智能運(yùn)輸系統(tǒng)概論第6章課件

1、智能運(yùn)輸系統(tǒng)概論智能運(yùn)輸系統(tǒng)概論（第三版）（第三版）普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材2121世紀(jì)交通版高等學(xué)校教材世紀(jì)交通版高等學(xué)校教材楊兆升楊兆升 于德新于德新 主編主編史其信史其信 高世廉高世廉 主審主審目目 錄錄n第第1 1章章 緒論緒論n第第2 2章章 智能運(yùn)輸系統(tǒng)的體系框架智能運(yùn)輸系統(tǒng)的體系框架n第第3 3章章 智能運(yùn)輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)智能運(yùn)輸系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)n第第4 4章章 交通信息采集與處理技術(shù)交通信息采集與處理技術(shù)n第第5 5章章 通信技術(shù)通信技術(shù)n第第6 6章章 車輛定位技術(shù)車輛定位技術(shù)n第第7 7章章 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)n第第8 8章章 數(shù)據(jù)庫

2、技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)n第第9 9章章 新技術(shù)在智能運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用新技術(shù)在智能運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用n第第1010章章 交通信息服務(wù)系統(tǒng)交通信息服務(wù)系統(tǒng)第第6 6章章 車輛定位技術(shù)車輛定位技術(shù) 概述概述6.1 GPSGPS定位技術(shù)定位技術(shù)6.2 北斗衛(wèi)星定位技術(shù)北斗衛(wèi)星定位技術(shù)6.3 組合定位技術(shù)組合定位技術(shù)6.4 小結(jié)小結(jié)6.56.1 概述概述在交通運(yùn)輸管理中，在交通運(yùn)輸管理中，衛(wèi)星定位導(dǎo)航衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)與系統(tǒng)與GISGIS電子地圖電子地圖、無線電通信網(wǎng)絡(luò)無線電通信網(wǎng)絡(luò)及及計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)以實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤車輛跟蹤和和交通管理交通管理等許多功能。等許多

3、功能。車載誘導(dǎo)要實(shí)現(xiàn)車載誘導(dǎo)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤自動(dòng)跟蹤車輛的當(dāng)前位置，并為出行者車輛的當(dāng)前位置，并為出行者提供從當(dāng)前位置到目的地的提供從當(dāng)前位置到目的地的最優(yōu)路徑最優(yōu)路徑，只有做到，只有做到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的當(dāng)前的當(dāng)前位置跟蹤顯示位置跟蹤顯示，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的誘導(dǎo)。，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的誘導(dǎo)。因此，因此，準(zhǔn)確定位準(zhǔn)確定位是實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)輸系統(tǒng)主要功能的是實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)輸系統(tǒng)主要功能的前提條前提條件件。 車輛定位的目的與意義車輛定位的目的與意義6.1 概述概述從目前發(fā)展情況來看可用于從目前發(fā)展情況來看可用于移動(dòng)車輛定位移動(dòng)車輛定位的的方法方法有：有：GPSGPS單獨(dú)定位單獨(dú)定位、GLONASSGLONA

4、SS單獨(dú)定位單獨(dú)定位、北斗定位北斗定位、GPS/GLONASSGPS/GLONASS組合定位組合定位、GPS/DRSGPS/DRS組合定位組合定位、GPS/INSGPS/INS組合組合定位定位、GNSSGNSS定位定位、GNSS/INSGNSS/INS定位定位、GSMGSM定位定位等。等。此外還有一些此外還有一些輔助的定位方法輔助的定位方法，如：，如：地圖匹配地圖匹配（Map MatchingMap Matching）技術(shù)技術(shù)，信號(hào)桿信號(hào)桿SPSP（Signal Signal PolePole），），衛(wèi)星無線電定位業(yè)務(wù)衛(wèi)星無線電定位業(yè)務(wù)（Radio Determination Radio De

5、termination Satellite ServiceSatellite Service，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱RDSSRDSS）等。）等。6.1 概述概述GPSGPS全稱為導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)時(shí)和測(cè)距全稱為導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)時(shí)和測(cè)距/ /全球定位系統(tǒng)，英文全球定位系統(tǒng)，英文全稱為全稱為Navigation Satellite Timing and Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning SystemRanging/Global Positioning System。目前在地球上空。目前在地球上空已有已有2727顆顆GPSGPS衛(wèi)星衛(wèi)星（包括

6、（包括3 3顆備份衛(wèi)星）在運(yùn)行顆備份衛(wèi)星）在運(yùn)行. . GPSGPS定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)GPSGPS已經(jīng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于成功地應(yīng)用于大地測(cè)量大地測(cè)量、工程測(cè)量工程測(cè)量、航空攝航空攝影測(cè)量影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變工程變形監(jiān)測(cè)形監(jiān)測(cè)、資源勘察資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，給測(cè)繪領(lǐng)等多種學(xué)科，給測(cè)繪領(lǐng)域帶來一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。域帶來一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。6.1 概述概述全球海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)全球海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（Global Navy Navigation Global Navy Navigation Satellite SystemSate

7、llite System，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱GLONASSGLONASS）是）是前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)緊跟美國(guó)緊跟美國(guó)GPSGPS空空間計(jì)劃平行發(fā)展的。間計(jì)劃平行發(fā)展的。截止截止19951995年年底，一共發(fā)射了底，一共發(fā)射了7373顆衛(wèi)星?，F(xiàn)在，在軌道上顆衛(wèi)星?，F(xiàn)在，在軌道上正常運(yùn)行的衛(wèi)星有正常運(yùn)行的衛(wèi)星有2525顆顆，已經(jīng)完成了，已經(jīng)完成了24+124+1的星座布局。的星座布局。GLONASSGLONASS系統(tǒng)的系統(tǒng)的2424顆衛(wèi)星均勻分布在顆衛(wèi)星均勻分布在三個(gè)軌道平面上三個(gè)軌道平面上，每，每個(gè)平面上分布個(gè)平面上分布8 8顆衛(wèi)星，軌道平面相互間隔顆衛(wèi)星，軌道平面相互間隔 。GLONASSGLONASS系統(tǒng)的

8、系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)是由地面上的是由地面上的5 5個(gè)跟蹤站個(gè)跟蹤站和和9 9個(gè)監(jiān)個(gè)監(jiān)控站控站組成，提供著組成，提供著GLONASSGLONASS衛(wèi)星的衛(wèi)星的導(dǎo)航電文。GLONASSGLONASS定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)6.1 概述概述是由是由“兩彈一星兩彈一星”功勛獎(jiǎng)?wù)芦@得者、中國(guó)科學(xué)院院士功勛獎(jiǎng)?wù)芦@得者、中國(guó)科學(xué)院院士陳芳允先生陳芳允先生于于19831983年提出來的。年提出來的?！氨倍芬惶?hào)北斗一號(hào)”試驗(yàn)系統(tǒng)后，第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)后，第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)也拉開序幕，于的建設(shè)也拉開序幕，于20072007年年4 4月、月、20092009年年4 4月、月、20102010年年1 1月和月

9、和6 6月，各發(fā)射了四顆北斗衛(wèi)星。月，各發(fā)射了四顆北斗衛(wèi)星。20072007年，與美國(guó)的年，與美國(guó)的GPSGPS、俄羅斯的、俄羅斯的GLONASSGLONASS和歐洲的和歐洲的GalileoGalileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一起被確認(rèn)為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一起被確認(rèn)為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)統(tǒng)。截至截至20122012年底已成功發(fā)射了年底已成功發(fā)射了1616顆顆“北斗北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對(duì)亞太地區(qū)提供北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對(duì)亞太地區(qū)提供無源定位無源定位、導(dǎo)航導(dǎo)航、授授時(shí)服務(wù)時(shí)服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)6.1 概述概述伽利略定位系統(tǒng)伽利略定位系統(tǒng)（GalileoGalil

10、eo）是）是歐盟歐盟一個(gè)正在建造中一個(gè)正在建造中的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是繼的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是繼美國(guó)美國(guó)GPSGPS、俄羅斯、俄羅斯GLONASSGLONASS及中國(guó)及中國(guó)北斗北斗后，第四個(gè)可以供民用的定位系統(tǒng)。后，第四個(gè)可以供民用的定位系統(tǒng)。GalileoGalileo系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)劃在軌衛(wèi)星計(jì)劃在軌衛(wèi)星3030顆顆，建成后將提供，建成后將提供開放開放服務(wù)服務(wù)、商業(yè)服務(wù)商業(yè)服務(wù)、公共規(guī)范服務(wù)公共規(guī)范服務(wù)以及以及生命安全服務(wù)生命安全服務(wù)等四等四種導(dǎo)航服務(wù)。種導(dǎo)航服務(wù)。開放服務(wù)開放服務(wù)提供任何人自由使用，信號(hào)將會(huì)提供任何人自由使用，信號(hào)將會(huì)廣播在廣播在1164-1214MHz1164-1214MHz以及以及

11、1563-1591MHz1563-1591MHz兩個(gè)頻帶上。同兩個(gè)頻帶上。同時(shí)接受兩個(gè)頻帶的信號(hào)時(shí)接受兩個(gè)頻帶的信號(hào)水平誤差水平誤差4 4米米，垂直誤差垂直誤差8 8米米。 Galileo Galileo定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)6.1 概述概述19961996年，年，美國(guó)美國(guó)、俄羅斯俄羅斯、歐洲歐洲和和日本日本決定在決定在1998-1998-19991999年期間采用一套被稱為年期間采用一套被稱為GNSSGNSS（Global Navigation Global Navigation Satellite SystemSatellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）的用于地球同）的用

12、于地球同步衛(wèi)星的步衛(wèi)星的增強(qiáng)型衛(wèi)星系統(tǒng)增強(qiáng)型衛(wèi)星系統(tǒng)。隨著世界各國(guó)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航的重視和發(fā)展，隨著世界各國(guó)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航的重視和發(fā)展，國(guó)際國(guó)際GNSSGNSS系系統(tǒng)統(tǒng)正逐漸成為一個(gè)正逐漸成為一個(gè)多系統(tǒng)多系統(tǒng)、多層面多層面、多模式多模式的復(fù)雜組合的復(fù)雜組合系統(tǒng)。系統(tǒng)。美國(guó)航空無線電技術(shù)委員會(huì)美國(guó)航空無線電技術(shù)委員會(huì)（RTCARTCA）是該計(jì)劃的主要是該計(jì)劃的主要的策劃者，開發(fā)的策劃者，開發(fā)GNSSGNSS系統(tǒng)的宗旨是為了利用所有的系統(tǒng)的宗旨是為了利用所有的導(dǎo)航導(dǎo)航衛(wèi)星信息衛(wèi)星信息。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSSGNSS）6.1 概述概述數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信中被廣泛使用的中被廣泛

13、使用的GSMGSM（Global Global System for Mobile CommunicationsSystem for Mobile Communications，全球移動(dòng)通信系，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)），是由統(tǒng)），是由模擬蜂窩移動(dòng)通信模擬蜂窩移動(dòng)通信發(fā)展起來的。發(fā)展起來的。GSMGSM系統(tǒng)集中了系統(tǒng)集中了現(xiàn)代信源編碼技術(shù)現(xiàn)代信源編碼技術(shù)，信道編碼信道編碼、交織交織、均衡技術(shù)均衡技術(shù)，數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，話音編碼技術(shù)話音編碼技術(shù)以及以及慢跳頻技慢跳頻技術(shù)術(shù)，同時(shí)在系統(tǒng)中引入了大量計(jì)算機(jī)控制和管理。，同時(shí)在系統(tǒng)中引入了大量計(jì)算機(jī)控制和管理。GSMGSM系系統(tǒng)提供多種電信服務(wù)，包括統(tǒng)

14、提供多種電信服務(wù)，包括話音、電文、圖像、傳真、話音、電文、圖像、傳真、計(jì)算機(jī)文件、消息計(jì)算機(jī)文件、消息等。等。利用現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站和移動(dòng)終端之間的無線利用現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站和移動(dòng)終端之間的無線電信號(hào)傳播特征，同樣可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)傳播特征，同樣可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)站定位移動(dòng)站定位。數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信定位系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信定位系統(tǒng)6.1 概述概述航位推算技術(shù)航位推算技術(shù)（Dead-ReckoningDead-Reckoning，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱DRDR）是）是自主自主定定位的，一般不受外界環(huán)境的影響，可以位的，一般不受外界環(huán)境的影響，可以通過自身的推算通過自身的推算得出車輛載體的位置和速度信息，這是航位

15、推算技術(shù)的得出車輛載體的位置和速度信息，這是航位推算技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。但是，航位推算系統(tǒng)本身的優(yōu)點(diǎn)。但是，航位推算系統(tǒng)本身的誤差是隨時(shí)間積累的誤差是隨時(shí)間積累的，因此它單獨(dú)工作時(shí)因此它單獨(dú)工作時(shí)不能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度不能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度。另外，航位推算系統(tǒng)基本由另外，航位推算系統(tǒng)基本由測(cè)量航向的傳感器測(cè)量航向的傳感器和和測(cè)量測(cè)量距離的傳感器距離的傳感器構(gòu)成。構(gòu)成。測(cè)量航向角測(cè)量航向角的傳感器主要有磁羅盤、的傳感器主要有磁羅盤、差動(dòng)里程儀和角速率陀螺；差動(dòng)里程儀和角速率陀螺；測(cè)量距離測(cè)量距離變化的傳感器主要變化的傳感器主要有加速度計(jì)、里程儀、多普勒雷達(dá)等。有加速度計(jì)、里程儀、多普勒雷達(dá)等。航位推算技術(shù)航

16、位推算技術(shù)6.1 概述概述地圖匹配技術(shù)地圖匹配技術(shù)（Map MatchingMap Matching，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱MMMM）就是引入地）就是引入地圖上的信息，通過將圖上的信息，通過將定位導(dǎo)航系統(tǒng)的位置信息定位導(dǎo)航系統(tǒng)的位置信息與與地圖坐地圖坐標(biāo)信息標(biāo)信息進(jìn)行比較和融合，從而進(jìn)行比較和融合，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的定位精度提高整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。地圖匹配的地圖匹配的假設(shè)條件假設(shè)條件是是車輛應(yīng)該行駛在道路上車輛應(yīng)該行駛在道路上。當(dāng)導(dǎo)航系統(tǒng)確定的當(dāng)導(dǎo)航系統(tǒng)確定的車輛位置精度車輛位置精度不高時(shí)，車輛位置將不高時(shí)，車輛位置將偏離道路，偏離道路，地圖匹配技術(shù)地圖匹配技術(shù)就會(huì)找到一條最近的道路，并就會(huì)找到一條最近的

17、道路，并將車輛位置匹配到道路上。將車輛位置匹配到道路上。地圖匹配技術(shù)地圖匹配技術(shù)第第6 6章章 車輛定位技術(shù)車輛定位技術(shù) 概述概述6.1 GPSGPS定位技術(shù)定位技術(shù)6.2 北斗衛(wèi)星定位技術(shù)北斗衛(wèi)星定位技術(shù)6.3 組合定位技術(shù)組合定位技術(shù)6.4 小結(jié)小結(jié)6.5GPSGPS定位定位采用采用空間被動(dòng)式空間被動(dòng)式測(cè)量原理，即在測(cè)站上安置測(cè)量原理，即在測(cè)站上安置GPSGPS用戶接收系統(tǒng)用戶接收系統(tǒng)，以各種可能的方式接收，以各種可能的方式接收GPSGPS衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送的衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送的各類信號(hào)，由各類信號(hào)，由接收機(jī)解算出接收機(jī)解算出站星關(guān)系和測(cè)站的站星關(guān)系和測(cè)站的三維坐標(biāo)三維坐標(biāo)。美國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)用于

18、測(cè)量時(shí)，用的是美國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)用于測(cè)量時(shí)，用的是WGS-84WGS-84坐坐標(biāo)系標(biāo)系。6.2.1 GPS定位原理定位原理 如圖所示，欲確定如圖所示，欲確定平面上平面上一點(diǎn)一點(diǎn)O O的位置，需要的位置，需要兩個(gè)參考兩個(gè)參考點(diǎn)點(diǎn)O1O1和和O2O2并測(cè)定并測(cè)定R1R1和和R2R2的距離（的距離（3 3個(gè)點(diǎn)不能在一條直線上）。個(gè)點(diǎn)不能在一條直線上）。同理，確定同理，確定三維空間三維空間中一點(diǎn)的位置，需要中一點(diǎn)的位置，需要3 3個(gè)參考點(diǎn)個(gè)參考點(diǎn)，并測(cè)，并測(cè)定待測(cè)點(diǎn)與這定待測(cè)點(diǎn)與這3 3個(gè)參考點(diǎn)的個(gè)參考點(diǎn)的距離距離（4 4個(gè)點(diǎn)不能在一個(gè)平面?zhèn)€點(diǎn)不能在一個(gè)平面上）。因此，理想情況下，通過測(cè)定地球上某

19、一點(diǎn)與上）。因此，理想情況下，通過測(cè)定地球上某一點(diǎn)與3 3顆衛(wèi)顆衛(wèi)星的距離星的距離，即可確定該點(diǎn)的，即可確定該點(diǎn)的空間位置空間位置。6.2.1 GPS定位原理定位原理GPSGPS的衛(wèi)星時(shí)鐘基頻的衛(wèi)星時(shí)鐘基頻f0=10.23MHzf0=10.23MHz，在，在L L頻段上配有頻段上配有兩種兩種基頻基頻： L0L0載波：載波：fL1 =154 f0=1575.42MHzfL1 =154 f0=1575.42MHz； L1L1載波：載波：fL2=120 f0=1227.60MHzfL2=120 f0=1227.60MHz；GPSGPS的每一顆的每一顆衛(wèi)星衛(wèi)星連續(xù)不斷地發(fā)送可跟蹤的連續(xù)不斷地發(fā)送可跟蹤

20、的惟一編碼序惟一編碼序列列，GPSGPS接收機(jī)據(jù)此接收機(jī)據(jù)此辨認(rèn)相關(guān)衛(wèi)星辨認(rèn)相關(guān)衛(wèi)星。GPSGPS的測(cè)距碼（的測(cè)距碼（P P碼和碼和C/AC/A碼）和數(shù)據(jù)碼都是采用擴(kuò)頻偽碼的調(diào)相技術(shù)碼）和數(shù)據(jù)碼都是采用擴(kuò)頻偽碼的調(diào)相技術(shù)PSKPSK調(diào)制到調(diào)制到載波上去的。在載波上去的。在L1L1頻段上有數(shù)據(jù)流和兩種測(cè)距碼分別以頻段上有數(shù)據(jù)流和兩種測(cè)距碼分別以同同向向和和正交正交方式進(jìn)行調(diào)制，其方式進(jìn)行調(diào)制，其信號(hào)結(jié)構(gòu)信號(hào)結(jié)構(gòu)為：為： 6.2.1 GPS定位原理定位原理)sin()()()cos()()()(11111twtDtCAwtDtPAtsLiicLiiPL6.2.1 GPS定位原理定位原理在在L1L1

21、頻段上只有頻段上只有P P碼進(jìn)行碼進(jìn)行雙向調(diào)制雙向調(diào)制：將衛(wèi)星與接收機(jī)振蕩器產(chǎn)生的碼序列進(jìn)行相關(guān)處理就將衛(wèi)星與接收機(jī)振蕩器產(chǎn)生的碼序列進(jìn)行相關(guān)處理就完成了對(duì)某一衛(wèi)星的完成了對(duì)某一衛(wèi)星的跟蹤和鎖定跟蹤和鎖定；進(jìn)一步進(jìn)行解調(diào)，可得；進(jìn)一步進(jìn)行解調(diào)，可得到導(dǎo)航電文到導(dǎo)航電文 ，又可求出衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間，乘上光速，又可求出衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間，乘上光速便得到從衛(wèi)星到接收機(jī)的便得到從衛(wèi)星到接收機(jī)的偽距偽距。GPSGPS定位是通過偽距測(cè)量定位是通過偽距測(cè)量得到的得到的，由于存在時(shí)鐘差、大氣效應(yīng)、接收機(jī)誤差，這里，由于存在時(shí)鐘差、大氣效應(yīng)、接收機(jī)誤差，這里的偽距并非實(shí)距，偽距數(shù)學(xué)表達(dá)式為：的偽距并非實(shí)距，偽

22、距數(shù)學(xué)表達(dá)式為：只要只要同時(shí)觀測(cè)到同時(shí)觀測(cè)到4 4顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星，就可實(shí)現(xiàn)三維定位（經(jīng)度、，就可實(shí)現(xiàn)三維定位（經(jīng)度、緯度、高度）。緯度、高度）。)cos()()()(222twtDtPBtSLiiPLPSVPRpVttC)(6.2.2 GPS定位誤差分析定位誤差分析1 1）電離層延遲誤差）電離層延遲誤差電離層電離層引起信號(hào)的延遲，相位傳播的超前，它們大小引起信號(hào)的延遲，相位傳播的超前，它們大小相等、符號(hào)相反。電離層傳播的影響與沿衛(wèi)星和用戶接收相等、符號(hào)相反。電離層傳播的影響與沿衛(wèi)星和用戶接收機(jī)視線方向的總的機(jī)視線方向的總的電子數(shù)（電子數(shù)（TECTEC）有關(guān)，與有關(guān)，與信號(hào)頻率的平信號(hào)頻率的平方方

23、成反比。成反比。TECTEC的函數(shù)關(guān)系復(fù)雜，與時(shí)間、位置和太陽活的函數(shù)關(guān)系復(fù)雜，與時(shí)間、位置和太陽活動(dòng)有關(guān)。動(dòng)有關(guān)。 2 2）對(duì)流層的延遲影響）對(duì)流層的延遲影響 對(duì)流層對(duì)流層傳播延遲是由于電磁波信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)，其傳播延遲是由于電磁波信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)，其傳播速度小于光速引起的附加延遲，一般可達(dá)傳播速度小于光速引起的附加延遲，一般可達(dá)220m220m。它。它一般與濕度、大氣壓、溫度以及高度角有關(guān)。對(duì)流層影響一般與濕度、大氣壓、溫度以及高度角有關(guān)。對(duì)流層影響變化緩慢，呈低頻特性。變化緩慢，呈低頻特性。6.2.2 GPS定位誤差分析定位誤差分析3 3）SASA的影響的影響 SA SA即即選擇可用性選

24、擇可用性（Selective AvailabilitySelective Availability）。）。在所有的在所有的GPSGPS工作衛(wèi)星上實(shí)施工作衛(wèi)星上實(shí)施SASA政策，使政策，使水平定位精度水平定位精度降降低至低至100m100m，垂直定位精度垂直定位精度為為156m156m，時(shí)間精度時(shí)間精度為為175ns175ns。SASA政策已于政策已于20002000年年5 5月月1 1日停止使用。日停止使用。4 4）星歷誤差）星歷誤差 衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差是由于星歷預(yù)報(bào)與模型的不完善而導(dǎo)致是由于星歷預(yù)報(bào)與模型的不完善而導(dǎo)致的，它直接影響了衛(wèi)星位置的解算，從而導(dǎo)致定位解的誤的，它直接影響了衛(wèi)

25、星位置的解算，從而導(dǎo)致定位解的誤差。衛(wèi)星星歷是周期性變化規(guī)律，一般始于一個(gè)均勻分布差。衛(wèi)星星歷是周期性變化規(guī)律，一般始于一個(gè)均勻分布的值，之后呈指數(shù)規(guī)律變化，直到下一星歷注入。的值，之后呈指數(shù)規(guī)律變化，直到下一星歷注入。6.2.2 GPS定位誤差分析定位誤差分析5 5）地球自轉(zhuǎn)的影響）地球自轉(zhuǎn)的影響在計(jì)算衛(wèi)星和用戶之間的在計(jì)算衛(wèi)星和用戶之間的距離距離時(shí)，涉及到時(shí)，涉及到衛(wèi)星發(fā)射信衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的時(shí)刻號(hào)的時(shí)刻和和用戶接收信號(hào)的時(shí)刻用戶接收信號(hào)的時(shí)刻，而計(jì)算時(shí)用到的地心坐，而計(jì)算時(shí)用到的地心坐標(biāo)系，只能是某一時(shí)刻的標(biāo)系，只能是某一時(shí)刻的瞬時(shí)坐標(biāo)系瞬時(shí)坐標(biāo)系，在發(fā)射時(shí)刻到接收，在發(fā)射時(shí)刻到接收時(shí)刻這一

26、時(shí)段，慣性坐標(biāo)系中的用戶、衛(wèi)星隨坐標(biāo)系一起時(shí)刻這一時(shí)段，慣性坐標(biāo)系中的用戶、衛(wèi)星隨坐標(biāo)系一起運(yùn)動(dòng)，所以運(yùn)動(dòng)，所以計(jì)算幾何距離計(jì)算幾何距離時(shí)，要考慮地球自轉(zhuǎn)的修正，從時(shí)，要考慮地球自轉(zhuǎn)的修正，從而消除慣性坐標(biāo)系對(duì)距離計(jì)算造成的誤差。而消除慣性坐標(biāo)系對(duì)距離計(jì)算造成的誤差。6 6）接收機(jī)相關(guān)誤差）接收機(jī)相關(guān)誤差接收機(jī)相關(guān)誤差接收機(jī)相關(guān)誤差主要包括通道偏差、量測(cè)噪音、時(shí)鐘主要包括通道偏差、量測(cè)噪音、時(shí)鐘模型的誤差、硬件噪音和延遲等。模型的誤差、硬件噪音和延遲等。6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法 由于由于SASA政策的存在，政策的存在，GPSGPS系統(tǒng)提供的單點(diǎn)定位精度在系統(tǒng)提供的

27、單點(diǎn)定位精度在100m100m左右。即使是在左右。即使是在SASA政策停止使用后，其單點(diǎn)定位精度也只有政策停止使用后，其單點(diǎn)定位精度也只有2040m2040m，難以滿足高精度難以滿足高精度的定位需求。差分的定位需求。差分GPSGPS定位技術(shù)解決定位技術(shù)解決了這個(gè)問題。所謂了這個(gè)問題。所謂差分差分GPSGPS（Differential GPSDifferential GPS，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱DGPSDGPS）就是將一個(gè)就是將一個(gè)已精確測(cè)定的已知點(diǎn)已精確測(cè)定的已知點(diǎn)作為差分基準(zhǔn)點(diǎn)，在此點(diǎn)安作為差分基準(zhǔn)點(diǎn)，在此點(diǎn)安裝裝GPSGPS接收機(jī)，連續(xù)接收接收機(jī)，連續(xù)接收GPSGPS信號(hào)，通過處理再與已知的精確信號(hào)

28、，通過處理再與已知的精確位置作比較，位置作比較，不斷確定當(dāng)前的誤差不斷確定當(dāng)前的誤差，然后把它通過通信鏈，然后把它通過通信鏈傳傳送至送至該地區(qū)的該地區(qū)的所有移動(dòng)所有移動(dòng)GPSGPS用戶用戶，以，以修正修正它們的定位解。原理它們的定位解。原理圖為：圖為：6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法差分差分GPSGPS實(shí)時(shí)定位技術(shù)實(shí)時(shí)定位技術(shù)基本上可分為基本上可分為兩種類型兩種類型，即，即局域局域差分差分GPSGPS和和廣域差分廣域差分GPSGPS。局域差分局域差分的的技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)是向用戶提是向用戶提供供綜合綜合的差分的差分GPSGPS改正信息改正信息觀測(cè)值改正觀測(cè)值改正，而不是提供

29、，而不是提供單個(gè)誤差源的改正，作用范圍比較小，一般在單個(gè)誤差源的改正，作用范圍比較小，一般在150km150km之內(nèi)之內(nèi)。廣域差分廣域差分的的技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)是將主要誤差源是將主要誤差源分別加以計(jì)算分別加以計(jì)算，并，并分分別別向用戶提供這些差分信息，作用的范圍比較大。向用戶提供這些差分信息，作用的范圍比較大。實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)DGPSDGPS的方法包括的方法包括位置差分法位置差分法、偽距差分法偽距差分法、載波載波相位差分法相位差分法等，這等，這3 3類差分方法的工作方式是相同的，即類差分方法的工作方式是相同的，即都由都由基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站發(fā)送發(fā)送改正數(shù)改正數(shù)，由，由用戶接收用戶接收并對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行并對(duì)其測(cè)量

30、結(jié)果進(jìn)行改正改正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，三種方法發(fā)，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，三種方法發(fā)送改正數(shù)的送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣具體內(nèi)容不一樣，其差分，其差分定位精度也不同定位精度也不同。6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法 1 1）位置差分原理位置差分原理 這是一種這是一種最簡(jiǎn)單最簡(jiǎn)單的差分方法。安裝在基準(zhǔn)站上的的差分方法。安裝在基準(zhǔn)站上的GPSGPS接收機(jī)觀測(cè)到接收機(jī)觀測(cè)到4 4顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星后便可進(jìn)行后便可進(jìn)行三維定位三維定位，解算解算出出基準(zhǔn)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)站的坐標(biāo)。由于存在著軌道誤差、時(shí)鐘誤差、。由于存在著軌道誤差、時(shí)鐘誤差、SASA影響、大影響、大氣影響、

31、多徑效應(yīng)以及其他誤差，解算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站氣影響、多徑效應(yīng)以及其他誤差，解算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是不一樣的，的已知坐標(biāo)是不一樣的，存在誤差存在誤差。即：。即：6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將此利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)改正數(shù)發(fā)出去發(fā)出去，由，由用戶站用戶站接收接收，并且對(duì)其解算的用戶站坐標(biāo)進(jìn)行并且對(duì)其解算的用戶站坐標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)改進(jìn)：如考慮到用戶站的位置如考慮到用戶站的位置改正值改正值瞬間變化瞬間變化，則：，則：6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法 最后最后得到的改正后的用戶坐標(biāo)已得到的改正后的用戶坐標(biāo)已消去了消去了基準(zhǔn)站與用戶基準(zhǔn)站

32、與用戶站的站的共同誤差共同誤差。以上步驟的先決條件是基準(zhǔn)站和用戶站觀。以上步驟的先決條件是基準(zhǔn)站和用戶站觀測(cè)測(cè)同一組衛(wèi)星同一組衛(wèi)星。 這種差分方法的這種差分方法的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是是計(jì)算方法簡(jiǎn)單計(jì)算方法簡(jiǎn)單，只需要在解算，只需要在解算的坐標(biāo)中加改正數(shù)即可，能的坐標(biāo)中加改正數(shù)即可，能適用于一切適用于一切GPSGPS接收機(jī)接收機(jī)，包括，包括最簡(jiǎn)單的接收機(jī)。最簡(jiǎn)單的接收機(jī)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是必須嚴(yán)格保持基準(zhǔn)站與用戶站是必須嚴(yán)格保持基準(zhǔn)站與用戶站觀觀測(cè)同一組衛(wèi)星測(cè)同一組衛(wèi)星。如果有。如果有8 8顆可觀測(cè)衛(wèi)星，將組成顆可觀測(cè)衛(wèi)星，將組成7070個(gè)組合，個(gè)組合，基準(zhǔn)站和用戶站觀測(cè)環(huán)境也不能保證完全相同，因此基準(zhǔn)站和用戶站

33、觀測(cè)環(huán)境也不能保證完全相同，因此無法無法保證保證兩站觀測(cè)到同一組衛(wèi)星。兩站觀測(cè)到同一組衛(wèi)星。6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法2 2）偽距差分原理偽距差分原理這是目前用途最廣的一種技術(shù)。在這是目前用途最廣的一種技術(shù)。在基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站GPSGPS接收機(jī)接收機(jī)測(cè)測(cè)量出可見量出可見的所有衛(wèi)星的的所有衛(wèi)星的偽距偽距 和和搜集搜集全部衛(wèi)星的全部衛(wèi)星的星歷文件星歷文件，計(jì)算出計(jì)算出各衛(wèi)星的各衛(wèi)星的地心坐標(biāo)地心坐標(biāo) ，又根據(jù)其他方法，又根據(jù)其他方法得得到到基準(zhǔn)站的基準(zhǔn)站的準(zhǔn)確地心坐標(biāo)準(zhǔn)確地心坐標(biāo) ，則可利用二者反，則可利用二者反求出求出各衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的各衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的實(shí)距實(shí)距：同時(shí)基準(zhǔn)站同

34、時(shí)基準(zhǔn)站GPSGPS接收機(jī)測(cè)量到的偽距接收機(jī)測(cè)量到的偽距 包含各種誤差，包含各種誤差，可以求出偽距的可以求出偽距的誤差修正值誤差修正值：i)(sisisizyx，)(pppzyx，222)()()(pispispisiszzyyxxRiiisiR6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法又可求出偽距誤差又可求出偽距誤差修正值的變化率修正值的變化率：基準(zhǔn)站將基準(zhǔn)站將 、 傳送給用戶，則用戶至衛(wèi)星的傳送給用戶，則用戶至衛(wèi)星的偽距偽距 為：為：由于修正后的偽距去由于修正后的偽距去除了除了基準(zhǔn)站與用戶基準(zhǔn)站與用戶共同的系統(tǒng)誤差共同的系統(tǒng)誤差，因而：因而：tii/ii)()()()(0ttt

35、ttiiiuiuc0)()(VttCRtSVPRiuiucdzzyyxxpispispis222)()()(6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法與位置差分相比，偽距差分具有如下與位置差分相比，偽距差分具有如下優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（：（1 1）基準(zhǔn)）基準(zhǔn)站能夠提供可見的站能夠提供可見的所有衛(wèi)星所有衛(wèi)星的修正值，因而用戶可選擇接的修正值，因而用戶可選擇接收收任意四顆任意四顆衛(wèi)星的信號(hào)，而前者要求用戶與基準(zhǔn)站接收相衛(wèi)星的信號(hào)，而前者要求用戶與基準(zhǔn)站接收相同的四顆衛(wèi)星；（同的四顆衛(wèi)星；（2 2）計(jì)算的偽距修正值是直接在）計(jì)算的偽距修正值是直接在WGS-84WGS-84坐坐標(biāo)系標(biāo)系上求得的，是直

36、接修正值，上求得的，是直接修正值，不用換算不用換算為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，因?yàn)楫?dāng)?shù)刈鴺?biāo)，因而定位而定位精度高精度高。當(dāng)然兩種方法當(dāng)然兩種方法同時(shí)要求同時(shí)要求：（：（1 1）基準(zhǔn)站的）基準(zhǔn)站的坐標(biāo)要精確坐標(biāo)要精確測(cè)測(cè)定，這是定，這是DGPSDGPS的基礎(chǔ)；的基礎(chǔ)；2 2）用戶與基準(zhǔn)站之間的）用戶與基準(zhǔn)站之間的距離要有限距離要有限制制，一般在，一般在100km100km以內(nèi)，否則電離層延遲將導(dǎo)致較大誤差。以內(nèi)，否則電離層延遲將導(dǎo)致較大誤差。3 3）載波相位差分原理載波相位差分原理載波相位差分技術(shù)載波相位差分技術(shù)是建立在是建立在實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)處理處理兩個(gè)測(cè)站兩個(gè)測(cè)站的載波的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的相位基

37、礎(chǔ)上的。它能實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)三維坐標(biāo)，并達(dá)到，并達(dá)到厘米級(jí)厘米級(jí)的高精度。的高精度。實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)載波相位差分載波相位差分的方法分為兩類：的方法分為兩類：修正法和差分法修正法和差分法。前者與偽距差分相同，基準(zhǔn)站將前者與偽距差分相同，基準(zhǔn)站將載波相位修正量載波相位修正量發(fā)送給用發(fā)送給用戶站，以改正其載波相位，然后求解坐標(biāo)。后者將基準(zhǔn)站戶站，以改正其載波相位，然后求解坐標(biāo)。后者將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶站進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。采集的載波相位發(fā)送給用戶站進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法第第6 6章章 車輛定位技術(shù)車輛定位技術(shù) 概述概述6.1 GPSGPS定

38、位技術(shù)定位技術(shù)6.2 組合定位技術(shù)組合定位技術(shù)6.4 小結(jié)小結(jié)6.5 北斗衛(wèi)星定位技術(shù)北斗衛(wèi)星定位技術(shù)6.36.3.1 北斗定位原理北斗定位原理 “ “北斗一代北斗一代”與與“北斗二代北斗二代”兩個(gè)系統(tǒng)在定位原理兩個(gè)系統(tǒng)在定位原理上上采用采用的都是的都是偽距定位偽距定位。其其基本思想基本思想都是都是三球交匯原理三球交匯原理，但由于一代系統(tǒng)的觀，但由于一代系統(tǒng)的觀測(cè)量只有兩個(gè)且使用測(cè)量只有兩個(gè)且使用有源的有源的工作方式，使得其在定位原理、工作方式，使得其在定位原理、所能夠提供的定位精度上與二代系統(tǒng)又存在著很大的不同。所能夠提供的定位精度上與二代系統(tǒng)又存在著很大的不同。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位是基于

39、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位是基于“三球交會(huì)三球交會(huì)”原理，原理，即以即以2 2顆衛(wèi)星的顆衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心已知坐標(biāo)為圓心，以測(cè)定的，以測(cè)定的衛(wèi)星至用戶接衛(wèi)星至用戶接收機(jī)收機(jī)距離距離為為半徑半徑，作出，作出2 2個(gè)球面?zhèn)€球面，用戶接收機(jī)必然位于這，用戶接收機(jī)必然位于這2 2個(gè)球面交線的圓弧上。個(gè)球面交線的圓弧上。6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理中心站的中心站的電子高程地圖庫電子高程地圖庫提供的是一個(gè)以地心為球心、提供的是一個(gè)以地心為球心、以以球心球心至至地球表面高度地球表面高度為半徑的非均勻球面。求解圓弧線為半徑的非均勻球面。求解圓弧線與地球表面交點(diǎn)，并己知目標(biāo)在赤道平面北側(cè)（系統(tǒng)的覆與地球表

40、面交點(diǎn)，并己知目標(biāo)在赤道平面北側(cè)（系統(tǒng)的覆蓋范圍只在北半球），即可獲得用戶的蓋范圍只在北半球），即可獲得用戶的二維位置二維位置。如圖所。如圖所示。示。6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理“北斗一代北斗一代”系統(tǒng)定位的系統(tǒng)定位的幾何原理幾何原理是：是：以兩顆衛(wèi)星為球心，以衛(wèi)星到用戶接收機(jī)的距離為半徑以兩顆衛(wèi)星為球心，以衛(wèi)星到用戶接收機(jī)的距離為半徑形成兩個(gè)球體。形成兩個(gè)球體。由由兩顆同步衛(wèi)星在赤道平面的兩顆同步衛(wèi)星在赤道平面的弧度距離弧度距離為為60o60o，計(jì)算計(jì)算知兩者的知兩者的直線距離直線距離為為4200km4200km，這一距離小于兩衛(wèi)，這一距離小于兩衛(wèi)星到接收機(jī)的距離之和（約星到接收機(jī)的

41、距離之和（約7200km7200km），所以兩球一定相交），所以兩球一定相交形成一形成一交線圓交線圓。同步衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面重合，該。同步衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面重合，該交線圓必定交線圓必定垂直穿過垂直穿過赤道平面，在地球的南北半球各有一赤道平面，在地球的南北半球各有一個(gè)交點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)的個(gè)交點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)的覆蓋范圍都在北半球覆蓋范圍都在北半球可知北半球的那可知北半球的那個(gè)交點(diǎn)就是用戶接收機(jī)的位置。個(gè)交點(diǎn)就是用戶接收機(jī)的位置。6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理 “北斗一代北斗一代”的的工作原理工作原理如上圖所示。如上圖所示?！氨倍芬淮倍芬淮泵棵繎?yīng)答一次地面中心處理站發(fā)出的詢問信號(hào)，地面

42、中心處理應(yīng)答一次地面中心處理站發(fā)出的詢問信號(hào)，地面中心處理站可測(cè)得以下站可測(cè)得以下兩個(gè)距離兩個(gè)距離：2221121111*RR*）R（2tcSStcS6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理 其中：其中： 若已知用戶的若已知用戶的高程值高程值為為H H（這一信息一般由用戶自帶的（這一信息一般由用戶自帶的高程測(cè)量?jī)x獲得），則可以得到第三個(gè)方程：高程測(cè)量?jī)x獲得），則可以得到第三個(gè)方程： 聯(lián)立聯(lián)立三式即可得到用戶坐標(biāo)。三式即可得到用戶坐標(biāo)。222202020)()()()()()(zzyyxxRzzyyxxSiiiiiiii222zyxH6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理 “北斗二代北斗二代”衛(wèi)星導(dǎo)航

43、系統(tǒng)的定位原理與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理與GPSGPS類似，用類似，用戶接收機(jī)在其覆蓋范圍內(nèi)戶接收機(jī)在其覆蓋范圍內(nèi)至少至少可以得到可以得到三個(gè)以上三個(gè)以上的觀測(cè)量，的觀測(cè)量，在實(shí)際的導(dǎo)航定位應(yīng)用中，考慮到接收機(jī)與衛(wèi)星的在實(shí)際的導(dǎo)航定位應(yīng)用中，考慮到接收機(jī)與衛(wèi)星的時(shí)鐘沒時(shí)鐘沒有嚴(yán)格的統(tǒng)一有嚴(yán)格的統(tǒng)一，將，將兩者的鐘差兩者的鐘差作為第四個(gè)參數(shù)進(jìn)行求解，作為第四個(gè)參數(shù)進(jìn)行求解，因此因此至少需要四個(gè)觀測(cè)方程至少需要四個(gè)觀測(cè)方程：tcnzzyyxxxisinsinsinni*)()()()(2226.3.2 北斗系統(tǒng)組成北斗系統(tǒng)組成 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括北斗一號(hào)和北斗二號(hào)共兩代系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括北

44、斗一號(hào)和北斗二號(hào)共兩代系統(tǒng)，由由空間段空間段，地面段地面段，用戶段用戶段三部分組成，如圖所示。三部分組成，如圖所示。6.3.2 北斗系統(tǒng)組成北斗系統(tǒng)組成 空間段空間段包括包括五顆靜止五顆靜止和和三十顆三十顆非靜止非靜止軌道衛(wèi)星軌道衛(wèi)星。非靜止非靜止軌道衛(wèi)星軌道衛(wèi)星由由2727顆中圓軌道衛(wèi)星和顆中圓軌道衛(wèi)星和3 3顆同步軌道衛(wèi)星組成。顆同步軌道衛(wèi)星組成。 地面段地面段包括包括主控站主控站、衛(wèi)星導(dǎo)航注入站衛(wèi)星導(dǎo)航注入站和和監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)等若干個(gè)地面站。地面站。主控站主控站主要任務(wù)是主要任務(wù)是收集收集各個(gè)監(jiān)測(cè)站段觀測(cè)數(shù)據(jù)，各個(gè)監(jiān)測(cè)站段觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理，生成生成衛(wèi)星導(dǎo)航電文和

45、差分完好性信息，衛(wèi)星導(dǎo)航電文和差分完好性信息，完完成成任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度，任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行管理與控制等。系統(tǒng)運(yùn)行管理與控制等。注入站注入站主要任務(wù)是在主控站的統(tǒng)一調(diào)度下，完成衛(wèi)星導(dǎo)航電文、主要任務(wù)是在主控站的統(tǒng)一調(diào)度下，完成衛(wèi)星導(dǎo)航電文、差分完好性信息注入和有效載荷段控制管理。差分完好性信息注入和有效載荷段控制管理。6.3.2 北斗系統(tǒng)組成北斗系統(tǒng)組成監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)站接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)送給主控站，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)送給主控站，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星段跟蹤、監(jiān)測(cè)，為衛(wèi)星軌道確定和時(shí)間同步提供觀測(cè)資料。段跟蹤、監(jiān)測(cè)，為衛(wèi)星軌道確定和時(shí)間同步提供觀測(cè)資料。用戶段用戶段包括北斗系統(tǒng)用戶終端以

46、及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括北斗系統(tǒng)用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。系統(tǒng)采用衛(wèi)星無線電測(cè)定兼容的終端。系統(tǒng)采用衛(wèi)星無線電測(cè)定（RDSSRDSS）與衛(wèi)星無與衛(wèi)星無線電導(dǎo)航線電導(dǎo)航（RNSSRNSS）集成體制集成體制，既能像，既能像GPSGPS、GLONASSGLONASS、GALILEOGALILEO系統(tǒng)一樣，為用戶提供衛(wèi)星無線電導(dǎo)航服務(wù)，又系統(tǒng)一樣，為用戶提供衛(wèi)星無線電導(dǎo)航服務(wù)，又具具有位置報(bào)告有位置報(bào)告以及以及短報(bào)文通信功能短報(bào)文通信功能。6.3.3 北斗工作過程北斗工作過程 地面控制中心地面控制中心向衛(wèi)星向衛(wèi)星I I和衛(wèi)星和衛(wèi)星IIII同時(shí)發(fā)送同時(shí)發(fā)送詢問信號(hào)詢問信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向

47、服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播廣播。用戶用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號(hào)，然后根據(jù)用用戶發(fā)來的信號(hào)，然后根據(jù)用戶申請(qǐng)的服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的戶申請(qǐng)的服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理。對(duì)對(duì)定位申請(qǐng)定位申請(qǐng)，中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)測(cè)出測(cè)出兩個(gè)時(shí)間兩個(gè)時(shí)間延遲延遲：即從中：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號(hào)，經(jīng)某一顆心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號(hào)，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶，用戶發(fā)出定位

48、響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號(hào)，經(jīng)上述同一衛(wèi)統(tǒng)的延遲；從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號(hào)，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)另一顆衛(wèi)星另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。心控制系統(tǒng)的延遲。6.3.3 北斗工作過程北斗工作過程由于由于中心控制系統(tǒng)中心控制系統(tǒng)和和兩顆衛(wèi)星兩顆衛(wèi)星的的位置位置均是已知的，可以均是已知的，可以由上述兩個(gè)由上述兩個(gè)延遲量延遲量計(jì)算出用戶到第一顆衛(wèi)星的計(jì)算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離距離，以及，以及用戶到兩顆衛(wèi)星用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和距離之和

49、，從而知道用戶處于一個(gè)以第一，從而知道用戶處于一個(gè)以第一顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線上；之間的交線上；另外，中心控制系統(tǒng)從存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖另外，中心控制系統(tǒng)從存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到查尋到用戶高程值用戶高程值，又知道用戶處于某一與地球基準(zhǔn)橢球，又知道用戶處于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。面平行的橢球面上。因此，中心控制系統(tǒng)利用因此，中心控制系統(tǒng)利用數(shù)值地圖數(shù)值地圖可計(jì)算出用戶所在點(diǎn)可計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的的三維坐標(biāo)三維坐標(biāo)，并將之與相關(guān)信息或通信內(nèi)容一起發(fā)送到衛(wèi)，并將之與相關(guān)信息或通信內(nèi)容

50、一起發(fā)送到衛(wèi)星，經(jīng)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器傳送給用戶或收件人。傳送給用戶或收件人。第第6 6章章 車輛定位技術(shù)車輛定位技術(shù) 概述概述6.1 GPSGPS定位技術(shù)定位技術(shù)6.2 組合定位技術(shù)組合定位技術(shù)6.4 北斗衛(wèi)星定位技術(shù)北斗衛(wèi)星定位技術(shù)6.3 小結(jié)小結(jié)6.56.4.1 GPS/DR組合定位系統(tǒng)組合定位系統(tǒng) GPS/DR GPS/DR組合定位系統(tǒng)的組成組合定位系統(tǒng)的組成 GPS/DRGPS/DR組合定位系統(tǒng)由組合定位系統(tǒng)由GPSGPS定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)、航位推算系統(tǒng)航位推算系統(tǒng)（DRDR）和）和信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)三部分構(gòu)成，系統(tǒng)原理框圖如圖所三部分構(gòu)成，系統(tǒng)原理框圖如圖所示。示。6.4

51、.2 GPS/DR/MM組合定位技術(shù)組合定位技術(shù) GPS/DR/MMGPS/DR/MM組合定位組合定位技術(shù)是將技術(shù)是將GPSGPS，航位推算航位推算和和地圖地圖匹配匹配三者結(jié)合起來的組合定位技術(shù)。三者結(jié)合起來的組合定位技術(shù)。 將三者的信息進(jìn)行將三者的信息進(jìn)行融合融合，在，在地圖精度足夠高地圖精度足夠高的情況的情況下，能夠有效減少車輛運(yùn)行時(shí)的下，能夠有效減少車輛運(yùn)行時(shí)的累積誤差累積誤差，提高導(dǎo)航系統(tǒng)，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的的定位精度定位精度和和可靠性可靠性。一般有兩種方案：一種方案是一般有兩種方案：一種方案是級(jí)聯(lián)式級(jí)聯(lián)式GPS/DR/MMGPS/DR/MM車輛組車輛組合定位合定位，即將，即將GPSGPS

52、和航位推算系統(tǒng)組合后的定位結(jié)果引入和航位推算系統(tǒng)組合后的定位結(jié)果引入到電子地圖中，利用地圖匹配技術(shù)進(jìn)一步修正定位結(jié)果；到電子地圖中，利用地圖匹配技術(shù)進(jìn)一步修正定位結(jié)果；另一種方案是將另一種方案是將GPSGPS、航位推算系統(tǒng)和電子地圖三者的、航位推算系統(tǒng)和電子地圖三者的定位信息一起進(jìn)行定位信息一起進(jìn)行組合濾波組合濾波，組合濾波可以采用集中式濾，組合濾波可以采用集中式濾波和聯(lián)邦式濾波，從而得到整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)解。波和聯(lián)邦式濾波，從而得到整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)解。6.4.2 GPS/DR/MM組合定位技術(shù)組合定位技術(shù)在級(jí)聯(lián)式在級(jí)聯(lián)式GPS/DR/MMGPS/DR/MM車輛組合定位系統(tǒng)中，利用里程儀車輛組合定位系統(tǒng)中，利用里程儀數(shù)據(jù)和角速率陀螺儀數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)和角速率陀螺儀數(shù)據(jù)進(jìn)行航位推算航位推算，將推算結(jié)果與，將推算結(jié)果與GPSGPS接收機(jī)得到的數(shù)據(jù)通過接收機(jī)得到的數(shù)據(jù)通過卡爾曼濾波卡爾曼濾波實(shí)時(shí)校正實(shí)時(shí)校正組合系統(tǒng)組合系統(tǒng)的的誤差誤差（元件誤差、定