受機用途分 1/4 1. 導航型接收機 此類型主要用于運動載體的導航，它可以實時給 出載體的位臵和速度。一般采用 C/A碼偽距測量，單點實 時定位精度較低 ( 10m)，有 SA影響時為 100m。 價格便 宜，應用廣泛。根據(jù)應用領(lǐng)域不同，還可以進一步分為： 車載型 用于車輛導航定位； 航海型 用于船舶導航定位； 航空型 用于飛機導航定位。要求適應高速運動 星載型 用于衛(wèi)星的導航定位。要求更高。 GPS 種類 按接受機用

24、途分 2/4 2. 測地型接收機 測地型接收機主要用于精密大地測量和工程測量。這 類儀器主要采用載波相位觀測值進行相對定位，定位精度 高。儀器結(jié)構(gòu)復雜，價格較貴。 GPS 種類 按接受機用途分 3/4 3.授時型接收機 這類接收機主要利用 GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標準 進行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。 GPS 種類 按接受機用途分 4/4 4.車載 GPS 當通過硬件和軟件做成 GPS定位終端用于車輛定位的 時候，稱為車載 GPS,但光有定位還不行，還要把這個定位 信息傳到報警中心或者車載 GPS持有人那里，我們稱為第 三方。所以 GPS定位系統(tǒng)中還包含了 GSM網(wǎng)絡通訊（手機

25、通 訊），通過 GSM網(wǎng)絡用短信的方式把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到 第三方。通過微機解讀短信電文，在電子地圖上顯示車輛 位臵。這樣就實現(xiàn)了車載 GPS定位。 GPS 種類 按接收機的載波頻率分類 單頻接收機 單頻接收機只能接收 L1載波信號，測定載波相位觀測進 行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機 只適用于短基線（ 雙頻接收機 雙頻接收機可以同時接收 L1， L2載波信號。利用雙頻對 電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對電磁波信號的延 遲的影響，因此雙頻接收機可用于長達幾千公里的精密定 位。 GPS 種類 按接收機通道數(shù)分類 GPS接收機能同時接收多顆 GPS衛(wèi)星的信號，為了分離 接收到

26、的不同衛(wèi)星的信號，以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤、處 理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號通道。根據(jù) 接收機所具有的通道種類可分為： 多通道接收機 序貫通道接收機 多路多用通道接收機 GPS 種類 按接收機工作原理分類 1/2 碼相關(guān)型接收機 碼相關(guān)型接收機是利用碼相關(guān)技術(shù)得到偽距觀測值。 平方型接收機 平方型接收機是利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信 號 ,來恢復完整的載波信號，通過相位計測定接收機內(nèi)產(chǎn) 生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，測定偽 距觀測值。 GPS 種類 按接收機工作原理分類 2/2 混合型接收機 這種儀器是綜合上述兩種接收機的優(yōu)點，既可以得到碼 相位偽距，也可以得到載波

27、相位觀測值。 干涉型接收機 這種接收機是將 GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方 法，測定兩個測站間距離。 GPS全球定位系統(tǒng)原理 GPS定位原理 GPS定位原理 GPS絕對定位原理 利用 GPS進行絕對定位的基本原理，是以 GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線 之間的距離觀測量為基準，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標，來確定用戶接收 機天線所在的位臵。 實質(zhì)是空間距離后方交會 。又稱 偽距離測量 。 1、 動態(tài)絕對定位 ：當用戶接收設(shè)備安臵 在運動的載體上，確定載體瞬時絕對位臵 的定位方法； 2、 靜態(tài)絕對定位 ：當接收機天線處于靜 止狀態(tài)時，來確定觀測站絕對坐標的方法。 由于偽距有測碼偽距和測相偽距之分， 所

28、以，絕對定位又可分為測碼偽距絕對定 位和測相偽距絕對定位。 GPS相對定位原理（差分 GPS定位） 1/2 靜態(tài)相對定位 ：用兩臺接收機分別安臵在基線的兩端點，其位臵靜止 不動，同步觀測相同的 4顆以上 GPS衛(wèi)星，確定基線兩端點在協(xié)議地球 坐標系中的相對位臵。采用載波相位觀測量為基本觀測量。 優(yōu)點 ：精度高。 缺點 ：觀測時間長。 動態(tài)相對定位 ： 用兩臺 GPS接收機，將一臺接收機安設(shè)在基準站上固 定不動，另一臺接收機安臵在運動的載體上，兩臺接收機同步觀測相 同的衛(wèi)星，通過在觀測值之間求差，以消除具有相關(guān)性的誤差，提高 定位精度。而運動點位臵是通過確定該點相對基準站的相對位臵實現(xiàn) 的定位方

29、法。 GPS相對定位原理（差分 GPS定位） 2/2 動態(tài)相對定位又分以 測距碼偽距 為觀測值的動態(tài)相對定位和以 載 波相位 為觀測值的動態(tài)相對定位。 1）、測碼偽距相對動態(tài)定位，是由安臵在基準點的接收機測量出該點到 GPS衛(wèi)星的偽距，利用衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)計算出基準站到衛(wèi)星的距離求差，將 差值作為距離改正數(shù)傳送給用戶接收機，用戶就得到了一個偽距改正值， 可有效地消除或削弱一些公共誤差的影響的方法。 2）、載波相位動態(tài)相對定位法，是通過將載波相位修正值發(fā)送給用戶站 來改正其載波相位實現(xiàn)定位的，或是通過將基準站采集的載波相位觀測值 發(fā)送給用戶站進行求差解算坐標實現(xiàn)定位。其定位精度在小區(qū)域范圍內(nèi) (30

30、km)可達 1-2cm，是一種快速且高精度的定位法。 動態(tài)相對定位分類 靜態(tài)相對定位的觀測方程及其解算 GPS觀測誤差對兩個觀測站或多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星具有較強 的相關(guān)性，因此，一種簡單有效消除或減弱誤差影響的方法是將這些觀測 量進行不同的線性組合。在 GPS相對定位中，通常采用的組合方式有三種， 即 單差 、 雙差 和 三差 。 單差觀測模型 單差 (Single-Different-SD)是指不同觀測站，同步觀測相同衛(wèi)星 所得觀測量之差。 分析數(shù)據(jù)處理過程，測站間求單差的模擬觀測模型具有下列優(yōu)點。 （ 1）、消除了衛(wèi)星鐘誤差的影響。 （ 2）、大大削弱了衛(wèi)星星歷誤差的影響。 （ 3）

31、、大大削弱了對流層折射和電離層折射的影響，在短距離內(nèi) 幾乎可以完全消除其影響。 雙差 (Doppel-Different-DD)即不同觀測站，同步觀測同一組衛(wèi)星， 所得單差觀測量之差。 雙差模型 三差模型 三差 (Triple-Different-TD)，即于不同歷元，同步觀測同一組衛(wèi)星 所得雙差觀測量之差。 三個球面相交 理解定位原理 假設(shè)某顆衛(wèi)星在空中的位臵為 W1， GPS接收機離 W1的距離為 D1，則接 收機必定在以 W1為圓心、以 D1為半徑的球面上。 D1 W1 如果同時接收兩顆衛(wèi)星的信號，則兩個球面相交成一條圓弧，點位被限 制在這條曲線上。 D1 D2 W1 W2 同理，三個球

32、面相交在一點，即根據(jù) 3段距離值可確定一點的空間位臵 （坐標）。 D1 D2 D3 W3 W1 W2 經(jīng)過 20余年的實踐證明， GPS系統(tǒng)是一 個高精度、全天候和全球性的無線電導航 、定位和定時的多功能系統(tǒng)。 GPS技術(shù)已 經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多 機型的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。 GPS的應用 GPS在交通運輸中的應用 GPS在公安工作中的應用 GPS在軍事上的應用 GPS在生活上的應用 GPS的其他應用 GPS在交通運輸中的應用 1/2 GPS在道路工程中的應用 a. 主要用于建立各種道路工程網(wǎng)及測定航測外控點等，如 滬寧、滬杭告訴公路的上海段就是利用 GPS建立了首級控 制網(wǎng)，然

33、后用常規(guī)方法布設(shè)導線加密 . b. 也應用于特大橋梁的控制測量中，如在江陰長江大橋的 建設(shè)中，首先用常規(guī)方法建立了高精度邊角網(wǎng)，然后利 用 GPS對該網(wǎng)進行檢測 . GPS在交通運輸中的應用 2/2 車輛跟蹤 提供出行路線規(guī)劃和導 航 信息查詢 話務指揮 緊急援助 GPS在汽車導航和交通管理中的應用 三維導航： GPS的首要功能，為船舶 ,汽車 ,飛機等運動物體進 行定位導航。 船舶遠洋導航和進港引水 飛機航路引導和進場降落 汽車自主導航 地面車輛跟蹤和城市智能交通 管理 GPS在公安工作中的應用 將跟蹤定位、報警、監(jiān)控、指揮調(diào)度系統(tǒng)融為一體， 形成現(xiàn)代化、動態(tài)化的公安通信指揮系統(tǒng) 采用 GP

34、S技術(shù)裝備了定位追蹤報警指揮系統(tǒng)和部分巡 邏警車，建立警用移動目標衛(wèi)星定位指揮系統(tǒng) 金融保衛(wèi)部門中建立了運鈔車等運動目標和金庫等固 定目標的衛(wèi)星定位跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，提高了處理突發(fā)事件 的快速反應能力 GPS在軍事上的應用 1.GPS在海灣戰(zhàn)爭中 的應用 2.GPS應用于 B-52、 F-16 3.精確標定戰(zhàn)場重點設(shè)施的位臵 4.用于空戰(zhàn)指揮和控制 5.GPS用于地面部隊 6.用于掃雷 GPS在生活上的應用 教育 應 用 地圖 坐標 網(wǎng)格 比例尺 方位 GPS 原理 地理實察 結(jié)合 GIS 結(jié)合 RS 系統(tǒng)地理 區(qū)域 /世界地理 游戲 學習 小區(qū)制圖 空間分析 鄉(xiāng)土教育 環(huán)境教育 驗證影像判釋 導

35、航 資料收集與展示 地點型學習 數(shù)據(jù)庫整合應用 導航系統(tǒng) 學習導覽系統(tǒng) 小區(qū)安全 生態(tài)調(diào)查 歷史古跡調(diào)查 校園環(huán)境調(diào)查 GLOBE計劃 土地覆蓋調(diào)查 輔助地形氣候 解說 多媒體數(shù)據(jù)庫 旅行日志 大地 尋寶 獵點計劃 玉米田迷宮 生活圈制圖 旅行圖創(chuàng)作 GPS在生活上的應用 個人通訊終端 （與手機， PDA，電子地圖等集成一體） GPS在生活上的應用 人身安全系統(tǒng)應用 科技業(yè)者研發(fā)出 GPS智慧鞋 (350$，將 2*3的芯片 裝臵在鞋底，方便追蹤穿著鞋子的主人目前的行蹤 )。 GPS的其他應用 1/2 電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡的時間同步 準確時間的授入 準確頻率的授入 獲得氣象數(shù)據(jù) GPS用于救

36、援，緊急救生 GPS用于森林防火 GPS用于地震預報 GPS用于大壩及地面沉降的監(jiān)測 個人旅游及野外探險 GPS的其他應用 2/2 各種等級的大地測量，控制測量 道路和各種線路放樣 水下地形測量 地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測 GIS應用 工程機械（輪胎吊，推土機等）控制 精細農(nóng)業(yè) GPS在物流信息系統(tǒng)中的作用 現(xiàn)狀 1/2 物流作為一個新生產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展速度是驚人的，但 是物流信息系統(tǒng)的發(fā)展卻 相對滯后 。 目前，比較流行的物流管理信息系統(tǒng)有： 基于 C S架構(gòu)的硬盤安裝版 基于 B S架構(gòu)的網(wǎng)絡版 現(xiàn)狀 2/2 兩種物流信息系統(tǒng)的比較 信息 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 開發(fā) 語言 優(yōu)點 缺點 共同點

37、 C/S 結(jié)構(gòu) VB、 VC等 C/S架構(gòu)開發(fā)的數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)功能完善、系統(tǒng)穩(wěn) 定性高，而且開發(fā)進度 比較容易控制 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 更新過程中 不容易做到 同步 都是一個基于物流管理 業(yè)務的數(shù)據(jù) 庫管理系統(tǒng)， 基本模塊與 功能相似 B/S 結(jié)構(gòu) Java、 C+等 很好地解決了數(shù)據(jù)庫頻 繁更新的問題 能夠?qū)崿F(xiàn)的 功能目前來 說還比較有 限，同時對 網(wǎng)絡條件的 依賴度也非 常高 利用 GPS技術(shù)構(gòu)建完善物流信息系統(tǒng) 對于上述種種缺陷，都可以通過在物流信息系統(tǒng)中引 入 GPS技術(shù)得到解決。 GPS在衛(wèi)星定位、車輛導航方面的應用已比較成熟。從 GPS本身的技術(shù)體系來說，在車輛定位方面它有著得天獨厚 的優(yōu)勢

38、。 建成后的物流信息系統(tǒng)的主要功能 車輛定位、實時監(jiān)督、車輛跟蹤功能； GPS導航功能； 軌跡回放功能。 車輛定位、實時監(jiān)督、車輛跟蹤功能 GPS技術(shù)的應用能夠?qū)崿F(xiàn)實時快速的定位，這對于現(xiàn)代物流的 高效率管理來說是非常核心和關(guān)鍵的，將能夠方便的實現(xiàn)總部對 于車輛運輸情況的實時監(jiān)控，隨時了解最新的情況； 結(jié)合 GIS技術(shù)，可以利用網(wǎng)絡分析和路徑分析等功能，科學快 速地預先設(shè)定最佳路徑，當利用 GPS信號反饋回來的汽車運行路徑 偏離原定路線時，就可以發(fā)出系統(tǒng)警告，以便決策層針對實際情 況快速反應。 GPS導航功能 GPS在車輛導航方面的技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，主要是結(jié)合 GIS技 術(shù)，利用車載 GPS接

39、收機獲取車輛位臵信息，使用車載電子地圖進 行圖上定位等。 在現(xiàn)代物流信息系統(tǒng)中的城市配送子系統(tǒng)中，這種技術(shù)有非常 高的實用價值，將能很好的解決物流配送效率不高的這一瓶頸。 軌跡回放功能 軌跡回放功能是 GIS和 GPS相結(jié)合的產(chǎn)物，也可以作為車輛跟蹤 功能的一個重要補充。 GPS技術(shù)與物流信息系統(tǒng)的結(jié)合 將 GPS、 GIS、 WAP與 Web集成一體，應用于物流和供應 鏈管理信息技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)還沒有完全成熟。但隨著人們 的重視和技術(shù)的進步， GPS、 GIS、 WAP和 WEB技術(shù)必將逐漸 結(jié)合，進一步構(gòu)建國內(nèi)透明物流企業(yè)，減少物流黑洞，增 強企業(yè)核心競爭力。 GPS在物流企業(yè)應用的優(yōu)勢 1

40、/3 提升物流企業(yè)的信息化程度，使企業(yè)日常運作數(shù)字 化，包括企業(yè)擁有的物流設(shè)備和客戶的貨物都能用精確 的數(shù)字來描述，不僅提高企業(yè)運作效率，而且提升企業(yè) 形象，爭取更多的客戶。 GPS在物流企業(yè)應用的優(yōu)勢 2/3 GPS無線通信的結(jié)合，使得不同地方的流動運輸設(shè)備 變得透明而且可控。 結(jié)合物流企業(yè)決策模型庫的支持，根據(jù)實際倉儲情況， 由 GPS獲取的實時道路信息，可以計算出最佳物流路徑， 給運輸設(shè)備導航，減少運行時間，降低運行費用。 對車輛進行實時定位、跟蹤、報警、通信 ,掌握車輛基本 信息、對車輛遠程管理，避免空載，監(jiān)控司機行為。 客戶能通過互聯(lián)網(wǎng)，了解自己貨物在運輸過程中的細節(jié) 情況。 GPS

41、在物流企業(yè)應用的優(yōu)勢 3/3 通過對物流運作的協(xié)調(diào)，促進供應鏈發(fā)展，讓物流 企業(yè)向第三方物流角色轉(zhuǎn)換。 由于物流企業(yè)能實時地獲取每部車輛的具體位臵、 載貨信息，因而就能用系統(tǒng)的觀念運作企業(yè)業(yè)務，降低 空載率，如果為某條供應鏈服務，則能夠發(fā)揮第三方物 流的作用，把整個供應鏈上的業(yè)務操作變得透明，為企 業(yè)供應鏈管理打下基礎(chǔ)。 GPS對物流產(chǎn)業(yè)所起的作用 1/4 1實時監(jiān)控功能 在任意時刻通過發(fā)出指令查詢運輸工具所在的地理 位臵（經(jīng)度、緯度、速度等信息）并在電子地圖上直觀 地顯示出來。 GPS對物流產(chǎn)業(yè)所起的作用 2/4 2雙向通訊功能 GPS的用戶可使用 GSM的話音功能與司機進行通話或 使用安裝

42、在運輸工具上的移動設(shè)備的漢字液晶顯示終端 進行漢字消息收發(fā)對話。駕駛員通過按下相應的服務、 動作鍵，將該信息反饋到 GPS，監(jiān)督員可在 GPS工作站的 顯示屏上確認其工作的正確性，了解并控制整個運輸作 業(yè)的準確性（發(fā)車時間、到貨時間，卸貨時間、返回時 間等等）。 GPS對物流產(chǎn)業(yè)所起的作用 3/4 3 動態(tài)調(diào)度功能 調(diào)度人員能在任意時刻通過調(diào)度中心發(fā)出文字調(diào)度 指令，并得到確認信息?？蛇M行運輸工具待命計劃管理 ，操作人員通過在途信息的反饋，運輸工具未返回車隊 前即做好待命計劃，可提前下達運輸任務，減少等待時 間，加快運輸工具周轉(zhuǎn)速度。 GPS對物流產(chǎn)業(yè)所起的作用 4/4 4 數(shù)據(jù)存儲、分析功能

43、 實現(xiàn)路線規(guī)劃及路線優(yōu)化，事先規(guī)劃車輛的運行路 線、運行區(qū)域，何時應該到達什么地方等，并將該信息 記錄在數(shù)據(jù)庫中，以備以后查詢、分析使用。 GPS技術(shù)的商業(yè)前景 一. 總體的 GPS商業(yè)前景預測 GPS導航產(chǎn)品將進入快速發(fā)展期 二 . 從四個市場熱點來討論我國的 GPS商業(yè)前景 GPS導航產(chǎn)品市場容量大 3G將為 PND（便攜式自導航系統(tǒng)）市場帶來更多機遇 GPS在物流企業(yè)應用的商業(yè)前景 GPS在水利工程中應用的發(fā)展趨勢 總體的 GPS商業(yè)前景預測 1/3 衛(wèi)星導航應用終端呈現(xiàn)三種趨勢 導航與監(jiān)控兩大系統(tǒng)的自然結(jié)合，合二而一 ; 衛(wèi)星導航和無線通信的集成聯(lián)姻，產(chǎn)品出現(xiàn)二位一體 的傾向 ; 多模

44、應用終端成為電子與信息的典型融合。 總體的 GPS商業(yè)前景預測 2/3 GPS的市場熱點 經(jīng)過多年的培育和訓練， GPS市場己逐步成長起來，在 某些熱點領(lǐng)域需求十分明顯，它們是 : (l)緊急救援報警 (含防盜報警與特種車輛 )市場將進一 步擴大 (2)車輛調(diào)度管理型應用產(chǎn)品市場會有爆發(fā)性的增長 (3)自主導航系統(tǒng)有可能急劇發(fā)展 (4)大地測量、時間傳遞和同步市場走上穩(wěn)定發(fā)展道路 總體的 GPS商業(yè)前景預測 3/3 GPS的市場熱點 (5)與通信機結(jié)合的產(chǎn)品市場需求量將急劇增長，居各 項之首 (6)與智能交通系統(tǒng)的緊密結(jié)合是衛(wèi)星導航產(chǎn)品的長遠 出路 (7)其他的消費市場，如持機、手表類、尋人儀

45、、兒童 玩具型、氣象探空用品等出現(xiàn)層出不窮的發(fā)展勢頭 (8)利用衛(wèi)星導航這一高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，是一件 任重道遠的事，會有持續(xù)不斷的發(fā)展勢頭 四個市場熱點 1/4 GPS導航產(chǎn)品市場容量大 對目的地及周邊環(huán)境的精準查詢需求帶動了 GPS導航產(chǎn)品市場的繁榮。 在 3G時代來臨之際，人們對 GPS/電子地圖的關(guān)注，足以顯現(xiàn)它對日常 生活中的重要性。 消費及市場需求促使導航產(chǎn)業(yè)發(fā)展和走向成熟。 按照私人汽車擁有量年均增速 20測算，對導航產(chǎn)品的需求也是一個 很大的增量。 CMMB（中國移動多媒體廣播）的發(fā)展，將直接拉動 GPS的增長。 隨著 CMMB信號的完善，開通城市的增加，各種節(jié)目的增加播出，

46、 CMMB作為 GPS的附加也將越來越重要。 CMMB最終會成為 GPS增長的有效拉動力。 四個市場熱點 2/4 3G將為 PND（便攜式自導航系統(tǒng)）市場帶來更多機遇 華為將推出谷歌平臺的手機。 城際通以 “ 一鍵通 ” 為切入點實行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，要從產(chǎn)品生產(chǎn)型企業(yè) 轉(zhuǎn)變成服務型企業(yè)。 TOMTOM聯(lián)合上海大眾汽車，推出 PND國內(nèi)版，正式入駐中國大陸市 場。 高德簽約中國移動。 傳聞戴爾，宏基電腦品牌商要進軍智能手機市場，開發(fā)支持 GPS導 航的手機。 四個市場熱點 3/4 GPS在物流企業(yè)應用的商業(yè)前景 提高物流企業(yè)的信息化程度，使得企業(yè)日常運作數(shù)字化； GPS和無線通信的結(jié)合，使得流動在不同

47、地方的運輸設(shè)備變 得透明而且可以控制； 通過對物流運作的協(xié)調(diào)，促進協(xié)同商務發(fā)展，讓物流企業(yè) 向第四方物流角色轉(zhuǎn)換。 四個市場熱點 4/4 GPS在水利工程中應用的發(fā)展趨勢 (1)建立 GPS變形監(jiān)控在線實時分析系統(tǒng)。 對大壩進行變形監(jiān)測 ,研究建立技術(shù)先進而又實用的 GPS變形監(jiān)控在 線實時分析系統(tǒng)是一個重要的發(fā)展趨勢。 (2)建立 GPS與其它變形監(jiān)測技術(shù)集成組合的綜合變形監(jiān)測系統(tǒng)。 為克服 GPS技術(shù)用于變形監(jiān)測的不足和局限性 ,根據(jù)變形監(jiān)測的對象 和目的 ,將 GPS與其它變形監(jiān)測技術(shù)集成組合形成綜合變形監(jiān)測系統(tǒng) ,可實現(xiàn)不同監(jiān)測技術(shù)之間的優(yōu)勢互補。 (3)大大提高的時空采樣率將會為變形監(jiān)測自動化的變形分析提供更為 豐富的數(shù)據(jù)信息。 Thank you