城市公交系统精准卫星定位监控管理应用【实用文档】doc.doc

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1、城市公交系统精准卫星定位监控管理应用【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载城市公共交通精准卫星定位监控管理应用一、前言随着国民经济的发展，我国城市道路交通拥挤程度大大高于同等机动车拥有水平的国外城市,优先发展公共交通不仅是城市发展过程当中解决交通问题的唯一选择，同时又是中国在发展过程当中的客观要求。要想使公共交通能够发挥最大的优势,从根本上解决交通出行问题，单单依靠公交线路的优化和增加道路设施远远不够，为此必须同时引进先进的城市智能公共交通管理技术。所谓智能公共交通系统,就是在公交网络分配、公交调度等关键理论研究的前提下，利用系统工程的理论和方法，将现代通信、信息、电子、控制、计算机

2、、网络、卫星定位、GS等新技术集成应用于公共交通系统,通过构建现代化的信息管理系统和控制调度模式,实现公共交通调度、运营、管理的信息化、现代化和智能化,为出行者提供更加安全、舒适、便捷的公共交通服务，从而吸引公交出行,缓解城市交通拥挤，有效解决城市交通问题,创造更大的社会和经济效益.但是近年来,随着我国城市公共交通的发展,公共车辆的投放量日益加大,乘车难的矛盾有所缓解,行车难的矛盾却日益突出.特别是公交车列车化、公交车违规停靠、公交车爬头变道，形成城市交通道路动态瓶颈，严重影响了主要道路的交通秩序。造成这种现象的原因除了对车辆的监控手段不足，管理不到位的因素以外，主要还是对车辆位置定位监控精度

3、不够的原因。原有的GPS卫星定位监控车载终端，只能实现动态精度水平10米,垂直15米，不能实现车道监控和精准进站监控。2012年1月27日开始北斗卫星定位系统开始向我国及周边地区提供连续无源定位、导航、授时等正式运行服务以来,由于北斗系统是我国独立自主研发营运的卫星导航系统,使北斗系统利用中国的区域特征和地域优势建立基准站，从而大幅度提高北斗终端的定位精度、灵敏度和定位速度等，实现北斗高精度米级差分导航成为可能。本文就是从加强公交车监控和调度管理入手,结合最新的北斗卫星精准定位技术，实行城市公交车卫星精准定位监控和调度管理，弥补原有城市公交车调度管理系统的不足。同时精准的公共交通工具位置信息服

4、务，也是城市智能公共交通系统的应用开辟了更多的现象空间。二、高精度卫星定位多媒体智能公交终端为了实现以上目的,其核心在于研制开发出实现“米级”卫星定位精度的智能公交终端。深圳市有为信息技术发展有限公司作为业内长期从事卫星定位车载监控终端的研发和生产的高新技术企业,紧紧抓住北斗产业应用的机遇，以原有成熟的卫星定位3G多媒体汽车行驶记录仪为基础,结合北斗地基增强网系统，开发出米级精度的智能车载公交终端，解决了公交车车道级监控,精准进站管理，立交桥/隧道盲点定位监控的问题。北斗地基增强网系统:即连续运行参考站系统，为一个或若干个固定的、连续运行的北斗/GP参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网（L

5、ANWN）技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的北斗/GPS观测值（载波相位，伪距），各种改正数、状态信息，提高北斗/GPS双模终端的定位精度。其特点主要是对各基准站采集并传输过来的数据的质量进行分析和评价，并利用这些数据建立综合改正误差模型，形成以标准ex、RCM或CMR统一格式的差分修正数据；另外,对各基准站数据按照文件/目录方式存储,并提供网络数据下载服务。目前,系统控制中心可输出的数据有：u TM V3伪距差分修正信息:服务于米级定位导航的用户。l RCM V2/RTCM V3。/CMR相位差分修正信息：服务于厘米级、分米级定位的用户.

6、高精度车载卫星定位原理:利用卫星定位车载终端原有的2G/3通讯功能，与地基增强网络建立联系，将北斗GPS双模定位模块的NSS信息发送给地基增强网络服务器，并接受地基增强网络服务器实时RCM伪距差分修正信息，从而实现米级精度的卫星定位定位监控.高精度卫星定位多媒体智能公交终端功能：新一代YW3000公交型高精度卫星定位汽车行驶记录仪集成高精度卫星定位监控，汽车行驶记录仪，图像及视音频监控,无线网络传输，S卡大容量存储,驾驶员C卡身份识别，多路数据接口，语音通话等功能,配合公交模块，智能公交报站器（或公交报站键盘），公交LE显示屏，实现智能公交系统的指挥调度功能,提高公交信息服务水平，是构建城市公

7、交智能化管理系统的核心。公交智能车载设备基本功能1、 车辆高精度卫星定位监控功能：车辆自动监控定位功能、车道监控、区域设置、电子围栏功能、里程统计、车辆里程统计、盲区补报功能、轨迹存储功能。方便后台调度人员实时掌握车辆状态、科学的调度。2、 国标/部标行驶记录仪功能：通信信息显示功能、车辆行驶信息显示、信息采集与存储、驾驶员身份识别、参数设置、数据导出/导入、数据和信息打印。3、 视频功能：采用。264视频压缩技术，实现4路图像实时监控，定时记录、事件记录，报警记录功能,图像分辨率D1Half D1/CI可选。4、 高品质语音播放：采用内部功放配合原车喇叭，向乘客提供高品质语音报站、语音提示、

8、语音广告宣传等服务。5、 独立语音通道提示：通过免提喇叭，在不影响乘客的情况下,向驾驶人员提供独立的语音提示和通知信息。6、 自动语音报站：高精度自动识别车辆进出站状态实现自动语音报站，消除驾驶人员人工操作的安全隐患。7、 集成式键盘操作:便捷安装，集成报站器信息、运营信息、RID登录。8、 短信互动:通过S/CA3无线网络，实现驾驶人员与后台调度的短信沟通。9、 语音通话功能:通过通话咪头和免提喇叭实现车载免提电话、远程监听功能，并可对车内信息录音。10、 大容量存储：可储存多条线路信息，方便车辆的随意调配。11、 线路检测功能：实现偏航、分段限速提示与报警，进/出站报告，站点关联控制。12

9、、 报警功能：紧急报警、停车超时报警、超速报警、超速预警、疲劳驾驶报警、偏离线路报警、违规变道报警，违规靠站报警。13、 门控检测：专用的门控检测接口,能记录车门开关时间及位置。14、 终端模式切换：根据车辆运行状态，能自动切换休眠模式、工作模式，极大的保护车载电瓶消耗。15、 丰富的外围接口：预留有人数统计器、S机、LED显示屏、投币机、油耗、温度传感器等多个外置接口，为车辆后期功能升级的提供足够的空间。产品特色功能1、 车道级位置监控功能:实现公交车米级北斗卫星定位监控，实现车道偏离报警、违规变道报警、未进站开启车门报警、车间距离报警等。2、 T文本语音播报功能：能实现对下发文本信息进行语

10、音播报,实现高质量的语音播报，自动报站，语音提示功能。3、 智能线路远程更新：采用控制中心对车辆下达线路任务,车载终端自动与中心数据库连接实现线路下载和线路比对更新，并自动完成站点信息、广播语音，分段限速信息的更新工作。4、 多媒体行驶记录分析：采用专业的多媒体行驶记录分析软件，实现音视频、GPS轨迹、行车记录和事故疑点信息、以及报警和事件的同步回放和分析。本软件能与监控平台实现对接,远程提取车载设备图像、行驶轨迹、行车记录和事故疑点信息、以及报警和事件信息.5、 无线网络图像监控：通过3G无线网络实现车载实时图像监控,双码流传输，速率可调。在图像监控终端上可以实现多车多路视频同时监控,并叠加

11、行驶轨迹监控,实现可视化的调度功能。6、 按键操作语音交互提示:驾驶员在操作公交键盘功能键时自动语音提示操作执行情况，确保操作的有效性.三、城市公共交通精准卫星定位监控管理应用发展公共交通,提倡公交出行本来是缓解城市交通拥挤,有效解决城市交通问题的重大举措.但是穿梭于城市的公交车的不文明行为，公交车闯红灯、越线、逆行、不按专用车道行驶、不按规定进站，成为城市交通的动态瓶颈，严重影响了主要道路的交通秩序.究其原因主要是管理手段落后，无法有效利用科学监控管理手段进行事前教育和事后处罚。街头”霸王车”:公交车爬头进站引发大塞车！不规范进站、不对正站牌停车公交车“扭秧歌,抢道乱插！采用北斗卫星米级公交

12、车监控管理,可以在原有公交调度系统的基础上实现高精度进站报站、公交车道规范行驶、站台区域开关门控制。这样能够有效治理“公交乱象,同时精确的位置信息也给城市智能公共交通系统发展提供了更大的选择空间和提升服务的空间。实现公共交通调度、运营、管理的信息化、现代化和智能化，为出行者提供更加安全、舒适、便捷的公共交通服务。四、高精度卫星定位监控在智能交通应用前景北斗卫星产业化应用刚刚起步,需要我们充分利用北斗卫星导航系统的优势创造性解决问题。高精度卫星定位监控恰恰符合目前我国智能交通中监管的需要。高精度的卫星定位监控可以实现以下应用:车道级的监控实现客货车分道行驶、分道限速、车间行驶安全距离报警、车辆事

13、故快速认定、区域限行、交通流量精确统计、重要车辆运行路线优化设计、车辆停靠管理等等,其应用空间无比巨大.未来, 智能交通的发展将向以热点区域为主、以车为对象的管理模式转变。因此，智能交通亟待建立以车为节点的信息系统。高精度卫星定位监控能够实现各种交通工具全程追踪和溯源，保证运输的安全,最终实现政府的数字化的调度管理与城市交通资源的优化配置运行职能。实现城市公共交通、轨道交通等重要设备的准确标识,实现管理的透明化、为运输安全、保障交通设施设备安全提供法律依据。实现公共交通运营全程的追踪，提高事故防控能力和水平,增强实时调度监控和应急事情处理能力,促进交通运输持续健康发展。货车监控系统应用解决方案

14、长途货运车容易发生沿途货物丢失或损坏、司机违规操作等事件，虽然目前很多车辆安装了GPS定位系统,能够实现车辆导航和调度的功能，但由于无法对全过程进行录像，在货物丢失或损坏、发生安全事故等情况下不能查找真正原因。另外，对于物流公司的客户来说，非常关心货物的托运状态，比如货物处于什么位置、是否及时送达、以及何时送达等,而要知道这些信息，通常只能通过 查询或网络查询获取到大概信息，而物流公司也疲于应付客户关于发出货物走向和货品质量的追问。而对于货物在运输途中发生的损坏、丢失等问题，由于无法举证区分事件责任,物流公司和客户以及保险公司经常发生货物赔偿的纠纷.通过在货运车辆上安装车载监控系统,可以有效解

15、决物流企业遇到的上述难题。跟目前应用较广泛的GPS系统相比,车载监控系统不仅能跟踪记录车辆的地理位置，还能对货物运输和装卸的全过程进行监控和录像，防止货物丢失，还可以在发生货物损毁时作为区分责任的证据。借助GPRS/CDMA/EDGE无线监控系统，管理人员和客户能够通过计算机或 实时了解货物的地理位置、运输状态，给客户提供更优质的服务，提升物流企业的竞争力.主要应用对象:烟草、石油、药品、食品、饮料等运输车辆，预防货物损毁、盗窃、抢劫、调包以及监守自盗等行为 快递公司、邮政局的包裹运输车 各种贵重货物的运输车辆及物流公司的其他各种货运车系统网络示意图：整个系统分为前端车载监控系统、通讯线路、监

16、控平台前端车载监控系统又包括车载硬盘录像机、监控摄像机、监听头、报警按钮、报警闪灯、液晶显示屏、对讲耳机、GPS等通讯线路包含前端移动传输（EDGE/CDMA 1X)和后台指挥中心以太网网络监控平台包含监控软件及GIS、流媒体、数据库、应用服务器等一系列服务群，可以根据需要在学校、家等建设多极监控平台,级别的逻辑关系根据需求可灵活配置,系统具有良好的扩展性。前端系统主要功能车载录像监控前端车载DVR可以进行本地录像，图象分辨率为CIF（324x288)、HD1（704x288）、D1（704x576）可调,可设置开机录象、定时录象、报警录象等录象方式,并且车辆通过无线方式上传的图像信息可通过录

17、像方式存储在监控调度管理平台的存储服务器上。数据备份1个IDE接口2。5寸硬盘，硬盘盒抽拉式结构，硬盘安装结构经过特殊减震处理。硬盘工作管理采用非工作盘休眠处理，减少散热和功耗，延长硬盘寿命。录像数据采用专用格式,无法篡改数据，保证数据安全，并可以转换成.网络传输特性 1、支持双码流（独立的录像码流和网传码流） 2、适合窄带传输和无线传输 3、支持无线网络环境下传输QCIF格式的视频流。 4、单播/组播可选 5、TCP/UDP可选 6、支持远程网络实时监视及录像文件下载 7、支持远程网络查询及回放硬盘录像机上的录像文件 8、支持双向音视频传输，可通过网络进行双向语音对讲延时关机功能 支持延时关

18、机,时间0300分钟可设置，通过延时关机功能，可以保证在车辆熄火后的设定时间内仍然可以继续录像。宽电压输入 DC8V32V宽电压输入,适应车辆在行驶、刹车、加速时电瓶的输出电压变化。GPS应用 通过内置或外置GPS模块可以实现车辆实时定位、车辆历史轨迹回放等功能. 行车记录采集 丰富的I/O接口，可以记录车辆行驶过程中的方向、速度、温度、开关门、点火熄火等信息。平台架构及功能 1、平台采用C/S方式架构，使用主流数据库，平台依托组件实现视频监控和录像回放。平台软件的设计具有实用性、兼容性、扩容性、可靠性等基本的网络管理要求.2、平台具有报警自动连接功能，无线网络中断后再复通功能，接入平台下的所

19、有设备能够自动连接到监控系统并正常工作。 3、具有与公安110系统对接并实现报警联动功能,报警处置通过监控中心客户端确警后，通过监控报警联网服务器向110指挥中心分发。110指挥中心的报警信息，也能通过监控报警联网服务器分发到监控中心的监控终端。 4、客户端软件具有良好的操作界面,并具有图像窗口、GIS窗口、告警窗口、录像回放窗口、设备管理窗口等辅助界面。 5、通过平台完成设备、用户注册管理;报警信息、控制信令转发；设备、用户配置管理；报警接入处理、联动； 6、远程实时监控，电子地图实时跟踪并监控，图像回放、车辆历史数据回放；车辆卫星定位监控制度为加强安全生产监督,防止和减少交通事故，保障他人

20、和自己的生命、财产安全，强化安全保障措施,确保运输任务完成，科学化地管理车辆，根据相关规定所有危险品运输车辆必须配备车载卫星定位监控设备。通过监控定位对车辆运行过程位置、速度、方向、行驶线路、运行轨迹、规范行驶等实施安全运行监管，从而规范车辆运行，规避风险，实现生产运行过程的受控管理，有效制止违章行车和预防控制交通事故的发生。现根据公司生产实际情况，制定本管理制度:一、 监控原则与适应范围1、车辆卫星定位监控是指带有卫星定位功能，能实时记录和传输车辆所在位置、行驶路线、行驶速度等，具有定位、监控、记录、警示、指挥调度、营运管理、信息、网络、通讯等综合功能的汽车行驶记录监控系统。2、公司所有危险

21、货物运输车辆都必须按国家相关规定配备符合（T/794-2021）车载设备和必要的通讯工具。3、凡公司车辆安装了车辆卫星定位车载终端的车，均应遵守本制度规定.二、监控员和驾驶员职责监控员职责、负责统一管理公司车辆监控管理平台，负责平台正常使用及维护，保证监控平台运转正常。、监控公司车辆的运行情况,发现问题及时处理。对监控中发现的违章车辆驾驶员进行处罚处理，并做好相关记录。、负责相关信息统一发布，提醒驾驶员按操作规程执行生产活动。、教育从业人员树立“安全第一的思想,”使从业人员认识运用车辆卫星定位监控管理系统对运输安全生产的重要性，自觉接受公司的跟踪监控。驾驶员职责、确保监控车载终端处于开机状态，

22、严禁人为破坏车载终端的正常使用,严禁私自拆除或改变车载终端结构.出现故障应及时报告,以便及时解决.、行驶中保持终端信息通畅，严禁无故或恶意手动报警，扰乱平台正常工作。、遵守各项行车安全制度，对监控平台提醒纠正的违章行为应及时改正.、保护好监控车载终端，使其始终处于正常工作状况。三、 监控管理日常监控管理内容,包括车辆超速处理、偏离规定线路检查、夜间车辆运行监控、疲劳驾驶等监控。卫星定位监控车载终端设备的管理由本人驾驶人员全权负责，公司在日常监控中发现设备运行不正常，应及时通知设备运营商进行维护。、卫星定位监控车载终端设备不能正常运行，经查证系人为破坏的，由本车驾驶人员承担设备维修或更换设备的费

23、用,并处以损失额2倍罚款。要求驾驶员将监控检查和使用纳入车辆“三检”范围。如发现损毁、丢失情况应立即汇报，查明原因和责任人。、驾驶人员不得自行断开卫星定位监控车载终端电源。确因车辆检修需断开电源的，要及时告知公司监控人员，并做好记录备查.车辆送修后取车时应对监控设备进行检查，如有损坏应由修理厂予以恢复.、及时处理情况并留存备案,监控数据保存个月以上，违法驾驶员信息及时处理情况保存3年以上。卫星定位监控报警设置、超速报警：以交通执法部门以及本公司的时速设置为准，最高时速不能超过80小时。路段有限速规定的，不能超过规定时速。、车辆故障和事故报警：要求发生上述问题时要第一时间向公司相关部门汇报。并积

24、极采取措施，避免延误时限和扩大损失与影响.、疲劳驾驶报警：驾驶人24小时累计驾驶时间不得超过8小时。日间连续驾驶不得超过4小时，每次停车休息时间不少于20分钟,否则应认定为疲劳驾驶违章行为。报警的处理公司在监控时接到报警信号后，要迅速查明报警原因，及时处理，并将做好记录。、超速报警:及时告诉驾驶人员纠正，减速慢行,消除隐患。、异常及紧急报警：及时与驾驶人员联系,查明报警原因，了解求助内容，及时救助。、事故报警：及时与驾驶人员联系并了解现场情况，并及时报上公司安全科,安全科要及时根据事故发生情况立即做出相应处理。四、 违章行为处罚违章行为、私自拆动和损坏监控系统的各部件,使其无法正常工作。、无故

25、按紧急报警开关报警的.、驾驶员超范围或超路线行车,私自改变行车路线（特殊情况向公司汇报后方可改线）脱离监控。、在运行中被监控中心警告有违章行为，没有立即中止违章行为的。、未按规定停放车辆的违章处罚:、以公司相关管理规定为依据，对以上违章行为进行阶梯式处罚，第一次予以警告，第二次罚款50元，第三次罚款100元，以此类推;对一个月出现五次以上违章行为或情节严重的从业人员予以开除。、监控人员发现卫星定位监控平台车辆数据不能正常回放，应与岳阳伊爱联系。并查找原因及时汇报给总经理，三天内无数据回放未能及时查找原因的，每次对监控人员处以20元罚。五、 动态监控管理及数据统计、监控员负责日常监控,安全科长负

26、责每周不少于两次的定期抽查。、自监控上统计的报警,违章,违纪情况应及时制止及时处理，并做好相应记录。、监控员应于每月底反映出的数据汇总报主管领导审核.同时根据动态监控上产生的即时数据制作分析报告。、要求指定专人负责设备管理及监控管理.、车辆转移或报废,车管人员应及时请示上级，对监控设施予以拆卸、变更使用车辆或予以暂时保存。简述: 卫星定位系统原理及各国发展的历史baidu1、子午卫星导航系统（NNSS） 该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于64年建成的“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System）。这是人类历史上诞

27、生的第一代卫星导航系统。1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓厚的兴趣。经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。1958年12月在克什纳博士的

28、领导下开展了三项研究工作：研制卫星；建立地球重力场模型以便卫星的精确定轨和准确预报卫星的空间位置；研制多普勒接收机。经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至1967年7月该系统才由军方解密供民间使用。此后用户数量迅速增长，最多达9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。 1.1 子午卫星导航系统的组成 （1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独立轨道的极轨卫星组成。 在设计上要求卫星的轨道的偏心率为零，轨道倾角i =90；卫星运行周期为T=107m；卫星高度约为H=1075km；按理论上的设计，六颗卫星应当均匀

29、分布在相互间隔为30度轨道平面上。但由于早期卫星入轨精度不高，各卫星周期、倾角、偏心率都存在不同程度的误差，故各卫星轨道进动的大小和方向也都不尽相同，这样经过一段时间后各卫星轨道间的间距就变得疏密不一。因而地面可观测卫星的时间分布就变得更加没有规律，中纬度地区的用户平均1.5小时左右可以观测到一颗卫星，有时在高纬上空可出现多颗卫星造成信号的互相干扰（此时必须将信噪比差的卫星关闭避免干扰）；但在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星。 （2）地面系统：地面设有4个卫星跟踪站； 1个计算中心；1个控制中心；2个注入站；1个天文台（海军天文台）。 地面控制系统中设立了四个卫星跟踪站，它们分别

30、位于加利福尼亚州的穆古角、明尼苏达州、夏威夷、缅因州。因为地面跟踪站的精确坐标是已知的，当子午卫星通过跟踪站上空时可以观测记录各卫星信号的多普勒频移，并将测到的数据传送给计算中心。计算中心设在加州的穆古角，计算中心根据各跟踪站最近36小时的观测资料计算各卫星的轨道，并外推预报16小时的卫星位置，然后按一定的编码格式写成导航电文传送到注入站。地面的2个注入站分别位于穆古角和明尼苏达州，注入站接收并存储由计算中心送来的导航电文，每12小时左右向卫星注入1次导航电文。在地面系统中美国海军天文台主要负责卫星以及地面计时系统的时间对比，求出卫星钟差改正数和钟频改正数。地面控制中心设在穆古角，主要负责协调

31、和管理整个地面控制系统的工作。 转自铁血社区1.2 子午卫星导航系统的技术特点 （1）定轨精度：在卫星跟踪技术条件一定，使用相同的地球重力场模型且摄动修正精度一定的情况下，卫星定轨精度主要取决于地面跟踪站的数量及其分布，一般来说跟踪站越多、分布越广计算出的卫星轨道就越精确。 广播星历：是由美国本土的4个卫星跟踪站的观测数据解算的。因测站数量及分布范围都小，故卫星定轨精度不高。广播星历所预报的卫星位置的切向误差17m；径向误差26m；法向误差8m。 精密星历：是由美国国防制图局根据全球20个卫星跟踪站的观测资料解算的，因测站数量多且分布范围广故卫星定轨精度较高。精密星历所预报的卫星位置精度为 2

32、m。 （2）卫星性能：限于早期火箭的运载能力，子午卫星的重量、体积都很小。星体直径约为50公分，卫星重量为4573公斤。如此轻巧的卫星如何保持姿态稳定，使卫星天线始终指向地面在当时是一个技术难点（使用卫星姿态发动机无法解决燃料的长期供应，这显然是不现实的）。美国科学家巧妙地利用重力梯度稳定，使卫星的天线始终指向地面。他们在卫星天线的指向端接了一条30米长的稳定杆，杆端配有一个1.4公斤的重锤，在重力的作用下重锤始终把长杆和天线拉向下方，实现卫星的姿态稳定。卫星还装有4块太阳能电池板，给卫星提供所需的电能。 （4）定位精度：多普勒定位仪利用广播星历的单机定位精度一般为10m左右,若观测100次卫

33、星通过后的测量数据平差解算后，可获得精度为35m地心坐标；如果利用精密星历观测40次卫星通过的测量数据平差解算后，可获得精度为0.51m地心坐标；为了消除公共误差提高定位精度，可利用2台以上的多普勒定位仪进行联测，一般联测的定位精度为0.5m 。 1.3 子午卫星导航系统的定位原理 子午卫星的定位原理是通过测定同一颗卫星不同间隔时段其信号的多普勒效应，从而确定卫星在各时段相对观察者的视向速度和视向位移，再利用卫星导航电文所给定的t1、t2、t3、t4时刻的卫星空间坐标，结合对应的视向位移则可解算出测站空间坐标P（X，Y，Z）。多普勒定位的几何原理是：卫星在t1、t2、t3、t4点上的坐标是已知

34、的，而任意两个相邻已知点到待定点P的距离差（即视向位移）已通过多普勒效应测定。在数学上我们知道，一个动点P到两个定点的距离差为一定值时，该动点P则构成一个旋转双曲面，这两个定点就是该双曲面的焦点。于是以卫星所在的t1、t2、t3、t4任意两个相邻已知定点作焦点，未知点P作动点均构成对应的特定旋转双曲面。其中两个双曲面相交为一曲线（P点必在该曲线上），曲线与第三个双曲面相交于两点（其中一点必为P点），第四个双曲面必与其中一点相交该点就是待定的P（X、Y、Z）点。因此要解算P点的三维坐标，必须对同一颗卫星要有四个积分间隔时段的观测，得出卫星在四段时间间隔的视向位移。从而获得四个旋转双曲面，它们的公

35、共交点就是待定点P（X、Y、Z）。 1.4 子午卫星导航系统的不足之处 （1）一次定位所需时间过长，无法满足高速用户的需要。这一缺点是由多普勒定位方法的本身决定的。因为采用距离差交会的各个旋转双曲面的焦点是由同一颗卫星在飞行的过程中逐步形成的。为了保证观测精度，这些焦点的距离不能太小。在一次测量定位的过程中，要求卫星对于测点的起、止观测角度必须在90左右（参见图2）。因此一次定位一般需要连续观测一颗卫星通过的时间约为1518分钟。这样势必带来一系列的问题：该系统只能作为船舶等低动态用户进行辅助导航（例如惯性导航间断修正），无法用于飞机、导弹、卫星等高动态用户的实时定位。在一次定位的过程中（15

36、18分钟）导航载体还在运动，其间导航载体的空间位置可能变化10公里左右。于是解算时必须根据导航载体的运动速度将观测值归算至同一时刻，显然这会影响导航定位精度。为了减少一次定位所需时间，只能采用低轨道的短周期多普勒卫星。而低轨卫星由于受到地球不规则重力场的引力摄动和大气阻力摄动的影响很大，低轨卫星精确定轨的测算难度很大且精度不高。 （2）卫星出现时间间隔过长，无法满足连续导航的需要。由于子午卫星系统没有采用频分、码分、时分等多路接收技术，要求在同一时刻多普勒接收机只能接收一颗子午卫星的信号。但是接收机本身无法识别和屏蔽不同的子午卫星的信号，于是在同一天区如果出现两颗以上的子午卫星，就会导致定位信

37、号的相互干扰。尤其是对于极轨卫星，为了防止在高纬度地区的视场中同时出现多颗卫星造成信号干扰的可能性，子午卫星的数量一般不宜超过6颗。因卫星数量少导致中低纬度地面出现可观测卫星的时间间隔过长，中纬度地区的用户平均1.5小时左右可以观测到一颗卫星。而考虑到轨道进动的不规则漂移导致轨道间隔分布的不均匀性因素后，在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星，这样该系统就很难满足用户连续导航的需要。尽管如此，有时在高纬上空还是可出现多颗卫星造成信号互相干扰的现象，此时用户只能通过地面控制中心将信噪比差的卫星信号关闭以避免信号的相互干扰。限于当时的技术条件，子午卫星系统没有采用频分、码分、时分等多路接

38、收技术，确定了该系统不能成为连续导航系统。 转自铁血社区（3）子午卫星导航系统的定位精度偏低。这是该系统的致命缺陷，究其原因主要有三个方面： 卫星轨道低，受到地球不规则重力场的引力摄动和大气阻力摄动的影响很大，低轨卫星精确定轨的测算难度很大且精度不高。由于卫星引力摄动和阻力摄动计算不准导致的定位误差可达12米。 卫星信号频率较低受电离层影响大，这是因为电离层是电磁波的弥散介质，对不同频率（f）的信号传播速度影响很大。在电离层延时改正公式中略去了频率的高次项（1/f2）2频率越低导致的误差就越大，在地磁赤道附近太阳活动的中等年份，由此产生的定位误差大于1米，在太阳活动大年误差就更大。 子午卫星的

39、卫星钟频不够稳定，由于观测时间过长而此间钟频不稳定导致的钟漂d（f）引起的定位误差可达0.8米。 由于上述种种原因，纵使子午卫星导航系统刚服役不久，就迫使美国国防部不得不着手研究第二代的卫星导航系统全球定位系统（GPS）。 2、全球定位系统（GPS） 该系统的全称是：卫星测时测距导航/全球定位系统（Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System）。 1973年12月，美国国防部批准陆、海、空三军联合研制第二代的卫星导航系统全球定位系统（GPS）。该系统是以卫星为基础的无线电导航系统，具有全能性（陆地、海洋、航空

40、、航天）、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和定时等多种功能。能为各类静止或高速运动的用户迅速提供精密的瞬间三维空间坐标、速度矢量和精确授时等多种服务。 GPS计划经历了方案论证（19741978年），系统论证（19791987年），试验生产（19881993年）三个阶段，总投资300亿美元。整个系统分为卫星星座、地面监测控制系统和用户设备三大部分。论证阶段发射了11颗Block型GPS实验卫星（设计使用寿命为5年）；在试验生产阶段发射了28颗Block型和BlockA型GPS工作卫星（第二代卫星的设计使用寿命为7.5年）；第三代改善型GPS卫星BlockR和Block型GPS工作卫星

41、从90年代末开始发射计划发射20颗，以逐步取代第二代GPS工作卫星，改善全球定位系统。 2.1全球定位系统（GPS）的组成 （1）卫星星座：全球定位系统的空间卫星星座，由分布在六个独立轨道的24颗GPS卫星组成（其中包括3颗备用卫星），平均每个轨道上分布4颗卫星，各轨道升交点的赤经相差60。卫星轨道倾角i =55；卫星运行周期T=11h58m（恒星时12小时）；卫星高度H=2 0km；卫星通过天顶附近时可观测时间为5小时，在地球表面任何地方任何时刻高度角15度以上的可观测卫星至少有4颗，平均有6颗，最多达11颗。 （2）地面系统：地面设有5个卫星监测跟踪站； 1个主控站；3个信息注入站。 5个

42、监测站分别位于夏威夷、科罗拉多、阿松森、迭哥伽西亚、卡瓦加兰，主要负责监测卫星的轨道数据、大气数据以及卫星工作状态。通过主控站的遥控指令监测站自动采集各种数据：对可见GPS卫星每6分钟进行一次伪距测量和多普勒积分观测、采集气象要素等数据，每15分钟平滑一次观测数据。所有观测资料经计算机初处理后储存和传送到主控站，用以确定卫星的精确轨道。主控站设在美国科罗拉多州的一个军事基地的山洞里。主控站主要负责协调和管理地面监控系统，根据各监测站资料，推算预报各卫星的星历、钟差和大气修正参数编制导航电文；对监测站的钟差、偏轨或失效卫星实行调控和调配。并将导航电文、指令传送到注入站。3个注入站分别位于阿松森、

43、迭哥伽西亚、卡瓦加兰赤道带附近的美国海外空军基地。注入站主要任务是：将主控站推算和编制的卫星星历、导航电文、控制指令注入相应的卫星的存储系统，并监测GPS卫星注入信息的正确性。 2.2 全球定位系统的技术特点 （1）定轨精度：目前的GPS卫星的跟踪技术条件，以及地球重力场模型的球阶函数的引力摄动修正等等精确定轨的推算技术手段，都比70年代优胜高明得多，因此卫星定轨精度也比过去高得多。 广播星历：是由美国本土以及海外军事基地上的5个卫星监测站的观测数据解算的。因测站数量少，故卫星定轨精度不高。广播星历所预报的卫星位置的切向误差5m；径向误差3m；法向误差3m。 精密星历：是由美国国防制图局根据全

44、球20多个卫星跟踪站的观测资料解算的，因测站数量多且分布范围广故卫星定轨精度较广播星历高一个数量级。值得指出的是，由国际GPS地球动力学服务组织（IGS）所测算预报精密星历比美国军方测定的精密星历的精度要高得多，卫星位置精度可达3厘米。 （2）卫星性能：GPS卫星直径1.5米；重量为843.68公斤（包括310公斤燃料）；GPS卫星通过12根螺旋阵列天线发射张角约为30度的电磁波束垂直指向地面。GPS卫星采用陀螺仪与姿态发动机构成的三轴稳定系统实现姿态稳定，从而使天线始终指向地面。卫星还装有8块太阳能电池翼板（7.2 m2），三组15A的镍镉蓄电池为卫星提供所需的电能。 （3）卫星信号：卫星配

45、有4台频率相当稳定（量时精度为10-13秒）的原子钟（2台铯钟，2台铷钟），由此产生一个频率为: 10.23MHz的基准钟频信号。该信号经过倍频器降低10倍的频率后，成为频率为1.023MHz测距粗码（C/A码）的信号频率；基准钟频信号的频率10.23MHz，直接成为测距精码（P码）的信号频率；基准钟频信号经过倍频器降低204600倍的频率后，成为频率为50MHz数据码（卫星星历、导航电文的编码）的信号频率；基准钟频信号再经过倍频器倍频150倍和120倍频后，分别形成频率为1575.42MHz（L1）与1227.60MHz（L2）载波信号。测距用的码频信号控制着移位寄存器的触发端，从而产生与之

46、频率一致的伪随机码（测距码），测距码与数据码模二相加后再调制到L1 L2载波信号上通过卫星天线阵列发送出去。值得指出的是：无论是测距码的波长还是载波信号的波长，都是测量GPS卫星到观测点距离的物理媒体，它们的频率越高波长越短所测量的距离精度就越高，定位精度也就越高。另外C/A码除了用于测距外，它还用于识别锁定卫星和解调导航电文以及捕获P码。 （4）定位精度：利用伪随距码（测距码）的信号单机测量，理论上按照目前测距码的对齐精度约为码波长的1/100计算，测距粗码 （C/A码）的测距精度约为3m； 而测距精码（P码）的测距精度约为0.3m 。为了消除公共误差提高定位精度，可利用2台以上的载波相位G

47、PS定位仪实行联测定位，对于载波信号单频机的相对定位精度可达:（5mm+2ppmD）其中D为两台仪器的相对距离；对于载波信号双频机，它能有效的消除电离层延时误差，其相对定位精度可达:(1mm+1ppmD)；全球定位技术不但精度高，而且定位速度快，可以满足飞机、导弹、火箭、卫星等高速运动载体的导航定位的需要。 2.3 全球定位系统的定位原理 GPS定位的几何原理并不复杂，它是利用测距交会的原理确定测点位置的。如图5所示，GPS卫星任何瞬间的坐标位置都是已知的。一颗GPS卫星（Sn）信号传播到接收机的时间只能决定该卫星到接收机（P）的距离（Dn），但并不能确定接收机相对于卫星的方向，在三维空间中，GPS接收机的可能位置构成一个以Sn为中心以Dn为半径球面（称为定位球）；当测到两颗卫星的距离时，接收机的可能位置被确定于两个球面相交构成的圆上；当得到第三颗卫星的距离后，第三个定位球面与该圆相交得到两个可能的点；第四颗卫星确定的定位球便交出接收机的准确位置。因此，如果接收机能够同时得到四颗GPS卫星的测距信号，就可以进行瞬间定位；当接收到信号的卫星数目多于四颗时，可以优选四颗卫星计算位置，或以信噪比最高的卫星数据作为平差标准与其他多颗卫星数据进行平差计算，以消除公共误差提高定位精