当前位置 > 首页 > 网站建设学院 > > 卫星通信

GPS/AVL系统中目标位置的确定

2/14/2005来源:卫星通信人气:9926

李仲陶 童瑞华
  全球定位系统,又称GPS(Global Positioning System),是新一代的导航定位系统。它能够为全球任意地点、任意多个用户同时提供高精度、全天候、连续、实时的三维定位、测速和时间基准,它在测绘和导航方面具有广泛的应用。在实际应用中,往往需要将GPS定位信息进行分解并提取出我们所需要的有用数据。一个典型应用是这样的:通过RS232串口将GPS输出的数据传递给计算机,计算机主程序获得目标当前的位置(经纬度坐标、海拔),然后再将当前位置显示在电子地图上。在此,如何获得当前的位置是系统的关键。在实际开发中,需要将接收机获得的GPS数据进行分解从中得到目标当前的位置和格林威治时间(该时间加上8小时即为我国标准时),由于GPS使用的坐标系WGS-84与我国采用的坐标系不同,因此还需要将经纬度坐标进行坐标变换使其适应当地坐标系。

GPS接收机原理

  GPS接收机主要由GPS接收机天线、GPS接收机主机及电源组成。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。图1为GPS接收机原理图。



图1 GPS接收机原理图

1. 变频及中频放大器

  经过GPS前置放大器后的信号仍然很微弱,为了使接收机通道得到稳定的高增益,并且使L频段的射频信号变成低频信号,必须采用变频器。

2. 信号通道

  信号通道是GPS接收机的核心部分,GPS信号通道是软、硬件结合的电路,不同类型的接收机其通道是不同的。GPS信号通道的作用可概括如下:

(1)搜索卫星,牵引并跟踪卫星;

(2)对基准信号,即广播电文数据信号实行解扩、解调得到广播电文;

(3)进行伪码测量、载波相位测量及多普勒频移测量。

  从卫星接收到的信号是扩频的调制信号,要经过解扩、解调才能得到导航电文。为达到此目的,在信号通道电路中设有伪码跟踪环和载波相位跟踪环。

3. 存储器

  接收机内设有存储器以存储一小时一次的卫星星历、卫星历书、接收机采集到的码相位伪距观察值、载波相位观察值及多普勒频移。目前,GPS接收机都装有半导体存储器(简称内存),如Trimble 4000 SSE带有8M内存,以15秒1次的数据采样率可以存储5颗卫星、双频观测19小时的数据,若1秒1次数据采样率可以存储2小时的数据。接收机内存储的数据可以通过数据接口传到微机上,以便进行数据处理和数据保存。在存储器内还装有多种工作软件,如:自测试软件,天空卫星预报软件,导航电文解码软件,GPS单点定位软件等。

4. 微处理器

  微处理器是GPS接收机工作的灵魂,接收机工作都是在微处理器统一协同下进行的。其主要工作步骤为:

  ⑴接收机开机后首先对整个接收机工作状况进行自检,并测定、校正、存储各通道的时延值。

  ⑵接收机对卫星进行搜索、捕捉卫星。当捕捉到卫星后,即对信号进行牵引和跟踪,并由基准信号译码得到GPS卫星星历。当同时锁定4颗卫星时,将C/A码伪距观测值连同星历一起计算测站的三维坐标,并按预制位置更新率计算新的位置。

  ⑶根据机内存储的卫星星历书(若是新的接收机,机内无历书,或内存中历书已超过3个月则需要更新历书,这时需要接收12.5分钟的卫星信号)和测站近似位置,计算所有在轨卫星升降时间、方位和高度角。

  ⑷根据预先设置的航路点坐标和单点定位测站位置计算导航的参数、航偏距、航偏角、航行速度等。

  ⑸接收用户输入信号,如: 测站名、作业员名称、天线高、气象参数等。

5. 显示器

  GPS接收机都有液晶显示屏以提供GPS接收机工作信息,并配有一个控制键盘。用户可通过键盘控制接收机工作。对于导航接收机,有的还配有大显示屏,在屏幕上直接显示导航的信息甚至数字地图。

GPS数据处理模块

  GPS数据处理模块的设计方案如图2所示。GPS接收机通过RS-232串口将定位数据(NEMA0183语句)传给计算机,在VB中借助MSComm控件将定位数据读进来,接着进行定位数据的分类,并提取出我们所需要的信息,同时将这些有用信息传给主应用程序;主应用程序可以将GPS接收机的控制信息整理成NEMA0183语句,通过MSComm控件的传递并经过RS-232发送到GPS接收机。这样,计算机与GPS接收机的串口通信和GPS定位数据处理功能通过进程外的ActiveX服务器封装,将系统的实时性能通过操作系统的进程管理器来实现,从而绕过了VB单线程的不足。



图2 GPS数据处理模块

坐标变换

  GPS接收机接收到的是经纬度坐标,必须通过高斯投影将其转换成高斯坐标。由已知的参心大地坐标系中点的大地纬度和大地经度(B, L),求相应的高斯投影直角坐标(x, y)的公式, 称为高斯投影正算公式。

  设参考椭球的长半轴为a,第一偏心率为e,则高斯投影正算公式为:



  L、B为转换前的经纬度坐标;x、y为转换后的高斯坐标;L0为投影带的中央经线坐标;C0、C1、C2、C3为与点位无关而只与椭球参数有关的常数。

结束语

  GPS是当今世界上最先进的导航定位系统,具有定位快、全时域、全天候、高动态等特点,它作为对地观测高新技术支柱之一,将随着与RS和GIS集成技术的深化,更广泛地应用于各行各业。

摘自《计算机世界》