第五章-物流动态跟踪技术.ppt

1、第五章物流动态跟踪技术，第一节GPS概要第二节GPS的结构第三节各国GPS技术和发展第四节GPS在物流等领域的应用第五节无限定位技术LBS，全球四大卫星定位系统(1)美国的GPS(2)俄罗斯的模拟卫星定位系统(3)欧洲的伽利略卫星定位中国北斗卫星定位系统、卫星定位技术评述1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，40年来，人造地球卫星技术广泛应用于通信、气象、资源调查、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等多个领域。 人造地球卫星的出现，首先引起各国军事部门的高度重视。 1958年末，美国海军武器实验室着手建立美国海军舰艇引导卫星系统“海军引导卫星系统”(navynavigat

2、ionsatellitesystemnss )。 由于该系统的卫星都通过极点，所以也被称为“子午(Transit )卫星系统”。 为了满足军事和民间对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部组织了陆海空三军，开始共同研究新一代卫星导航系统的计划。 这是目前已知的“导航卫星定时测距/全球定位系统”(navigationssatellitetimingandanging/globalpositioningsystem )简称为全球定位系统(GPS )。 GPS实施计划分为三个阶段：第一阶段是方案论证和初步设计阶段。 从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。 开发了地面接收机和地面

3、跟踪网。 第二阶段是全面的研发和试验阶段。 从1979年到1984年，相继发射了7颗试验卫星，开发出了各种用途的接收机。 实验显示，GPS的定位精度远远超过了设计标准。 第三阶段是实用的网络阶段。 1989年2月4日首次发射了GPS工作卫星，标志着GPS系统进入了工程建设阶段。 1993年底实用的GPS网(21，21个工作卫星和3个在轨备用卫星) GPS星座已经建成，今后将按计划更换故障卫星。 第一节GPS概述，另一方面，GPS定义全球定位系统(GPS )是一种利用卫星星座(通信卫星)、地面控制部分和信号接收机，可以在地球表面上的任意位置进行全方位的导航和定位的系统，也称为全球卫星定位系统。

4、该系统通过24个地球同步卫星全天候向地面发送时间和定位信号，其中高精度信号仅用于美军和北约联军，一般用户只能接收和分析低经度的民间信号。 GPS能够对静态且动态的对象进行动态的空间信息的取得，高速、精度均匀，能够不受天气或时间的限制而反馈空间信息，地球上的任何GPS系统的用户都能够计算方位。 NAVSTAR卫星提供p码(精码)和C/A码(粗码)两种定位服务，p码为军队服务，定位精度达到3M的C/A码向社会开放，定位精度为10M。 现在美国正在加紧实施GPS计划研究。 为了满足2030年军用、民间的要求，GPS选择了新的优化设计方案，抛弃了现在的24个中轨道卫星，采用新的33个高轨道和静止轨道卫

5、星网络。 据介绍，与现在的GPS相比，GPS的发射功率将增加100倍，定位精度将提高到0.2-0.5米，GPS制导武器的精度将在1米以内。 届时，GPS的定位、导航、时序能力将进一步提高。 二、在GPS的主要功能军事上，GPS已成为自动指挥系统、先进武器系统和新战术理论的重要基本保障技术，广泛应用于陆海空和战略导弹等各军兵种。 在民间，GPS是地面车辆、人员、商船、渔船、游艇、民用飞机的导航定位，可用于航线测量、河流和港口导航、大地测量、海洋石油勘探、钻井井位的精确定位、管道铺设、机场着陆、交通管制等。百度地图，三、GPS系统的主要特征定位精度高，定位时间短(1s定位和速度)操作简单(“傻瓜化

6、”)功能多，应用广泛(测量、导航、速度、测量时)全球，全天候工作，四、GPS系统的构成GPS系统地面控制部的地面监视系统用户设备部分用户接收系统。空间部分：提供历书和时间信息发送伪距和载波信号，用户部分：接收卫星信号记录处理数据并提供导航定位信息，地面控制部分：中心控制系统实现时间同步跟踪卫星确定轨道，GPS工作卫星及其星座约2万km的21个空间卫星系统由在6个轨道平面上均匀分布的24个高轨道工作卫星组成，各卫星搭载了精度极高的原子钟(30万年误差为1s )。 卫星星座的分布设定必须保证在地球上的任何地方，随时至少能同时观测到4颗卫星。 1.GPS空间卫星星座、观测站(5个)的主要任务是接收卫

7、星信号、监视卫星的操作状态，并将观测数据提供给控制站。 主控站(一个)的主控站向所有系统提供时间基准，监控和控制卫星轨道，处理监控站送来的各种数据，制作各卫星历书，计算和修正时钟误差和电离层对电波传播的偏差。 注入站(3个)起到向卫星注入由主站计算出的卫星历书、卫星轨道、卫星表的修正数等的作用。 另外，还可以自动向主站发送信号，按分钟报告自己的动作状态。 2 .地面监控系统、GPS的用户设备主要包括接收机硬件和处理软件。 GPS接收机的结构被分为天线单元和接收单元两大部分，天线的作用是捕获、跟踪卫星，并且接收放大的GPS信号。 接收单元的作用：对信号进行解调和滤波，求出信号的相位差，得到定位、

8、速度、定时等数据。 3 .用户接收系统、GPS接收机天线和天线的基本职责是将来自卫星信号的能量转换为相应的电流，并使用前置放大器进行频率变换，以跟踪、处理和测量信号。 天线基本型、GPS接收机单元结构、接收单元的作用：对信号进行解调和滤波，求出信号的相位差，得到定位、速度、定时等数据。 手持型GPS产品、导航型GPS机、汽车导航产品、导航型GPS机、地面型GPS接收机、单频带机、双频机、GPS数据处理软件、GPS数据处理软件是GPS用户系统的重要组成部分，也是主求出观测所的三维坐标、观测体的坐标、运动速度、方向、正确的时刻。 第二节GPS的工作原理、第一、GPS的基本工作原理，首先，假设卫星的

9、位置是已知的，如果能正确地测量从某个地点a到卫星的距离，则a点一定位于以卫星为中心、以所测量的距离为半径的正球面上。 另外，如果测量从点a到另一个卫星的距离，a点一定位于前后两个球面相交的圆环上。 另外，还可以测量与第三颗卫星的距离，通过3个定位球面可以确定地球上a点的空间位置。 要定位像飞机一样的空中位置，也可以通过第四颗卫星。 另一方面，GPS的基本工作原理是，宇宙中只有一个卫星，如果知道某一被观测物和该卫星之间的距离，则被观测物一定处于以卫星为中心、以被观测物和卫星之间的距离为半径的球面上(如图所示)。 虽然规定了范围，但是球面上有无数个点，无法确定正确的位置。如果有第二颗卫星，并且知道

10、了被观测物和第二颗卫星之间的距离，同样，被观测物也位于以第二颗卫星为中心、以到第二颗卫星的距离为半径的球面上，满足上述两个条件的被观测物必须位于两个球面的边界线上，即一个圆周线上。 另外，如果有第3颗卫星，知道了被观测物及其距离，则被观测物一定位于圆周线和以第3颗卫星为中心的球面的交点，此时，球面和圆周线在两点相交。 1 .要知道卫星如何定位的准确位置，首先必须优化卫星的运行轨道，监视站必须用各种手段持续监视卫星的运行状态，及时发送控制指令，使卫星在正确的轨道上运行。 把正确的运行轨迹做成历书注入卫星，经由卫星发送到GPS接收机。 正确接收各个卫星的历书的话，可以知道卫星的正确位置。 2 .卫

11、星不间断地发送自己的历书和时间信息，并且在用户接收机接收后经过计算确定接收机的三维位置、运动方向和速度和时间等数据。 (1)时间基准问题。 (原子钟) (2)时间差和伪距问题。 距离(L)=光速(c )时间差(T1-T0 )注意：上述时间差由接收机的时钟误差、大气传播误差及其他干扰因素的影响而计算出的距离称为伪距。 (3)误差及校正技术。 (差分技术) GPS是森林防火GPS是地震预报GPS是水库和地面沉降的监视GPS是通信用的，二、GPS信号是载波： l波段双频L11575.42MHz，L21227.60MHz卫星识别：码分多址(CDMA) C/A码(民生用)，p码(美国军队导航数据：卫星轨

12、道坐标、卫星时钟差方程参数、电离层延迟校正美国GPSGLONASS全球导航卫星系统Galileo系统北斗系统：中国第一代卫星导航系统，第三节各国GPS技术和发展，P125表5-1，1，美国GPS，美国上述章节中介绍的GPS都是指美国的GPS。 2、与GLONASS、GPS类似的是，俄罗斯基于空间的无线导航系统，其前身CICADA是在1965年设计的，与子午系统同步， 1996年1月18日，在有12颗卫星的1970年代中期开始GLONASS计划的1982年10月12日发射了第一颗GLONASS卫星，完成了24颗卫星的配置，卫星具有完整的工作能力，到2013年4月为止，GLONASS系统在轨道卫星

13、的总数上其中23颗在轨道上运行，3颗备用卫星，2颗维持着，1颗在今年6月15日凌晨发射的，现在轨道上的数量达到了30个。 GLONASS，3，Galileo，背景： GLONASS缺乏轨道卫星，GPS垄断市场GLONASS，GPS全部由军队控制：建立国际民间控制，或欧盟自身的民间导航系统特征： GPS和独立的无增强条件下的海陆空出资人共同建设，支付费用。 阶段： (2000年前，可行性评价或定义(2)2002005，开发与测量(20062007，部署(2008，商业运行，4，北斗系统，北斗卫星导航系统)是中国自主开发的地区活动的三维卫星定位和通信系统(CNSS )。 北斗卫星导航系统致力于为全

14、球用户提供高质量的定位、导航与授时服务，其建设与发展遵循开放性、自主性、兼容性、渐进4项原则。 4、北斗系统，中国开始建立拥有自主知识产权的全球卫星导航系统北斗卫星导航系统，这也是中国自主建立的第一代卫星导航定位系统。 中国北斗卫星定位系统于2002年开始使用(2006年底发射第四颗)。中国正在建设的北斗卫星导航系统空间部分由五个静止轨道卫星和30个非静止轨道卫星组成，提供开放服务和授权服务两种服务方式。 开放服务在服务区免费定位，提供速度和定时服务，定位精度为10米，定时精度为50纳秒，速度精度为02米秒。 授权服务向被授权用户提供更安全的位置、速度、时间和通信服务和系统的健康信息。 中国预

15、计2012年左右，“北斗”系统复盖亚太地区，2020年左右复盖世界。 中国正在建设北斗卫星导航系统，发射了六颗北斗导航卫星。 根据系统建设的总体规划，2012年左右，系统首先复盖了亚太地区的定位、导航和授时以及短消息通信服务能力。 2020年左右，建立了独占世界的北斗卫星导航系统。 北斗系统的定位目标是，第四节GPS在物流等领域的应用，(一) GPS在物流领域的应用，(二) GPS在军事领域的应用，(四) GPS在现代测量中的应用，一，GPS在物流领域的应用，物流部门货物输送及时、机动、效率，即货物最合适这需要物流公司经常跟踪货物的位置和状态。 通过车辆监视系统，物流公司可以远程跟踪货物和车辆

16、。 同时，监视中心也可以和物流团队一起移动，起到了适时监视的作用。 GPS在车、货物运行系统中的应用，GPS定位技术为车辆、轮船、列车等交通工具的导航和跟踪提供了准确实时的定位能力。 二、GPS在交通管理中的应用，GPS在交通车辆管理中的应用，目前全国设有GPS的公共汽车和观光巴士约达30万辆，其中跨省交通巴士和高速公路交通巴士的设置率已达100%，进入GPS网络系统的车辆达19.2万辆P135、GPS在出租车管理中的应用，利用GPS和全球移动通信网络，建立GPS出租车调度服务系统，实现出租车的实时调度。 身边：蒂彼得出租车【案例】GPS建功暴露阳一所有者被盗，全世界的定位技术帮助其恢复，凌晨

17、2点10分，广州神盾公司监视室、警铃发出刺耳的叫声，原来数百公里以外的暴露阳市的轿车发出了破坏警报。 值班人员把这种情况反馈给业主。 但是所有者说，车停在被暴露的财政局附近，没有问题。 上午5点40分，暴露阳的陈老师突然打电话给监视中心，马自达的银色轿车被偷了。 中心立即向这辆车询问地址，发现匪徒以159公里的速度在深圳机荷高速公路上行驶。 中心一边和110联系，一边密切跟踪匪徒的下落。 5点50分，根据GPS系统的记录，被盗车辆仅用3小时就跑了近300公里。 在被盗车后的行驶路线图上，中心指示锁车停车逃走，上午6点，深圳公安开始包围并逮捕盗车贼。 6点15分，这辆车在宝安西乡町某村委会附近停了下来。 为了防止盗车者偷车继续逃跑，6点16分，监视中心从300公里外锁定了车，切断了车的电路(用继电器切断了油泵的电路)，被盗的车辆瞬间“瘫痪”。 7点40分，警察在村委会附近找到了马自