第六章__GPSG与GIS技术51687.ppt
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1、GPSGPS概述概述GPS的工作原理的工作原理GPS在货物运输中的应用在货物运输中的应用网络网络GPS在物流业中的应用在物流业中的应用GIS技术概述技术概述GIS在物流系统中的应用于在物流系统中的应用于 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术 GPSGPS是英文是英文Global Global Positioning SystemPositioning System的缩写,的缩写,意即全球定位系统,它利用卫意即全球定位系统,它利用卫星星座(通信卫星)、地面控星星座(通信卫星)、地面控制部分和信号接收机对对象进制部分和信号接收机对对象进行动态定位的系统。行动态定位的系统。第一节第一节
2、 GPSGPS概述概述一、一、GPSGPS的概念的概念GPSGPSGPSGPS的概念的概念的概念的概念二、二、GPSGPS系统的特点系统的特点三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术能能为为用用户户提供提供连续连续、实时实时的三的三维维位置、三位置、三维维速度和精密速度和精密时间时间,不,不受天气的影响。受天气的影响。单机定位精度优于单机定位精度优于10m10m,采用采用差分定位,精度可达厘米级和差分定位,精度可达厘米级和毫米级。毫米级。1 1全球、全天候工作全球、全天候工作2 2定位精度高定位精度高二、二、GPSGPS系统的特点系统的特点 第一
3、节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术GPSGPS不不仅仅在在测测量量、导导航航、测测速速、测测时时等等方方面面得得到到更更广广泛泛的的应应用用,例例如如:汽汽车车自自定定位位、跟跟踪踪调调度度、陆陆地地救救援援、内内河河及及远远洋洋船船最最佳佳航航程程和和安安全全航航线线的的实实时时调调度度,还还有有大大地地测测量量、工工程程测测量量、航航空空摄摄影影测测量量、地地壳壳运运动动监监测测、工工程程变变形形监监测测、资资源源勘勘察察、地地球球动动力力学学等等领域不断扩大。领域不断扩大。二、二、GPSGPS系统的特点系统的特点 第一节第一节 GPSGPS
4、概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术 系系统统中中所所有有卫卫星星构构成成GPSGPS系系统统的的空空间间部部分分;卫卫星星由由地地面面站站监监测测和和控控制制,它它监监测测卫卫星星健健康康状状况况和和空空中中定定位位精精度度,定定时时向向卫卫星星发发送送控控制制指指令令、轨轨道道参参数数和和时时间间改改正正数数据据;用用户户装装有有GPSGPS接接收机,用来接收收机,用来接收卫卫星星发发来的信号来的信号。GPSGPS接收机中装有专用芯片,用来根据卫星信号计算出定位接收机中装有专用芯片,用来根据卫星信号计算出定位数据。用户并不需要给卫星发射任何信号,卫星也不必理会数据。
5、用户并不需要给卫星发射任何信号,卫星也不必理会用户的存在,故系统中用户数量没有限制。具有用户的存在,故系统中用户数量没有限制。具有GPSGPS接收机接收机的用户就构成系统的用户部分。的用户就构成系统的用户部分。三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术GPSGPS系系统统包包括括以以下下三三大大部部分分:GPSGPS卫卫星星(空空间间部部分分)、地地面面支支撑撑系系统统(地地面面监监控控部部分分)、GPSGPS接接收收机机(用户部分)。(用户部分)。1 1GPSGPS空间部分空间部分 GPSGPS卫星的作用如下:
6、卫星的作用如下:(1 1)用)用L L波段的两个无线载波(波段的两个无线载波(19cm19cm和和24cm24cm)向广大用户连续不断地发送导航定向广大用户连续不断地发送导航定位信号。位信号。三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术1 1GPSGPS空间部分空间部分 GPSGPS卫星的作用如下:卫星的作用如下:(2 2)在卫星飞越注入站上空时,接收由地面注入站用)在卫星飞越注入站上空时,接收由地面注入站用S S波波段(段(10cm10cm波段)发送到卫星的导航电文和其他有关信息,波段)发送到卫星的导航电文和其他
7、有关信息,并通过并通过GPSGPS信号电路,适时发送给广大用户。信号电路,适时发送给广大用户。(3 3)接收地面主控站通过注入站发送到卫星的高度命令,)接收地面主控站通过注入站发送到卫星的高度命令,适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术2 2GPSGPS地面监控部分地面监控部分 地面地面监监控部分由分布在全球的若干个跟踪站所控部分由分布在全球的若干个跟踪站所组组成的成的监监控控系系统统构成。根据其作用的不同,构成。根据其作用的不同,这这些
8、跟踪站又被分些跟踪站又被分为为主控站、主控站、监监控站和注入站,主控站的任控站和注入站,主控站的任务务是根据各是根据各监监控站控站对对GPSGPS的的观测观测数据,数据,计计算出算出卫卫星的星星的星历历和和卫卫星星钟钟的改正参数等,并将的改正参数等,并将这这些些数据通数据通过过注入站注入到注入站注入到卫卫星中去。主控站星中去。主控站还对卫还对卫星星进进行控制,行控制,向向卫卫星星发发布指令,布指令,纠纠正正卫卫星的星的轨轨道偏离,当工作道偏离,当工作卫卫星出星出现现故故障障时时,调调度度备备用用卫卫星,替代失效的工作星,替代失效的工作卫卫星工作星工作 。另外,主另外,主控站控站还负责监测还负责
9、监测整个地面整个地面监测监测系系统统的工作,的工作,检验检验注入注入给卫给卫星星的的导导航航电电文,文,监测卫监测卫星是否将星是否将导导航航电电文文发发送送给给用用户户。三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术2 2GPSGPS地面监控部分地面监控部分 注入站的任注入站的任务务是将主控站是将主控站计计算出的算出的卫卫星星星星历历和和卫卫星星钟钟的改的改正数等注入到正数等注入到卫卫星中去,每天注入三次,每次注入星中去,每天注入三次,每次注入1414天的星天的星历历。此外,注入站能自。此外,注入站能自动动向主控站向
10、主控站发发射信号,每分射信号,每分钟报钟报告一告一次自己的工作状次自己的工作状态态。监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测,精确测定卫星在空监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测,精确测定卫星在空间的位置,向主控站提供观测数据;每个监测站还配有间的位置,向主控站提供观测数据;每个监测站还配有GPSGPS接收接收机,对每颗卫星连续不断地进行观测,每机,对每颗卫星连续不断地进行观测,每6min6min进行一次伪距测量进行一次伪距测量和积分多普勒观测,并采集与气象有关的数据。和积分多普勒观测,并采集与气象有关的数据。三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章
11、GPSGPS与与GISGIS技术技术2 2GPSGPS地面监控部分地面监控部分 主控站主要功能:主控站主要功能:(1 1)采集数据)采集数据 (2 2)编辑导编辑导航航电电文文 (3 3)诊诊断功能断功能 (4 4)调调整整卫卫星星 三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术3 3GPSGPS信号接收机(用户部分)信号接收机(用户部分)GPSGPS接收机是一种特制的无接收机是一种特制的无线电线电接收机,用来接收接收机,用来接收导导航航卫卫星星发发射的信号,并以此射的信号,并以此计计算出定位数据。接收机硬件和机内算
12、出定位数据。接收机硬件和机内软软件件以及以及GPSGPS数据的后数据的后处处理理软软件包,构成完整的件包,构成完整的GPSGPS用用户设备户设备。要配置不同的要配置不同的GPSGPS接收机,其结构、尺寸、形状和价格也大相接收机,其结构、尺寸、形状和价格也大相径庭。例如:航海和航空用的接收机,要具有与存有导航图等径庭。例如:航海和航空用的接收机,要具有与存有导航图等资料的存储卡相接的能力;测地用的接收机要求具有很高的精资料的存储卡相接的能力;测地用的接收机要求具有很高的精度,并能快速采集数据;军事上用的,要附加密码模块,并要度,并能快速采集数据;军事上用的,要附加密码模块,并要求能高精度定位。求
13、能高精度定位。三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术3 3GPSGPS信号接收机(用户部分)信号接收机(用户部分)GPSGPS接收机种接收机种类虽类虽然很多,但它的然很多,但它的结结构基本一致,分构基本一致,分为为天天线线单单元和接收元和接收单单元两部分元两部分。GPSGPS接收机的分类有多种分类方法:接收机的分类有多种分类方法:1 1按接收机的用途分类按接收机的用途分类(1 1)导航型接收机)导航型接收机 此类接收机主要用于运动载体的导航,此类接收机主要用于运动载体的导航,它可以实时给出载体的位置和速度。它
14、可以实时给出载体的位置和速度。车载型车载型 航海型航海型 航空型航空型 星星载载型型 三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术1 1按接收机的用途分类按接收机的用途分类(2 2)测测地型接收机地型接收机 测测地型接收机主要用于精密大地地型接收机主要用于精密大地测测量和精量和精密工程密工程测测量量。(3 3)授时型接收机)授时型接收机 利用利用GPSGPS卫星提供的高精度时间标准进行卫星提供的高精度时间标准进行授时,常用于天文台及无线电通讯中时间同步。授时,常用于天文台及无线电通讯中时间同步。2 2按接收机的载波
15、频率分类按接收机的载波频率分类(1 1)单频接收机)单频接收机 (2 2)双)双频频接收机接收机 三、三、GPSGPS系统组成系统组成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术3 3按接收机通道数分类按接收机通道数分类多能道接收机、序多能道接收机、序贯贯通道接收机、多路多用通道接收机。通道接收机、多路多用通道接收机。4 4按接收机工作原理分类按接收机工作原理分类(1 1)码相关型接收机)码相关型接收机 (2 2)平方型接收机)平方型接收机 (3 3)混合型接收机)混合型接收机 (4 4)干涉型接收机)干涉型接收机 三、三、GPSGPS系统组成系统组
16、成 第一节第一节 GPSGPS概述概述 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术GPSGPS概述概述GPS的工作原理的工作原理GPS在货物运输中的应用在货物运输中的应用网络网络GPS在物流业中的应用在物流业中的应用GIS技术概述技术概述GIS在物流系统中的应用于在物流系统中的应用于 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术一、一、GPSGPS常用术语常用术语 第二节第二节 GPSGPS的工作原理的工作原理二、二、GPSGPS的基本工作原理的基本工作原理三、三、GPSGPS定位方式定位方式四、四、GPSGPS接收机的组成及工作原理接收机的组成及工作原理 第六章第六章 GPSG
17、PS与与GISGIS技术技术一、一、GPSGPS常用术语常用术语1 1坐标(坐标(CoordinateCoordinate)GPSGPS坐坐标标有二有二维维、三、三维维两种表示方式两种表示方式。2 2路标(路标(Landmark Or WaypointLandmark Or Waypoint)路路标标是是GPSGPS数据核心,它是构成数据核心,它是构成“路路线线”的基的基础础 3 3路线(路线(RouteRoute)路路线线是是GPSGPS内存中存内存中存储储的一的一组组数据,包括一个起点和一个数据,包括一个起点和一个终终点的坐点的坐标标,还还可以包括若干中可以包括若干中间间点的坐点的坐标标,
18、每两个坐,每两个坐标标点之点之间间的的线线段叫一条段叫一条“腿腿”(1eg1eg)。)。第二节第二节 GPSGPS的工作原理的工作原理 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术4 4前进方向(前进方向(HeadingHeading)不同不同GPSGPS关于前关于前进进方向的算法是不同的,基本上是最近若干方向的算法是不同的,基本上是最近若干秒的前秒的前进进方向,所以除非已方向,所以除非已经经走了一段并仍然在走直走了一段并仍然在走直线线,否否则则前前进进方向是不准确的方向是不准确的 。5 5导向(导向(BearingBearing)导向功能在以下条件下起作用:导向功能在以下条件下起作用:
19、(1 1)已)已设设定定“走向走向”(GOTOGOTO)目目标标。(2 2)目前有活目前有活跃跃路路线线(Activity Activity routeroute)。)。第二节第二节 GPSGPS的工作原理的工作原理一、一、GPSGPS常用术语常用术语 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术6 6日出日落时间(日出日落时间(Sun setSun setraise timeraise time)这这个个时间时间是是GPSGPS根据当地根据当地经经度和日期度和日期计计算得到的,是指平原算得到的,是指平原地区的日出、日落地区的日出、日落时间时间。7 7足迹线(足迹线(Plot trail
20、Plot trail)GPSGPS每秒更新一次坐每秒更新一次坐标标信息,所以可以信息,所以可以记载记载自己的运自己的运动轨动轨迹。迹。一般一般GPSGPS能能记录记录10241024个以上足迹点,在一个个以上足迹点,在一个专专用用页页面上,以面上,以可可调调比例尺比例尺显显示移示移动轨动轨迹。迹。第二节第二节 GPSGPS的工作原理的工作原理一、一、GPSGPS常用术语常用术语 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术二、二、GPSGPS的基本工作原理的基本工作原理 1 1怎样确知卫星的准确位置怎样确知卫星的准确位置2 2如何测定卫星至用户的距离如何测定卫星至用户的距离3 3时间基准
21、问题时间基准问题 4 4测定卫星信号传输时间测定卫星信号传输时间5 5GPSGPS技术的误差技术的误差一部分是每一个用户接收机所共有的,例如卫星钟误差、一部分是每一个用户接收机所共有的,例如卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等;第二部分为不星历误差、电离层误差、对流层误差等;第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差;第能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差;第三部分为各用户接收机所固有的误差,例如内部噪声、三部分为各用户接收机所固有的误差,例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。通道延迟、多径效应等。6 6差分差分GPSGPS技术消除公共误差原理技术消除公共误差原理
22、 第二节第二节 GPSGPS的工作原理的工作原理 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术三、三、GPSGPS定位方式定位方式(一)根据定位的模式(一)根据定位的模式1 1绝对定位绝对定位绝对绝对定位也叫定位也叫单单点定位,通常是指在点定位,通常是指在协议协议地球坐地球坐标标系中,系中,直接确定直接确定观测观测站相站相对对于坐于坐标标系原点(地球系原点(地球质质心)心)绝对绝对坐、坐、标标的一种定位方法。的一种定位方法。2 2相对定位相对定位 在两个或若干个测量站上,设置在两个或若干个测量站上,设置GPSGPS接收机,同步跟踪观测接收机,同步跟踪观测相同的相同的GPSGPS卫星,测定
23、它们之间的相对位置,称为相对定位。卫星,测定它们之间的相对位置,称为相对定位。相对定位是高精度定位的基本方法,广泛应用于高精度大地相对定位是高精度定位的基本方法,广泛应用于高精度大地控制网、精密工程测量、地球动力学、地震监测网和导弹火控制网、精密工程测量、地球动力学、地震监测网和导弹火箭等外弹道测量等方面。箭等外弹道测量等方面。第二节第二节 GPSGPS的工作原理的工作原理 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术四、四、GPSGPS接收机的组成及工作原理接收机的组成及工作原理 GPSGPS接收机主要由接收机主要由GPSGPS接收机天线单元、接收机天线单元、GPSGPS接收机接收机主
24、机单元和电源三部分组成。接收机主机由变频器、主机单元和电源三部分组成。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成。信号通道、微处理器、存储器及显示器组成。第二节第二节 GPSGPS的工作原理的工作原理三、三、GPSGPS定位方式定位方式(二)根据定位时接收机的运动状态(二)根据定位时接收机的运动状态1 1静态定位静态定位2 2动态定位动态定位 第六章第六章 GPSGPS与与GISGIS技术技术 GPSGPS接收机主要由接收机主要由GPSGPS接收机天线单元、接收机天线单元、GPSGPS接收机主机单接收机主机单元和电源三部分组成。接收机主机由变频器、信号通道、元和电源三部分组成。
25、接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成。微处理器、存储器及显示器组成。(1 1)天线与前置放大器应密封一体,以保障其正常工作,减)天线与前置放大器应密封一体,以保障其正常工作,减少信号损失。少信号损失。(2 2)能够接收来自任何方向的卫星信号,不产生死角。)能够接收来自任何方向的卫星信号,不产生死角。(3 3)有防护与屏蔽多路径效应的措施。)有防护与屏蔽多路径效应的措施。(4 4)天线的相位中心保持高度的稳定,并与其几何中心尽量)天线的相位中心保持高度的稳定,并与其几何中心尽量一致。一致。(一)(一)GPSGPS接收机天线接收机天线 第二节第二节 GPSGPS的工作原理的工
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