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GPS控制技术 ——刘伟莲 ★ 概述 ★ GPS控制系统的组成工作原理 ★ GPS在汽车上的应用 ★ GPS的主要功能 ★ 国内外GPS导向的应用与发展 1概述 GPS是Global　Positioning　System的简称，即全球卫星定位系统 ， 最初应用于军事领域，是美军71年代初“子午仪卫星导航定位”技术上发展起来的，具有全球性，全能性（陆地，海洋，航空），全天候优势 民用方面：最大的民用市场就是汽车导航系统 汽车工业成为一个国家的文明象征，随着他的发展也带来诸多问题，例如交通堵塞，社会环境的一大公害，利用GPS发展汽车导航系统是解决城市交通堵塞的一个高科技手段。 汽车导航的目的：引导汽车在繁忙交通状态和复杂的道路网络中,选择最佳的路径,使其能在尽量短的时间和路程内到达目的地. 他能回答我们三个问题：我现在在哪里？要去哪里？如何去？ 二GPS系统组成和工作原理 1系统组成：空间部分，地面支撑系统，用户设备 1.空间部分(导航卫星). 空间部分使用24颗(其中3颗卫星为备用)高度为 20200km的导航卫星组成卫星星座.分布如图 2. 地面站. 地面站包括一个主控站、四个监测站和一个注入 站。 3.用户设备. 导航卫星采用无源工作方式，凡是有GPS接收设 备的用户都可以使用GPS系统。用户设备包括全向圆极化天线、接收机、微处理器、控制显示设备等，有时也统称GPS接收机。 2 工作原理 当出现接受信息时钟误差是三个球面无法相交时利用第四颗卫星的信息进行修正.若用户时钟和卫星时钟相差△t,则测得距离F= Ri+△t *c=Ri+E , 根据方程： F=[(Xi-X0)2+(Yi-Y0)2+(Zi-Z0)2]1/2+E (i=1,2,3,4) 式中 Ri —— 各卫星到汽车的距离，单位为m; C —— 无线电波传播速度，与光速相等; ti —— 各卫星电波传到汽车所用时间. E —— 由时钟误差引起的定位误差。 解方程组可以求出汽车的位置坐标 提高定位精度的措施：采用差分GPS定位算法 三GPS系统在汽车上的应用 1。汽车导航系统组成： GPS ,车载部分，主控中心 主控中心由电台.调制解调器，计算机系统和电子地图组成， 电台：接收汽车上电台发出的位置信息，同时反 馈汽车 调制解调器：负责反控命令和GPS信息的数/模转换 计算机系统：接收到汽车的位置信息后进行简单预处理，然后按决定的通信协议，包装该信息并送往工作站， 工作站：在矢量电子地图数据上显示汽车的位置，并提供空间查询功能 自律导航装置：当行驶到地下隧道，高层 楼群，密集森林等地段时，由于遮挡，此时汽车与卫星失去联系，我们用车速传感器自动地从汽车前进的速度中检测出车速脉冲.通过微处理器的运算直接由速度和时间中求出行驶的距离(不过此时汽车是高速行驶轮胎会膨胀。用轮胎转速求出的距离会产生误差，所以要取一个向上的距离系数来修正)。 陀螺传感器：当汽车行驶在弯路，蛇形路面，勾状山道，雪地打滑，轮渡过河，更换轮胎，环状盘形桥等路况时，汽车的前进方向，行驶状态(即汽车行驶的角速度)都要发生变化，此时只有通过陀螺传感器对航向绝对位置的检测和修正才能得到汽车的正确定位坐标。 自律导航特点：不受时间地点路况影响，又具有一定定位精度 陀螺传感器：测量汽车前进方向和行使状态 汽车行使的曲线距离与卫星导航的经纬度直线坐标产生误差时，陀螺传感器得到该误差信号，经过微处理器可得到汽车正确的位置 车速传感器：在以下状况时，GPS卫星失去联系，在中断信号的瞬间由车速传感器直接检测出车速脉冲送微处理器，然后通过计算求出汽车前进距离，纪录汽车与卫星失去联系后的每一瞬间运动状态，从而给出汽车前进的正确位置 其他部件： 地图匹配器：由于种种原因有时收不到GPS的正确信号，自律导航 中的传感器融合技术所检测到的定位信息也存在着一定误差 原理：把汽车行驶的轨迹与数字地图数据库提供的路径进行相关比较，实际上就是一个数字相关比较器 电子地图数据库：定位与导航的定位标准，存储于DVD光盘中。一张DVD光盘中预存1000万个街道地址，1900万个电话号码 路径引导：把存储在电子地图数据库中的各种路径进行路径规划，然后对车辆进行路径引导 LCD显示器（液晶）有一种由平面图到鸟瞰图的转换功能，以解除司机长时间观看屏幕时眼睛疲劳。使起点到目的地全貌一目了然 GPS的工作原理主要包括伪距测量、定位计算、最佳导航星选择算法(即从多颗可见导航卫星中选择4颗几何关系最好的卫星进行导航定位)和导航算法。 四 G