《现代物流信息技术》第4部分

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1、 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 第四章 全球卫星定位系统 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 GPS WOULD HAVE SAVED HIM 2 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 GPS系统产生 n 最古老 最简单的导航方法是星历导航 人类通过 观察星座的位置变化来确定自己的方位 n 最早的导航仪是中国人发明的指南针 几个世纪以 来它经过不断的改进而变得越来越精密 并一直为人 类广泛应用着 n 最早的航海表是英国人John Harrison经过47年的 艰苦工作于1761年发明的 在其随后的两个世纪 人类通过综合地利用星历知识 指南针和航海表来进 行导航和定位 3 物流信

2、息技术 管理系 信管教研室 刘玉 本章教学要点 n了解GPS的概念及发展历程 n掌握GPS的分类 n熟悉GPS的特点 n重点掌握GPS的构成及其基本工作原理 n了解GPS常用术语 n掌握GPS定位方式 n熟悉GPS的应用 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 本章内容 4 1 GPS概述 4 2 GPS的分类与特点 4 3 GPS的构成 4 4 GPS工作原理概述 4 5 GPS在现代物流中的应用 本章总结 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 1 1 GPS的概念及其发展历程 n 全球卫星定位系统 Global Positioning System GPS 是由美国国防部开发的一个基

3、于卫星的无线导航系统 n20世纪50年代末 前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星 美国科学家在对其跟踪研究中 发现了多普勒频移现象 并利 用该原理建成了子午卫星导航系统 Navy Navigation Satellite System NNSS 又称多普勒卫星导航定位系统 nGPS从根本上解决了人类在地球及其周围空间的导航和定位 问题 它可以用于海陆空各种运动目标的导航和定位 满足军 事以及民用部门如大地测量 地壳监测等领域 目前民用服务 全球免费 4 1 GPS概述 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 1 2 国际卫星导航系统发展历程 n美国的GPS n苏联的GLONASS全球定位系统

4、 n欧盟的伽利略定位系统 Galileo Positioning System n中国的北斗卫星定位系统 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 美国的全球卫卫星定位系统统 GPS 我国北斗系统统 CNSS 俄罗罗斯的格罗纳罗纳 斯系统统 CLONASS 全球四大GPS卫星系统 欧盟的伽利略系统统 GALILEO 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 美国的GPS n 全球定位系统是继 阿波罗 登月计划后的又一个庞大的 空间计划 1957年10月 世界上第一颗卫星发射成功后利 用卫星进行定位和导航的研究工作提到了议事日程 n 1967年7月美国政府批准对海军导航卫星系统广播星历 解密 并提供

5、民用 n 1973年开始筹建GPS n 1994年全面建成 历时20年 耗资200亿美元 n 在全球商业导航定位应用方面 一直处于绝对垄断地位 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 n 该系统从80年代初建设 n 1995年12月14日 系统的24颗卫星全部就位 1996年初 投入运行 打破了美国GPS一统天下的局面 n 因国家经济不景气 航天经费投入不足 卫星寿命过短 2001年前一直在低谷徘徊 最少时仅仅有6颗在运行 n 2001年后 随着经济的复苏 俄罗斯也重新拉开了部署该 系统的序幕 目前已有17颗星正在运行 和GPS相比 格洛 纳斯 系统具有更强的抗干扰能力 俄罗斯的格罗纳斯系统

6、CLONASS 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 欧盟的伽利略系统 GALILEO n 为了冲破美国的垄断 欧盟2002年正式批准 开发自己的 伽利略 导航卫星定位系统 n 伽利略系统是由欧盟主导的新一代民用全球卫星导航系统 耗资 超过30亿欧元 系统由两个地面控制中心和30颗卫星组成 其中27 颗为工作卫星 3颗为备用卫星 卫星轨道高度约2 4万公里 位于3 个倾角为56度的轨道平面内 n 美国GPS向别国提供的卫星信号 只能发现地面大约10米长的物 体 而伽利略的卫星则能发现1米长的目标 一位军事专家形象地比 喻说 GPS系统只能找到街道 而伽利略则可找到家门 n 2011 11 5

7、日欧洲伽利略导航系统首批卫星进入激活测试阶段 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 u1983年提出创建北斗导航定位系统 u2000年10月31日北斗一号在西昌卫星发射中心发射升空 u2000年12月21日第二颗北斗导航实验卫星在西昌发射中心发 射升空 u2011年7月27日 我国在西昌卫星发射中心用 长征三号甲 运载火箭 成功将第九颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道 n 覆盖范围 我国计划2012年左右 北斗 系统将覆盖亚太地 区 2020年左右覆盖全球 n 定位精度 10米 精度与GPS相当 n 功能 快速实时定位 简短通信 可一次传送120个汉字短 文 精密授时 可提供20ns的时间同

8、步精度 中国的北斗导航定位系统 BEIDOU 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 2 1 GPS的分类 1 按接收机的用途不同分类 1 导航型接收机 实时给出运动载体的位置和速度 2 测地型接收机 精密的大地测量和工程测量 3 授时型接收机 天文台及无线电通信 2 按接收机的载波频率不同分类 1 单频接收机 2 双频接收机 4 2 GPS的分类与特点 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 导航型GPS机 手持型GPS机 车载型GPS机 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 大地型GPS接收机 物流信息技

9、术 管理系 信管教研室 刘玉 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 2 1 GPS的分类 3 按接收机的通道数不同分类 1 多通道接收机 2 序贯通道接收机 3 多路多用通道接收机 4 按接收机工作原理分类 1 码相关型接收机 2 平方型接收机 3 混合型接收机 4 干涉型接收机 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 2 2 GPS的特点 1 定位精度高 2 覆盖面广 全天候 全球范围 3 观测时间短 4 被动式 全天候的导航能力 不会暴露用户位置 5 操作简便 轻便 傻瓜化 6 功能多 应用广 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 3 GPS的构成 GPS卫星星座 GPS信

10、号接收机地面监控系统 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 n 24颗卫星 21 3备用 n 6个轨道平面 每个轨道4颗卫星 n 相对赤道55 轨道倾角 n 20200km轨道高度 地面高度 n 11小时58分轨道周期 n 5个多小时出现在地平线以上 每颗星 4 3 1空间部分 GPS卫星星座 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 3 1空间部分 GPS卫星星座 作用 n接收 存储导航电文 n生成用于导航定位的信号 测距码 载波 n发送用于导航定位的信号 采用双相调制法调制在 载波上的测距码和导航电文 n接受地面指令 进行相应操作 n其他特殊用途 如通讯 监测核暴等 主要设备 n太阳能

11、电池板 n原子钟 2台铯钟 2台铷钟 n信号生成与发射装置 23 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 GPS卫星 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 地面监控部分主要包括 一个主控站 科罗拉多 斯普灵 三个注入站 大西洋 阿松森 Ascencion 印度洋 迪戈 加西亚 Diego Garcia 太平洋 卡瓦加兰 kwajalein 五个监测站 1个主控站 3个注入站 夏威夷 Hawaii 55 夏威夷 阿松森迪戈 伽西亚 卡瓦加兰 科罗拉多 斯必灵 4 3 2地面监控部分 地面监控系统 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 n地面控制站是由美国国防部控制 主要工作是追踪及 预测GP

12、S卫星 控制GPS卫星状态及轨道偏差 维护 整套GPS卫星工作正常 n注入站的主要作用是将主控站需传输给卫星的资料以 既定的方式注入到卫星存储器中 每天注入3次 n监测站的主要任务是为主控站提供卫星观测数据 主控站的作用 收集数据 数据处理 监测与协调 控制卫星 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 3 3用户设备部分 GPS信号接收机 nGPS信号接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选 择的待测卫星的信号 并跟踪这些卫星的运行 对所接收 的GPS信号进行变换 放大和处理 解译出GPS卫星所发 送的导航电文 实时地计算出测站的三维位置 甚至三维 速度和时间 nGPS信号接收机的基本结构

13、是天线单元和接收单元两部 分 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 GPS信号接收机 GPSGPS信号接收机组成信号接收机组成 天线单元天线单元 带前置放大器 带前置放大器 接收天线 接收天线 接收单元接收单元 信号通道 信号通道 存储器 存储器 微处理器 微处理器 输入输出设备 输入输出设备 电源 电源 天线单元 接收单元 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 GPS定位技术的缺点 uGPS需要良好的对天通视 u接收天线的观测视野中不应存在障碍物 u受强磁场 高压线等辐射影响 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 4 1 GPS常用术语 1 坐标 Coordinate GPS坐标有

14、二维和三维两种 当GPS能够收到4颗及 以上卫星的信号时 它可以计算出本地的三维坐标 经度 纬度 高度 2 路标 Landmark or Waypoint 路标是GPS数据核心 它是构成 路线 的基础 GPS内存中保存有一个点的坐标值 在有GPS信号时 按一下MARK键 它就会将当前的点记成一个路标 并产生一个默认的例如 LMK01 的名字 用户可以把它 修改成一个易认的名字 还可以给它选定一个图标 4 4 GPS工作原理概述 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 4 1 GPS常用术语 3 路线 Route 路线是GPS内存中存储的一组数据 包括一个起点和一 个终点的坐标 还可以包括若

15、干中间点的坐标 每两个坐标 点之间的线段叫做一条 腿 常见GPS能存储20条路线 每 条路线30条 腿 4 前进方向 Heading GPS没有指南针的功能 静止不动时它不知道方向 但 是一旦动起来 它就能知道自己的运动方向 GPS每隔1s更 新一次当前地点信息 将每一点的坐标与上一点的坐标进行 比较 就可以知道前进方向 前进方向以多少度显示 这个 度数是手表表盘朝上12 00指向北方 顺时针转的角度 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 4 1 GPS常用术语 5 导向 Bearing 设定 走向 目标 按GOTO键 然后从列表中选择一个路 标 以后 导向 功能将导向此路标 如果目前有

16、活跃路线 Activity route 那么 导向 的点是路线中第一个路点 每到 达一个路点后 自动指到下一个路点 6 日出日落时间 Sun raise set time 日出 日落时间是GPS根据当地经度和日期计算得到的 是指平原地区的日出 日落时间 GPS的时间是从卫星信号得 到的格林威治时间 对中国来说应设 8h 此值只与时间的显 示有关 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 4 1 GPS常用术语 7 足迹线 GPS每秒更新一次坐标信息 所以可以记载自 己的运动轨迹 Plot trail 一般GPS能记录1 024个 足迹点 足迹点的采样有自动和定时两种方式 n 自动采样由GPS自动决定足迹点的采样方式 一 般是只记录方向转折点 长距离直线行走时不记点 n 定时采样可以规定采样时间间隔 物流信息技术 管理系 信管教研室 刘玉 4 4 2 GPS的基本工作原理 GPS定位原理 GPS定位采 用空间被动式测量 原理 卫星不间断 地发送自身的星历 参数和时间信息 用户接收到这些信 息后 经过计算求 出接收机的三维位 置 三维方向以及 运动速度和时间信 息 物流信息技术 管理系