GPS技术在对讲机中的应用.doc

GPS技术在对讲机的应用 1 GPS概述GPS的英文全称是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System，有时也被称作NAVSTAR GPS。其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定位系统。1.1 GPS的基本原理GPS主系统是美国发射运行的卫星系统，包含了27颗能持续发送地理位置海拔高度和时间信号的卫星， 24个正常使用，3个备用，这些卫星平均分布运行在六个轨道上。24颗GPS卫星在离地面2万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得地面上的任何一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，就可以得到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，用三颗卫星就可以组成三个方程，解出观测点的位置（X，Y，Z），考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和时差，因而需要引入第4颗卫星，形成四个方程式进行求解，从而得到观测点的经度、纬度和高度。这就是GPS卫星系统实现定位的基本原理。1.2 GPS的组成全球定位系统由三部分构成：地面控制站、空间部分、用户装置部分。主控站：负责管理、协调整个控制系统的工作，由地面天线（在主控站的控制下向卫星注入导航电文）、监测站（数据自动收集中心）和通信辅助系统（数据传输）组成。空间部分：由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上。用户装置部分：主要由GPS接收机和卫星天线组成。1.3 GPS的发展历程GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此,美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。1973年美国国防部将海空军定位系统合二为一。GPS导航卫星自1978年发射以来，其型别已由第，和A批次发展到R批次。目前正在制造33颗更先进的F批次卫星。美国还在考虑发展采用点波束的新一代GPS卫星（GPS-）。美国的全球定位系统（GPS）导航卫星正在逐步现代化。GPS从美国空军的导航辅助设备开始，逐渐发展成军民两用的一种重要技术。GPS的精确位置与定时信息，已成为世界范围各种军民用、科研和商业活动的一种重要资源,民用用户要求GPS具有更好的抗干扰和干涉性能、较高的安全性和完整性；军方则要求卫星发射较大的功率和新的同民用信号分离的军用信号；而对采用GPS导航的“灵巧”武器，加快信号捕获速度更为重要。 GPS从1994年全面工作以来，改进工作一直在进行中。民用GPS导航精度迄今的最大改进发生在2000年5月2日，美国停止了故意降低民用信号性能（称为选择可用性，即S/A）的做法。在S/A工作时，民用用户在99%的时间只有100米的精度。但当S/A切断后，导航精度上升，95%的位置数据可落在半径为6.3米的圆内。1.4 其它卫星导航系统1.4.1 北斗卫星导航系统我国自行研制的两颗北斗导航试验卫星分别于2000年10月31日和12月20日从西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步轨道（东经80和140的赤道上空），此外另一颗备用卫星也被送入预定轨道（东经110.5的赤道上空），标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航系统BD1。“北斗卫星导航系统”是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成。空间部分包括两颗地球同步轨道卫星（GEO）组成。卫星上带有信号转发装置，完成地面控制中心站和用户终端之间的双向无线电信号的中继任务。为了使我国的卫星导航定位系统的性能有实质性的提高，中央已决定研制组建第二代北斗卫星导航定位系统（BD2）。从导航体制、测距方法、卫星星座、信号结构及接收机等方面进行全面改进。上海的复控华龙公司开发了第一款基于北斗的GPS芯片。北斗系统主要有三大功能：快速定位，为服务区域内的用户提供全天候、实时定位服务，定位精度与GPS相当；短报文通信，一次可传送多达120个汉字的信息；精密授时，精度达20纳秒。北斗应用有五大优势。一，它同时具备定位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持。而GPS只能定位。二，覆盖范围大，没有通讯盲区。北斗系统覆盖了中国及周边国家和地区，不仅可为中国、也可为周边国家服务。三，特别适合于集团用户大范围监控管理和数据采集用户数据传输应用。四，融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源，因此也可利用GPS使之应用更加丰富。五，自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用.1.4.2 GLONASS卫星定位系统俄罗斯GLONASS卫星定位系统拥有工作卫星21颗，分布在 3个轨道平面上，同时有3颗备份星。每颗卫星都在1.91万公里高的轨道上运行，周期为11小时15分。GLONASS采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。每颗GLONASS卫星发播的两种载波的频率分别为L1=1,602+0.5625K(MHZ)和L2=1,246+0.4375K(MHZ)，其中K=124为每颗卫星的频率编号。因GLONASS卫星星座一直处于降效运行状态，现只有8颗卫星能够正常工作。GLONASS的精度要比GPS系统的精度低，由于卫星发射的载波频率不同，GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力1.4.3 伽俐略（Galileo）卫星导航定位系统2002年3月24日欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统 Galileo系统。Galileo卫星星座将由27颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这30颗卫星将均匀分布在3个轨道平面上，卫星高度为23616km，轨道倾角为56。Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，后两种服务则需经过批准后才能使用。伽利略系统建成后，美欧两大相互兼容的导航定，位系统将大大有助于提供导航定位的精度和可靠性.2 GPS的应用2.1 GPS的用途GPS应用于导航：主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。例如：1) 武器导航：精确制导导弹、巡航导弹 2) 车辆导航：车辆调度、监控系统、汽车自主导航、地面车辆跟踪和城市智能交通管3) 船舶导航：远洋导航、港口/内河引水4) 飞机导航：航线导航、进场着陆控制5) 星际导航：卫星轨道定位6) 个人导航：个人旅游及野外探险船舶远洋导航和进港引水7) GPS应用于授时校频：a电力，邮电，通讯等网络的时间同步b准确时间的授入8) GPS应用于高精度测量：a各种等级的大地测量，控制测量b道路和各种线路放样c水下地形测量d工程机械（轮胎吊，推土机等）控制e精细农业9) 定位：a车辆防盗系统b手机，PDA，PPC等通信移动设备防盗，电子地图，定位系统c儿童及特殊人群的防走失系统2.2 GPS的在对讲机的应用对讲机应用的GPS的产品包括数字对讲机,手机对讲机,模拟与数字车载台,肩咪,数字路由,集群基站等,以及后台调度系统。 GPS产品通过专网或公网发送GPS信息到与之配套的操作管理系统可实现实时定位数据传输、定位监控和前方报警、轨迹回放、查询统计等多项功能；结合地理信息系统指挥管理中心可以清晰地看到每位执勤人员的动态信息及所在位置，可随时指挥调动一线执勤人员就近处置突发事件。当野外探险或旅行时遇险时,可以将GPS信息告知救援人员,从而快速定位,为及时获救赢得时间。此系统可广泛应用于公安、武警、消防、部队、城管、出租汽车、园区保安巡防及林业防火。GPS肩咪与当前正在使用或计划投入使用的任何一款无线对讲机组合（可适用模拟集群网通信系统），在保持原有正常通话的同时，即可实现卫星定位及信号回传.而蓝牙GPS肩咪通过与蓝牙适配器或者与带有蓝牙功能的对讲无线链接,通过无线通话与数据传输，也可实现卫星定位及信号回传。解决了线缆束缚，操作更加的方便。装备GPS肩咪无需对现有无线通信方式进行任何改造，也不需更换现有通信设备，更无须交付电信通信网络传输费，因此可以节省大量经费。GPS手机对讲机和GPS数字对讲机两者都内置了GPS信号处理器，通过GPS与对讲机二合一天线进行通信。GPS手机对讲机通过公网传输GPS信号,GPS数字对讲机通过数字信道传输GPS信号。为室外作业定位、管理、调度提供GPS信息。GPS模拟与数字车载台内置了GPS信号处理器，外接GPS车载天线，通过通信信道传输GPS信息，从而实现车输的管理、调度与监控。下面是一些典型应用实例：1、应急指挥将安装了后台调度系统的笔记本电脑与车载台连接形成一个流动操作平台，可广泛应用于野外、山区或林区执行任务，尤其遇有地区性突发事件（2008年春季南方大面积冰雪和汶川大地震），当国家电网、手机通信网出现区域性瘫痪时，使用车载流动操作平台并配备多部装有“GPS肩咪”的手持对讲机或者内置GPS的对讲机（手机对讲或数字对讲机）就可以快速搭建一个准确掌握前方人员或车辆位置的无线指挥系统。如图公安车辆的调度2、巡更巡更时，巡更员持带GPS功能对讲机的轨迹,和到达各个巡更点的情况,都被记录并传送到控制中点,控制中心电脑软件依