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1、无 线定位主编：梁久祯2022.6.22技术CONTENTS目录绪论卫星定位系统无线传感网络节点定位技术04Wi-Fi定位05蜂窝通信网络定位03UWB定位技术060102CSS定位07软件无线电定位08PART 02卫 星 定 位 系 统第二章第二章 卫星定位卫星定位 1957年10月4日，世界上第一颗地球人造卫星发射成功，它使空间科学技术的发展迅速进入一个崭新的时代。随着地球人造卫星不断入轨运行，利用地球人造卫星进行定位测量已成为现实。GPS（Global Position System）卫星定位系统的出现，以其全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测
2、量等多方面的强大功能，已成为卫星定位系统的事实标准，并将卫星定位技术引入至众多的应用领域，引发了测绘、交通运输等行业的深刻变革。卫星定位系统，因其有着极高的可用性和可靠性，可提供适用多种需要的定位精度，拥有广泛应用领域，从而使得卫星定位技术成为最重要、最有效也最成熟的一种定位技术。本章将以GPS为例，讲述卫星定位系统测量基础、测量原理、定位方法及误差等内容。2.1卫星定位系统概述卫星定位系统空间与时间系统卫星运行轨道及受摄运动卫星定位测量基础2.2卫星信号成分与调制技术导航电文格式卫星星历卫星信号接收机工作基本原理 卫星信号及测量原理2.3卫星定位方法及定位误差静态定位动态定位定位误差第2章
3、目 录2.4系统简介技术特点未来发展北斗卫星导航系统的兼容性比较北斗一号卫星导航定位系统的组成与定位原理北斗卫星导航定位系统的应用北斗卫星导航系统介绍例2.5系统总体设计方案车辆调度中心设计智能终端设计卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.6系统总体设计方案车载终端系统Web 端管理系统开发环境北斗与北斗与GPS的的远程程监控控车载系系2.1 卫星定位测量基础2.1.1 卫星定位系统概述（1）卫星定位系统发展历程 20世纪60年代卫星定位测量技术问世，并逐渐发展成为利用人造地球卫星解决大地测量问题的一项空间技术。1966-1972年间，美国国家大地测量局在美国和联邦德国测绘部门的协助下，应用卫星
4、三角测量方法，测量了具有45个测站的全球三角网，并获得了5m的点位精度。1958年12月，美国海军开始研制美国海军导航卫星系统，并于1964年建成投入使用。该系统采用多普勒定位技术，在军事和民用方面取得了极大的成功，是导航定位史上的一次飞跃。我国也曾引进了多台多普勒接收机，应用于海岛联测、地球勘探等领域。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低，轨道精度难以提高，使得定位精度较低，难以满足大地测量、工程测量和天文地球动力学研究的要求。为了提高卫星定位的精度，美国从1973年开始筹建全球定位系统GPS。在经过了方案论证、系统试验阶段后，于1989年开始发射正式工作卫星，并于1994年全部建成，
5、投入使用。GPS系统能在全球范围内，向任意多用户提供高精度、全天候、连续、实时的三维测速、三维定位和授时。01卫星定位系统一般由三部分组成，即空间部分、地面监控部分和用户设备部分。2.1 卫星定位测量基础2.1.1 卫星定位系统概述（2）卫星定位系统组成02GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座。GPS工作卫星由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上。卫星轨道平面相对地球赤道面的倾角为55度。03GPS系统的地面监控部分目前由5个地面站组成，包括主控站、信息注入站和监测站。04GPS系统的用户设备部分由GPS接收机硬件、相应的数据处理软件、微处理机以及终端设
6、备组成。GPS接收机硬件包括接收机主机、天线和电源。它的主要功能是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单数据处理而实现实时导航和定位。GPS软件是指各种后处理软件包，它通常由厂家提供，其主要作用是对观测数据进行精加工，以便获得精密定位结果。01目前主要的卫星定位导航系统如GPS和GLONASS都是军方的产物。2.1 卫星定位测量基础2.1.1 卫星定位系统概述（3）卫星定位系统应用概述02民用航空是卫星定位导航系统重要的民用用户，在民航各方面的应用研究和试验几乎与卫星导航系统本身的发展在同步进行着。03卫星定位导航系统是航天飞机等航空领域中最理想的定位导航系统。
7、04海洋也是卫星定位导航系统的重要应用领域之一。05卫星定位系统可在一个点上采用长时间观测、多点联测或者事后处理的方法达到厘米级的观测精度，这为研究地球动力学、地壳运动、地球自转和极移、大地测量和地震监测等提供了新的观测手段。06陆地定位导航对卫星系统的要求最低，低动态、单或双通道接收机时序处理即可，因而对卫星系统的完善性要求比较低，并可利用地标、地形随时修正，还可以利用航位推算和速度计等的附加信息。01在GPS定位导航中常会涉及多种坐标系。坐标系的适当选用在很大程度上取决于任务要求、完成过程的难易程度、计算机的存储量和运算速度、导航方程的复杂性等。2.1 卫星定位测量基础2.1.2 卫星定位
8、系统空间与时间系统（1）卫星定位空间系统02GPS定位系统是建立在“全球大地系统”(WGS，World Geodetic System)的基础上，它是种以地球质心为圆点与地球固连的坐标系，属于协议地球坐标系。03不同的国家或地区根据本地区的地表情况按椭球面与本地区域大地水准面最吻合的原则建立起自己的大地系统，供本国或本地区使用。04在航空导航应用中，经常需要把定位结果与地图相比较，如机场的调度管理、地形匹配系统等。01GPS定位是建立在测定无线电信号传播延迟基础上的，把时间转换为距离量时纳秒级的时间误差都可能会引起米级的距离误差，这就要求时钟高度稳定和同步。2.1 卫星定位测量基础2.1.2
9、卫星定位系统空间与时间系统（2）卫星定位时间系统02为了保证导航和定位精度，GPS定位系统建立了专门的时间系统，简称GPST。GPS时间系统是由GPS星载原子钟和地面监控站原子钟组成的一种原子时系统，与国际原子时保持有19s的常数差，并在GPS标准历元1980年1月6日零时与UTC保持一致。Core Idea地球是一个质点或具有均匀密度分布的球，其引力场是对称的；卫星的质量与地球相比可以忽略；假定卫星在真空中运动，即没有大气阻力和太阳辐射压力作用在卫星上;没有太阳、月球和其他天体引力作用在卫星上(仅讨论二体问题)。010203042.1 卫星定位测量基础2.1.3 卫星运行轨道及受摄运动 应用
10、卫星定位系统进行导航和定位，首先要知道卫星轨道参数，进而确定卫星在空间的位置坐标。对于单个接收机定位，定位误差与卫星轨道误差密切相关。在讨论卫星正常轨道运动时，通常进行以下假设：(2)太阳的引力和月球的引力；(1)地球体的非球性及其质量分布不均，即地球的非中心引力；(6)磁力等。(5)地球潮汐的作用力；(4)大气的阻力；(3)太阳的直接与间接辐射压力；2.1 卫星定位测量基础2.1.3 卫星运行轨道及受摄运动 卫星轨道运动是地球引力和其他许多作用在卫星上的力产生的总结果，如太阳和月球引力，太阳辐射在卫星上的压力。卫星受到的摄动力来源有以下几种：2.2 卫星信号及测量原理01卫星星历及卫星钟校正
11、参量；02测距时间标记，大气附加延时校正参量；03与定位和导航有关的其他信息。由卫星发射的卫星信号包含以下几种信息：用户接收机从卫星信号的时间标记上提取传播延时(即距离信息)，从卫星信号载波的多普勒频移提取速度信息，星历、时钟及大气校正参量、时间标记等则由卫星以通信方式传送给用户，在GPS系统中将信息变成编码脉冲以数字通信方式来完成。每个卫星分配不同的C/A码，分配P码中各不相同一星期的部分段，C/A码和P码的作用相当于测距中的定时信号，可用来接受多个卫星的信号，解释C/A码和P码就可以得到导航电文和星历等参数。2.2 卫星信号及测量原理2.2.1卫星信号成分与调制技术（1）卫星信号成分2.2
12、 卫星信号及测量原理2.2.1卫星信号成分与调制技术（2）C/A码与P码 GPS卫星发射的测距码信号包括C/A码和P码，它们都是二进制伪随机噪声序列，具有特殊的统计性质。2.2 卫星信号及测量原理2.2.1卫星信号成分与调制技术（2）C/A码与P码 C/A码由两个10级反馈移位寄存器相组合产生，两个移位寄存器于每星期日子夜零时，在置“1”脉冲作用下全处于1状态。同时在频率为f1f0101.023MHz钟脉冲驱动下，两个移位寄存器分别产生码长为210-11023bit，周期为1ms的m序列G1(t)与G2(t)。CA码的码长、码元宽度、周期和数码率分别为；码长度210-11023bit；码元宽度
13、为0.97752s，相应长度293.1m：周期1ms；数码率1.023Mbit/s。各个GPS卫星所使用的CA码，其上述四项指标都相同但结构相异，这样既便于复制又容易区分。2.2 卫星信号及测量原理2.2.1卫星信号成分与调制技术（3）信号调制 带有导航信息的编码脉冲D(t)先调制到伪码(P码和CA码)上，然后对L波段的载频L1和L2进行双相调制(BPSK)。在载频L2只调制了一种伪码(P码)，而在载频L1调制了两种伪码（P码和CA码），而且是采用正交调制方式进行的，以便分别对P码和CA码解调。由于对载波信号采用了BPSK调制技术，使其频带变宽，对应P码和CA码的频带宽度分别为20.46MH2
14、和2.016MHz。将D(t)调制到伪码P(t)上，即将二者模2相加，或波形相乘，乘积码为D(t)P(t)。编码脉冲D(t)的频带被扩展，称之为扩频。频谱展宽后，使单位频带内信号功率下降，从而减小了信号被检测和被窃听的可能性。另一方面，要将扩频信号恢复成编码脉冲信号，即解扩，必须在接收机中设置同样结构的伪码作跟踪伪码。2.2 卫星信号及测量原理2.2.2导航电文格式01GPS卫星的导航电文主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延校正、卫星工作状态信息以及由C/A码转换到捕获P码的情息。导航电文同样以二进制码的形式播送给用户，因此又叫数据码，或称D码。02导航电文的基本单位是“帧”。一帧导航电文
15、长1500bit，含5个子帧。而每个子帧又分别含有10个字，每个字含30bit电文，故每一子帧共含300 bit电文。03每个子帧的开头第一个字码是遥测字，作为捕获导航电文的前导。04每个子帧的第二个字码为交换字，它的主要作用是向用户提供捕获P码的Z计数。05每个子帧的第3-10字码为数据块。它的内容主要包含：卫星的健康状况，数据周期，星期序号，卫星时钟校正参数，电离层校正参数等信息。GPS系统通过两种方式向用户提供卫星星历 一种方式是通过导航电文中的数据块直接发射给用户接收机，通常称为预报星历；另一种方式是由GPS系统的地面监控站，通过磁带、网络、电传向用户提供，称为后处理星历。2.2 卫星
16、信号及测量原理2.2.3卫星星历 预报星历是指相对参考历元的外推星历，参考历元瞬间的卫星星历(即参考星历)，由GPS系统的地面监控站根据大约一个周的观测资料计算而得。由于摄动力影响，卫星的实际轨道将逐渐偏离参考轨道，且偏离的程度取决于观测历元与参考历元间的时间间隔。因此，为了保证预报星历的精度，采用限制外推时间间隔的方法。GPS卫星的参考星历每小时更新一次，参考历元选在两次更新星历的中央时刻，这样由参考历元外推的时间间隔限制力0.5小时。地面监测站可向用户提供用户观测时刻的卫星精密星历，其精度目前为米级，将来可望达到分米级。但是用户不能实时通过卫星信号获得后处理星历，只能在事后通过磁带、网络、
17、电传等通讯谋体向用户传递。2.2 卫星信号及测量原理2.2.3卫星星历2.2 卫星信号及测量原理2.2.4卫星信号接收机工作基本原理 GPS信号接收机是用来接收、处理和测量GPS卫星信号的专门设备。由于GPS卫星信号的应用范围非常广泛，而信号的接收和测量又有多种方式，因此GPS信号接收机有许多种不同的类型。GPS信号接收机其主要结构大体相同，可分为天线单元和接收单元两大部分。(1)天线单元的主要功能是将GPS卫星信号的非常微弱的电磁波能转化为电流，并对这种电流信号进行放大和变频处理；(2)接收单元的主要功能则是对经过放大和变频处理的电流信号进行跟踪、处理和测量。2.2 卫星信号及测量原理2.2
18、.4卫星信号接收机工作基本原理（1）天线单元01GPS信号接收机的天线单元由接收天线和前置放大器两部分组成。02GPS信号接收机天线应满足以下几点基本要求：接收天线与前置放大器应密封为一体，以保障在恶劣的气象环境下也能正常工作，并减少信号损失；天线的作用范围应为整个上半天球，并在天顶处不产生死角，以保证能接收到自天空任何方向的卫星信号；天线需有适当的防护和防屏蔽措施，以尽可能减少来自各个方向的反射信号的干扰；天线的相位中心应保持高度稳定，并与其几何中心偏差尽可能小2.2 卫星信号及测量原理2.2.4卫星信号接收机工作基本原理（2）接收单元GPS信号接收机的接收单元主要由信号通道、储存单元、计算
19、和显示控制单元、电源等组成。信号通道是接收单元的核心部分，由硬件和软件组合而成。GPS信号接收机内部的存储单元用于存储所翻译的GPS卫星星历、伪距观测量和载波相位观测量，以及各种观测站数据。计算和显示控制单元由微处理器和显示器构成。2.2 卫星信号及测量原理2.2.4卫星信号接收机工作基本原理（2）接收单元 微处理器是GPS信号接收机的控制部件，GPS信号接收机的一切工作都是在微处理器的控制下自动完成的，其主要工作任务是：开机后立即对各个信号通道进行检查，并显示结果，检测、校正和存储各个信号通道的时延值；根据各通道跟踪环路所输出的数据码，解译出卫星星历，并根据实际测量得到卫星信号到达接收天线的
20、传播时延，计算出测站的三维地心坐标，并按预置的位置更新率不断更新测站坐标；根据已经测得的测站近似坐标和卫星星历，计算所有在轨卫星的升降时间、方位和高角度；记录用户输入的测站信息，如测站名、天线高、气象参数等；根据预先设置的航路点坐标和测得的测站点近似坐标计算导航参数。从原理上讲，GPS观测的是距离，通过所测量到的距离与位置之间的关系，反推出所要确定的位置在WGS84坐标系中的三维坐标。对于距离的测量，是通过测量信号的传输时间，或测量所收到的GPS卫星信号与接收机内部信号的相位差而导出。GPS使用所谓的单向(one way)方法，需要使用两台时钟，一台在卫星上，而另一台在接收机内部。由于两台钟存
21、在着误差，所测得的距离也有误差，因此，这种距离称为“伪距”(Pseudo Range)。GPS提供的信息，不仅可以利用伪随机码测伪距，还可以利用载波信号，进行载波相位测量和积分多普勒测量，并进行定位。载波相位测量具有很高的定位精度，广泛用于高精度测量定位。积分多普勒测量所需观测时间一般较长，精度并不很高，故未获广泛应用。应用GPS卫星信号进行定位的方法，可以按照用户接收机天线在测量中所处的状态，分为静态定位与动态定位；或者按照参考点的位置，分为绝对定位和相对定位。卫星定位2.3 卫星定位方法及定位误差2.3 卫星定位方法及定位误差 如果在定位过程中，用户接收机天线处于静止状态，或者更明确地说，
22、待定点在协议地球坐标系中的位置，被认为是固定不动的，那么确定这些待定点位置的定位测量就称为静态定位。行静态定位时，由于待定点位置固定不动，因此可通过大量重复观测来提高定位精度。2.3.1静态定位 绝对定位是以地球质心作为参考点，确定接收机天线(即待定点)在协议地球坐标系中的绝对位置。由于定位作业仅需使用一台接收机工作，所以又称为单点定位。如果选择地面某个固定点为参考点，确定接收机天线相对参考点的位置，则称为相对定位。根据参考点的不同位置，GPS定位测量又可分为绝对定位和相对定位。2.3 卫星定位方法及定位误差2.3.2动态定位 GPS动态定位方法主要有：单点动态绝对定位发和实时差分动态定位法。
23、随着GPS定位技术（包括仪器设备和数据处理）的不断完善，实时差分动态定位，从精度为米级的位置差分和伪距差分，发展到具有厘米级精度的实时动态（RTK,Real-time kinematic）定位技术，以及可以在较大区域范围内实现实时差分动态定位的广域差分法、增强广域差分法，GPS动态定位技术有着极其广阔的应用领域。（1）GPS绝对定位：主要是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离为基本观测量，并利用已知的卫星瞬时坐标来确定接收机天线对应的点位在协议地球坐标系中位置。动态绝对定位是确定处于运动载体上的接收机在运动的每一瞬间的位置。（2）动态绝对定位作业简单，易于快速地实现实时定位，但是由于定位过程
24、中受到卫星星历误差、钟差及信号传播误差等诸多因素的影响，其定位精度不高，限制了其应用范围。由于GPS测量误差具有较强的相关性，因此可以在GPS动态定位中引入相对定位作业方法，即GPS动态相对定位。2.3 卫星定位方法及定位误差2.3.3定位误差 从误差来源分析，测量误差大致可以分为与卫星有关的误差，与卫星信号传播有关的误差，与卫星信号接收机有关的误差三大类。按误差性质来讲，影响卫星测量精度的误差主要是系统误差和偶然误差。其中，系统误差的影响又远大于偶然误差，相比之下，后者的影响甚至可以忽略不计。2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.1 系统简介（1）概述 中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiD
25、ou Navigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。2020年7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统正式
26、开通。2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.1 系统简介（2）发展进程中国高度重视北斗系统建设发展，自20世纪80年代开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，形成了“三步走”发展战略：第一步第二步第三步2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；2020年，建成北斗三号系统，向全球提供服务。2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.1 系统简介（3）建设原则北斗卫星导航系统的建设与发展，以应用推广和产业发展为根本目标，不仅要建成系统，更要用好系统，在保障质量、安全、应用和效益的基础上，要遵循以下建设原则。1234 开放性自主性兼容性 渐进性2
27、.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.1 系统简介（4）服务 北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务及系统完好性信息。性能指标见表2-1。表2-1 北斗系统当前基本导航服务性能指标服务区域全球定位精度水平10米、高程10米（95%）测速精度0.2米每秒（95%）授时精度20纳秒（95%）服务可用性优于95%，在亚太地区，定位精度水平5米、高程5米（95%）2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.2 技术特点 北斗系统的建
28、设实践，实现了在区域快速形成服务能力、逐步扩展为全球服务的发展路径，丰富了世界卫星导航事业的发展模式。一是北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。二是北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。三是北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.2 技术特点 截至2018年年底，北斗三号基本系统建成并提供全球服务，包括“一带一路”国家和地区在内的世界各地均可享受到北斗系统服务。系统特点表
29、现在以下两个方面：01工程建设方面（1）空间段实现全球组网；（2）地面段实施了升级改造。02系统运行方面（1）健全稳定运行责任体系；（2）实现系统服务平稳接续；（3）创新风险防控管理措施；（4）保持高精度时空基准，推动与其他卫星导航系统时间坐标框架的互操作；（5）建设全球连续监测评估系统2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.3 未来发展 未来，北斗系统将持续提升服务性能，扩展服务功能，增强连续稳定运行能力。2020年年底前，北斗二号系统还将发射1颗地球静止轨道备份卫星，北斗三号系统还将发射6颗中圆地球轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星和2颗地球静止轨道卫星，进一步提升全球基本导航和区域短报文通信
30、服务能力，并实现全球短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等服务能力。（1）基本导航服务。为全球用户提供服务，空间信号精度将优于0.5米；全球定位精度将优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒；亚太地区定位精度将优于5米，测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于10纳秒，整体性能大幅提升。（2）短报文通信服务。中国及周边地区短报文通信服务，服务容量提高10倍，用户机发射功率降低到原来的1/10，单次通信能力1000汉字（14000比特）；全球短报文通信服务，单次通信能力40汉字（560比特）。（3）星基增强服务。按照国际民航组织标准，服务中国及周边地区用户，支持单频及双频
31、多星座两种增强服务模式，满足国际民航组织相关性能要求。（4）国际搜救服务。按照国际海事组织及国际搜索和救援卫星系统标准，服务全球用户。与其他卫星导航系统共同组成全球中轨搜救系统，同时提供返向链路，极大提升搜救效率和能力。（5）精密单点定位服务。服务中国及周边地区用户，具备动态分米级、静态厘米级的精密定位服务能力。2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.3 未来发展 2020年北斗系统提供的服务类型服务类型信号频点卫星基本导航服务公开B1I，B3I，B1C，B2a3IGSO+24MEOB1I，B3I3GEO授权B1A，B3Q，B3A-短报文通信服务区域L（上行），S（下行）3GEO全球L（上行）14
32、MEOB2b（下行）3IGSO+24MEO星基增强服务（区域）BDSBAS-B1C,BDSBAS-B2a 3GEO国际搜救服务UHF（上行）6MEOB2b（下行）3IGSO+24MEO精密单点定位服务（区域）B2b3GEO2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.4 北斗卫星导航系统的兼容性比较北斗、GPS、GALILED和GLONASS系统兼容性比较参 数北斗GPSGALILEDGLONASS组网卫星数5GEO+（2430）MEO（2430）MEO30MEO24MEO卫星轨道（km）GEO MEO 21500MEO 20230MEO 23222MEO 19100轨道平面数36（3）33轨道倾角55
33、555464.8运行周期12H 55M11H 58M13H11H 15M星历数据表达方式卫星轨道的开普勒根数卫星轨道的开普勒根数开普勒根数直角坐标系中位置速度时间测地坐标系中国2000WGS-84WGS-84PZ-90时间系统BDTGPSTGPSTGLONASST使用频率（MHz）B1:1561.098B2:1207.140L1:1575.42L2:1227.6L5:1176.45L1:1575.42E5b:1207.140E5a:1176.45L1:1602.5625-1615.5L2:1240-1260卫星识别CDMACDMACDMAFDMA码钟频（mbps）2.0461.0231.023
34、0.0511电波极化右旋圆极化右旋圆极化右旋圆极化右旋圆极化调制方式QPSK+BOCQPSK+BOCBPSK+BOCBPSK数据速率（bps）50.5005050.100050空间卫星部分。地面控制与标校系统。用户设备2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.5 北斗一号卫星导航定位系统的组成与定位原理（1）系统组成北斗一号卫星导航定位系统由以下3部分组成。2.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.5 北斗一号卫星导航定位系统的组成与定位原理（2）定位原理第一、系统组成部分在定位解算中的作用北斗一号卫星导航定位系统采用双星定位体制，由两颗地球静止卫星（GEO）对用户双向测距，由1个配有电子高程图的地面中心
35、站进行位置解算。定位由用户终端向中心站发出请求，中心站对其进行位置解算后将定位信息发送给该用户。第二、定位原理的几何解释北斗一号卫星导航系统采用的定位原理基于三球交会原理，即以两颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成两个球面，用户机必然位于这两个球面交线的圆弧上。中心站电子高程地图库提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，并已知目标在赤道平面北侧，即可获得用户的二维位置。第三、定位解算的工作过程北斗一号卫星导航定位系统的具体定位解算工作过程如下。首先由中心控制系统向卫星1和卫星2同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内
36、的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟，即从中心控制系统发出询问信号，经某颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此，由上面两个延迟量可以算出用户到第2颗卫星的距离，从而知道用户处于两颗卫星为球心的一个球面。另外，中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。2
37、.4 北斗卫星导航系统介绍2.4.6 北斗卫星导航定位系统的应用根据北斗卫星导航系统用户机的应用环境和功能的不同点，可以将北斗卫星导航系统的用户机划分成5类。基本型：适合一般车辆、船舶及便携等用户的导航定位应用，可接收和发送定位信息，可与中心站及其他用户终端双向通信。通信型：适合野外作业、水文测报、环境监测等各类数据采集和数据传输用户，可接收和发送短信息和报文，与中心站和其他用户终端进行双向或单向通信。授时型：适合授时、校时、时间同步等用户，可提供数十纳秒级的时间同步精度。指挥型用户机：适合小型指挥中心的指挥调度、监控管理等应用，具有鉴别、指挥下属其他北斗卫星导航系统用户机的功能。可与下属北斗
38、卫星导航系统用户机及中心站进行通信，接收下属用户的报文，并向下属用户播发指令。多模型用户机：既能接收北斗卫星导航系统卫星定位和通信信息，又可利用GPS系统或GPS增强系统导航定位。适合对位置信息要求比较高的用户。2.4 北斗卫星导航系统介绍（1）北斗卫星导航系统在民用方面的应用 由于北斗卫星导航系统具有定位和短信功能，所以尤其适合于特殊应用，如海上、边远与人口稀少地区、沙漠荒原、高山密林、内陆水路、长途运输等特定地区和特殊行业应用，适合于普通的无线网络无法覆盖的地区或跨区域应用。目前，有关部门正在积极准备，为向民用开放创造条件和环境。北斗卫星导航系统有以下几种应用模式。小型集团监控应用。移动目
39、标配置基本型北斗卫星导航系统用户机，集团监控中心配置指挥型用户机和相应的计算机设备及监控软件，快速构建实用的监控管理应用系统。大型集团监控应用。移动目标配置基本型北斗卫星导航系统用户机，集团监控中心配置北斗卫星导航系统天基指挥所设备，通过地面网络接入北斗卫星导航系统运营服务中心，完成大规模、跨区域的移动目标监控管理和指挥调度。自主导航应用。利用北斗卫星导航系统基本型用户机、多模型用户机进行车辆、船舶等的自主导航。通信应用。利用北斗通信终端，实现点对点和点对多点的通信。这种应用模式适合于各类数据采集和数据传输用户，如水文观测、环境监测等。授时应用。利用北斗卫星导航系统授时终端，进行通信、电力和铁
40、路等网络的精确授时、校时、时间同步等应用。2.4 北斗卫星导航系统介绍（2）北斗卫星导航系统在公务车监管中的应用 广州市公务用车使用管理信息系统是全国首个北斗卫星导航系统民用终端大规模应用项目和全国首个大规模公务用车使用管理应用系统，具有创新性、引导性和战略示范意义。该系统利用北斗卫星导航定位等先进的信息化手段，有效解决了公务车监管问题，包括车辆轨迹和用车人管理，规范了节假日、非公务用车和违规用车的管理，并实现了公务用车信息的公示管理，取得了良好的社会效益和经济效益。公务用车使用管理信息系统通过为车辆安装北斗卫星定位车载终端设备和身份识别装置，搭建监控中心管理平台，建立北斗车辆监控系统，从而实
41、现了“一个中心”“三种监管模式”“五种主要功能”，为加强公务车辆使用管理提供了强有力的信息化保障手段。具体内容包括：建立车辆管理监控中心，落实有关人员和设备，对车辆的使用情况实施实时监控。建立多级监管模式，根据组织架构采用“上级监控下级，同级数据保密”的监控模式，建设市监管平台、市直单位和区县监管平台、车属单位监管平台三级监管平台。建立公务用车使用管理信息系统的目标为实现5种主要功能：身份识别功能。实时监管功能。区域管理功能。应急保障功能。后台管理功能。2.4 北斗卫星导航系统介绍（3）北斗卫星导航定位技术在我国铁路方面的应用 目前，我国铁路在列车行车安全、铁路沿线灾害、基础设施监测和基础设施
42、建设等领域，凡涉及卫星导航系统应用技术的产品一般都采用GPS。由于GPS系统完全受控于美国，而且一直存在人为干扰，只有打破对GPS的单一依靠才能从战略上解决系统的安全性问题，全面提升基础支撑系统的安全性和可靠性。随着我国既有线列车提速和客运专线建设步伐的加快，开展基于北斗卫星导航系统的相关技术研究，研发具有自主知识产权的北斗卫星导航系统应用，为铁路行业提供全面的技术支撑和配套解决方案已具备基本条件。（1）列车监控、调度管理系统（2）铁路沿线地质灾害监测（3）铁路综合应急指挥调度（4）铁路关键基础设施监测（5）铁路工程测量（6）重点货物跟踪（7）人员定位2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2
43、.5.1系统总体设计方案系统结构图：2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.5.1系统总体设计方案系统各功能及其流程可设计如下：1.车辆按照分控独立的原则分组，各车辆实时接收GPS定位信息，按照设定频率，通过GSM无线网GPRS中心，向总控中心汇报当前状态信息；2.总控中心数据库服务器接收并存储来自车辆终端的定位状态信息，同时处理来自各个分控的并发TCP/IP服务请求，并按照权限为各个分控中心提供具体编号目标车辆的查询和发送调度信息等功能；3.各个分控中心通过Internet网络，以TCP/IP方式与总控数据库服务器保持实时数据交换，保证总控和应急最高权限的要求；4.保留原有系统的设备和配
44、置，独立接收和管理原先所管理的车辆，同时接收总控中心的车辆调度和查询等指令。2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.5.1系统总体设计方案系统功能流程图：2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.5.2车辆调度中心设计01车辆调度监控系统是整个系统的核心，是系统信息运转的枢纽。中心在设计中应充分考虑运营系统的各种应用环境要求，在网络中心设计、数据传输结构及移动智能终端功能上留有较大的扩展空间。02车辆调度监控中心主要由中心服务器、GSM调度监控站、GPSGIS工作站、录音录时器、接警席、通讯管理平台、网管软件和计算机网络等组成。2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.5.2车辆调度中
45、心设计车辆调度监控中心主要任务主要有以下几点：1.中心可以按照任务需要向移动智能终端发布文字调度命令；2.中心接收移动智能终端发回的信息，并按照要求存档和转发；3.GPS监控所有运行车辆，显示车辆运行轨迹，对重点车辆能实时跟踪；4.历史资料检索和历史轨迹回放，满足日后查询；5.对需要存档的地图和轨迹进行打印和备份；6.车辆空驶执行任务状态下用不同标志显示；。7.车辆始发回程轨迹不同颜色区分显示；8.防盗自动报警：驾驶员离车时，其他人开启车门，引发报警器工作，5分钟内未撤防，移动智能终端自动向监控中心发出报警信息；9.中心可划定车辆行驶路线，运行轨迹偏离路线时，自动报警提示；10.中心可划定车辆
46、行驶区域，运行轨迹越界，自动报警提示；11.监听录音功能：驾驶员可按下报警开关，中心自动开启遥控监听单元，并对录音进行存储。2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.5.2车辆调度中心设计车辆调度监控中心是有线和无线、计算机网络及GSM网、集群系统信息交换的枢纽，负责转换、处理和传输各种公共、调度和控制信息，完成各种调度、报警和管理中心与移动智能终端之间的双向、多址信息流动。调度中心通讯模块主要在后台运行，采用Client/Server架构的Socket网络通讯技术，在完成信息包处理转发的同时记录并显示网络信息流量及走向，结合路由状态显示、广域网连通只是和移动智能终端登陆记录等，提供图形化的
47、网络管理系统。网络设备监控通过定时或者实时的方式，向网络上的其他设备如服务器、路由器、交换机、HUB以及GIS工作站、GSM调度工作站等发送测试信息，接收并实时显示这些设备的响应，对整个网络系统、通讯系统进行监控，使系统管理员能够及时了解设备的工作情况，确保系统的正常运行。同时管理所有注册车辆的登陆、脱网记录，实时反映车辆整体运营情况。2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.5.3智能终端设计01 GPS/GSM 车辆终端采用深圳华强通讯有限公司的HQ6006 车辆终端。该信息终端操作简化，面板简洁、明了。终端软件的在线编程和远程动态下载功能，使终端的维护和升级更快捷方便，时时跟随用户的功
48、能需求。监控范围广，依托中国电信或者中国联遇，可实现全国范围漫游监控。数据传输速率搞、误码率低、稳定可靠。使用GSM 短消息信令/GPRS 信令，保证通讯顺畅及运作费用低廉。系统应用范围广，监控数量大，数话兼容，可漫游通话。02车辆终端由显示操作屏单元、GSM无线通讯单元、GPS 信息接收模块、通话手柄、遥控小键盘和GSM/GPRS天线、计价器和防盗报警器接口模块等部分组成。GSM无线通信单元和GPS 信息接收模块全部安装在显示操作屏单元内。2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.5.3智能终端设计移动智能终端的主要功能如下：1.系统自检功能：液晶故障等信息上传监控中心；2.语音翻译支持功
49、能；3.终端软件在线编程、动态下载功能；4.车辆紧急求助功能；5.车辆定位信息的发送与接收监控中心信息；6.可自动启动区分由于失去信号或技术故障导致的不能发送、呼叫无应答等情形；7.接收的信息能长期保存在存储器中，最少保留100条掉电不丢失信息记录；8.接收并显示调度中心的广播消息，如天气预报、道路状况及通知等；9.信息发送：通过显示屏菜单操作向中心发送车辆运营过程中的固定信息；10.遥控监听功能：终端装有隐藏声音传感器，在车辆报警时，自动启动监听；11.通话功能：通过车载手柄，驾驶员可与中心直接语音通话，得到调度中心的指引和援助；12.车辆位置及轨迹信息的获取有以下几种方式：中心点名自动提取
50、、终端定时上传、司机按键随时上传；2.5 卫星定位应用实例（车辆调度系统）2.5.3智能终端设计 车辆终端由显示操作屏单元、GSM无线通讯单元、GPS信息接收模块、通话手柄、遥控小键盘和GSM/GPRS天线、计价器和防盗报警器接口等模块组成。GSM天线通讯单元和GPS信息接收模块全部安装在显示屏操作单元内。车载智能终端结构图2.6 北斗与GPS的远程监控车载系统2.6.1 系统总体设计方案 远程监控车载系统分为基于北斗/GPS定位的远程监控车载终端和Web端车辆信息管理系统两个部分。远程监控车载终端可以利用卫星定位实时采集车辆位置信息，然后通过GPRS将数据传输给服务器，Web端车辆信息管理系