智能运输系统概论第6章.pptx

目目 录录第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 智能运输系统的体系框架智能运输系统的体系框架第第3 3章章 智能运输系统的理论基础智能运输系统的理论基础第第4 4章章 交通信息采集与处理技术交通信息采集与处理技术第第5 5章章 通信技术通信技术第第6 6章章 车辆定位技术车辆定位技术第第7 7章章 网络技术网络技术第第8 8章章 数据库技术数据库技术第第9 9章章 新技术在智能运输系统中的应用新技术在智能运输系统中的应用第第1010章章 交通信息服务系统交通信息服务系统第1页/共50页第第6 6章章 车辆定位技术车辆定位技术 概述概述6.1 GPSGPS定位技术定位技术6.2 北斗卫星定位技术北斗卫星定位技术6.3 组合定位技术组合定位技术6.4 小结小结6.5第2页/共50页6.1 概述概述在在交交通通运运输输管管理理中中，卫卫星星定定位位导导航航系系统统与与GISGIS电电子子地地图图、无无线线电电通通信信网网络络及及计计算算机机车车辆辆管管理理信信息息系系统统相相结结合合，可可以以实现实现车辆跟踪车辆跟踪和和交通管理交通管理等许多功能。等许多功能。车车载载诱诱导导要要实实现现自自动动跟跟踪踪车车辆辆的的当当前前位位置置，并并为为出出行行者者提提供供从从当当前前位位置置到到目目的的地地的的最最优优路路径径，只只有有做做到到实实时时准准确确的当前的当前位置跟踪显示位置跟踪显示，才能实现真正意义上的诱导。，才能实现真正意义上的诱导。因因此此，准准确确定定位位是是实实现现智智能能运运输输系系统统主主要要功功能能的的前前提提条条件件。车辆定位的目的与意义车辆定位的目的与意义第3页/共50页6.1 概述概述从目前发展情况来看可用于从目前发展情况来看可用于移动车辆定位移动车辆定位的的方法方法有：有：GPSGPS单单 独独 定定 位位、GLONASSGLONASS单单 独独 定定 位位、北北 斗斗 定定 位位、GPS/GLONASSGPS/GLONASS组组合合定定位位、GPS/DRSGPS/DRS组组合合定定位位、GPS/INSGPS/INS组组合合定位定位、GNSSGNSS定位定位、GNSS/INSGNSS/INS定位定位、GSMGSM定位定位等。等。此外还有一些此外还有一些辅助的定位方法辅助的定位方法，如：，如：地地图图匹匹配配（Map Map MatchingMatching）技技术术，信信号号杆杆SPSP（Signal Signal PolePole），卫卫星星无无线线电电定定位位业业务务（Radio Radio Determination Determination Satellite ServiceSatellite Service，简称，简称RDSSRDSS）等。）等。第4页/共50页6.1 概述概述GPSGPS全全称称为为导导航航卫卫星星测测时时和和测测距距/全全球球定定位位系系统统，英英文文全全 称称 为为 Navigation Navigation Satellite Satellite Timing Timing and and Ranging/Global Ranging/Global Positioning Positioning SystemSystem。目目前前在在地地球球上上空空已有已有2727颗颗GPSGPS卫星卫星（包括（包括3 3颗备份卫星）在运行颗备份卫星）在运行.GPSGPS定位系统定位系统GPSGPS已已经经成成功功地地应应用用于于大大地地测测量量、工工程程测测量量、航航空空摄摄影影测测量量、运运载载工工具具导导航航和和管管制制、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多多种种学学科科，给给测测绘绘领领域域带带来来一场深刻的技术革命。一场深刻的技术革命。第5页/共50页6.1 概述概述全全球球海海军军导导航航卫卫星星系系统统（Global Global Navy Navy Navigation Navigation Satellite Satellite SystemSystem，简简称称GLONASSGLONASS）是是前前苏苏联联紧紧跟跟美美国国GPSGPS空空间计划平行发展的。间计划平行发展的。截截止止19951995年年底底，一一共共发发射射了了7373颗颗卫卫星星。现现在在，在在轨轨道道上上正常运行的卫星有正常运行的卫星有2525颗颗，已经完成了，已经完成了24+124+1的星座布局。的星座布局。GLONASSGLONASS系系统统的的2424颗颗卫卫星星均均匀匀分分布布在在三三个个轨轨道道平平面面上上，每每个平面上分布个平面上分布8 8颗卫星，轨道平面相互间隔颗卫星，轨道平面相互间隔 。GLONASSGLONASS系系统统的的支撑系统是是由由地地面面上上的的5 5个个跟跟踪踪站站和和9 9个个监监控站控站组成，提供着组成，提供着GLONASSGLONASS卫星的卫星的导航电文。GLONASSGLONASS定位系统定位系统第6页/共50页6.1 概述概述是是由由“两两弹弹一一星星”功功勋勋奖奖章章获获得得者者、中中国国科科学学院院院院士士陈芳允先生陈芳允先生于于19831983年提出来的。年提出来的。“北北斗斗一一号号”试试验验系系统统后后，第第二二代代北北斗斗卫卫星星导导航航系系统统的的建建设设也也拉拉开开序序幕幕，于于20072007年年4 4月月、20092009年年4 4月月、20102010年年1 1月和月和6 6月，各发射了四颗北斗卫星。月，各发射了四颗北斗卫星。20072007年年，与与美美国国的的GPSGPS、俄俄罗罗斯斯的的GLONASSGLONASS和和欧欧洲洲的的GalileoGalileo卫卫星星导导航航系系统统一一起起被被确确认认为为全全球球四四大大卫卫星星导导航航系系统统。截截至至20122012年年底底已已成成功功发发射射了了1616颗颗“北北斗斗”导导航航卫卫星星，北北斗斗导导航航业业务务正正式式对对亚亚太太地地区区提提供供无无源源定定位位、导导航航、授授时服务时服务。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统第7页/共50页6.1 概述概述伽伽利利略略定定位位系系统统（GalileoGalileo）是是欧欧盟盟一一个个正正在在建建造造中中的的卫卫星星定定位位系系统统，是是继继美美国国GPSGPS、俄俄罗罗斯斯GLONASSGLONASS及及中中国国北斗北斗后，第四个可以供民用的定位系统。后，第四个可以供民用的定位系统。GalileoGalileo系系统统计计划划在在轨轨卫卫星星3030颗颗，建建成成后后将将提提供供开开放放服服务务、商商业业服服务务、公公共共规规范范服服务务以以及及生生命命安安全全服服务务等等四四种种导导航航服服务务。开开放放服服务务提提供供任任何何人人自自由由使使用用，信信号号将将会会广广播播在在1164-1214MHz1164-1214MHz以以及及1563-1591MHz1563-1591MHz两两个个频频带带上上。同同时接受两个频带的信号时接受两个频带的信号水平误差水平误差4 4米米，垂直误差垂直误差8 8米米。Galileo Galileo定位系统定位系统第8页/共50页6.1 概述概述19961996年年，美美国国、俄俄罗罗斯斯、欧欧洲洲和和日日本本决决定定在在1998-1998-19991999年年期期间间采采用用一一套套被被称称为为GNSSGNSS（Global Global Navigation Navigation Satellite Satellite SystemSystem，全全球球导导航航卫卫星星系系统统）的的用用于于地地球球同同步卫星的步卫星的增强型卫星系统增强型卫星系统。随随着着世世界界各各国国对对卫卫星星导导航航的的重重视视和和发发展展，国国际际GNSSGNSS系系统统正正逐逐渐渐成成为为一一个个多多系系统统、多多层层面面、多多模模式式的的复复杂杂组组合合系统。系统。美美国国航航空空无无线线电电技技术术委委员员会会（RTCARTCA）是是该该计计划划的的主主要要的的策策划划者者，开开发发GNSSGNSS系系统统的的宗宗旨旨是是为为了了利利用用所所有有的的导导航航卫星信息卫星信息。全球导航卫星系统全球导航卫星系统（GNSSGNSS）第9页/共50页6.1 概述概述数数字字蜂蜂窝窝移移动动通通信信中中被被广广泛泛使使用用的的GSMGSM（Global Global System System for for Mobile Mobile CommunicationsCommunications，全全球球移移动动通通信信系系统），是由统），是由模拟蜂窝移动通信模拟蜂窝移动通信发展起来的。发展起来的。GSMGSM系系统统集集中中了了现现代代信信源源编编码码技技术术，信信道道编编码码、交交织织、均均衡衡技技术术，数数字字调调制制技技术术，话话音音编编码码技技术术以以及及慢慢跳跳频频技技术术，同同时时在在系系统统中中引引入入了了大大量量计计算算机机控控制制和和管管理理。GSMGSM系系统统提提供供多多种种电电信信服服务务，包包括括话话音音、电电文文、图图像像、传传真真、计算机文件、消息计算机文件、消息等。等。利利用用现现有有移移动动通通信信系系统统中中基基站站和和移移动动终终端端之之间间的的无无线线电信号传播特征，同样可以实现电信号传播特征，同样可以实现移动站定位移动站定位。数字蜂窝移动通信定位系统数字蜂窝移动通信定位系统第10页/共50页6.1 概述概述航航位位推推算算技技术术（Dead-ReckoningDead-Reckoning，简简称称DRDR）是是自自主主定定位位的的，一一般般不不受受外外界界环环境境的的影影响响，可可以以通通过过自自身身的的推推算算得得出出车车辆辆载载体体的的位位置置和和速速度度信信息息，这这是是航航位位推推算算技技术术的的优优点点。但但是是，航航位位推推算算系系统统本本身身的的误误差差是是随随时时间间积积累累的的，因此它单独工作时因此它单独工作时不能长时间保持高精度不能长时间保持高精度。另另外外，航航位位推推算算系系统统基基本本由由测测量量航航向向的的传传感感器器和和测测量量距距离离的的传传感感器器构构成成。测测量量航航向向角角的的传传感感器器主主要要有有磁磁罗罗盘盘、差差动动里里程程仪仪和和角角速速率率陀陀螺螺；测测量量距距离离变变化化的的传传感感器器主主要要有加速度计、里程仪、多普勒雷达等。有加速度计、里程仪、多普勒雷达等。航位推算技术航位推算技术第11页/共50页6.1 概述概述地地图图匹匹配配技技术术（Map Map MatchingMatching，简简称称MMMM）就就是是引引入入地地图图上上的的信信息息，通通过过将将定定位位导导航航系系统统的的位位置置信信息息与与地地图图坐坐标标信信息息进进行行比比较较和和融融合合，从从而而提提高高整整个个系系统统的的定定位位精精度度。地图匹配的地图匹配的假设条件假设条件是是车辆应该行驶在道路上车辆应该行驶在道路上。当当导导航航系系统统确确定定的的车车辆辆位位置置精精度度不不高高时时，车车辆辆位位置置将将偏偏离离道道路路，地地图图匹匹配配技技术术就就会会找找到到一一条条最最近近的的道道路路，并并将车辆位置匹配到道路上。将车辆位置匹配到道路上。地图匹配技术地图匹配技术第12页/共50页第第6 6章章 车辆定位技术车辆定位技术 概述概述6.1 GPSGPS定位技术定位技术6.2 北斗卫星定位技术北斗卫星定位技术6.3 组合定位技术组合定位技术6.4 小结小结6.5第13页/共50页GPSGPS定定位位采采用用空空间间被被动动式式测测量量原原理理，即即在在测测站站上上安安置置GPSGPS用用户户接接收收系系统统，以以各各种种可可能能的的方方式式接接收收GPSGPS卫卫星星系系统统发发送送的的各类信号，由各类信号，由接收机解算出接收机解算出站星关系和测站的站星关系和测站的三维坐标三维坐标。美美国国的的卫卫星星导导航航定定位位系系统统用用于于测测量量时时，用用的的是是WGS-84WGS-84坐坐标系标系。6.2.1 GPS定位原理定位原理第14页/共50页 如如图图所所示示，欲欲确确定定平平面面上上一一点点O O的的位位置置，需需要要两两个个参参考考点点O1O1和和O2O2并并测测定定R1R1和和R2R2的的距距离离（3 3个个点点不不能能在在一一条条直直线线上上）。同同理理，确确定定三三维维空空间间中中一一点点的的位位置置，需需要要3 3个个参参考考点点，并并测测定定待待测测点点与与这这3 3个个参参考考点点的的距距离离（4 4个个点点不不能能在在一一个个平平面面上上）。因因此此，理理想想情情况况下下，通通过过测测定定地地球球上上某某一一点点与与3 3颗颗卫卫星星的的距离距离，即可确定该点的，即可确定该点的空间位置空间位置。6.2.1 GPS定位原理定位原理第15页/共50页GPSGPS的的卫卫星星时时钟钟基基频频f0=10.23MHzf0=10.23MHz，在在L L频频段段上上配配有有两两种种基频基频：L0L0载波：载波：fL1=154 f0=1575.42MHzfL1=154 f0=1575.42MHz；L1L1载波：载波：fL2=120 f0=1227.60MHzfL2=120 f0=1227.60MHz；GPSGPS的的每每一一颗颗卫卫星星连连续续不不断断地地发发送送可可跟跟踪踪的的惟惟一一编编码码序序列列，GPSGPS接接收收机机据据此此辨辨认认相相关关卫卫星星。GPSGPS的的测测距距码码（P P码码和和C/AC/A码码）和和数数据据码码都都是是采采用用扩扩频频伪伪码码的的调调相相技技术术PSKPSK调调制制到到载载波波上上去去的的。在在L1L1频频段段上上有有数数据据流流和和两两种种测测距距码码分分别别以以同同向向和和正交正交方式进行调制，其方式进行调制，其信号结构信号结构为：为：6.2.1 GPS定位原理定位原理第16页/共50页6.2.1 GPS定位原理定位原理在在L1L1频段上只有频段上只有P P码进行码进行双向调制双向调制：将将卫卫星星与与接接收收机机振振荡荡器器产产生生的的码码序序列列进进行行相相关关处处理理就就完完成成了了对对某某一一卫卫星星的的跟跟踪踪和和锁锁定定；进进一一步步进进行行解解调调，可可得得到到导导航航电电文文 ，又又可可求求出出卫卫星星信信号号的的传传播播时时间间，乘乘上上光光速速便便得得到到从从卫卫星星到到接接收收机机的的伪伪距距。GPSGPS定定位位是是通通过过伪伪距距测测量量得得到到的的，由由于于存存在在时时钟钟差差、大大气气效效应应、接接收收机机误误差差，这这里里的的伪伪距距并并非实距，伪距数学表达式为：非实距，伪距数学表达式为：只只要要同同时时观观测测到到4 4颗颗卫卫星星，就就可可实实现现三三维维定定位位（经经度度、纬度、高度）。纬度、高度）。第17页/共50页6.2.2 GPS定位误差分析定位误差分析1 1）电离层延迟误差）电离层延迟误差电电离离层层引引起起信信号号的的延延迟迟，相相位位传传播播的的超超前前，它它们们大大小小相相等等、符符号号相相反反。电电离离层层传传播播的的影影响响与与沿沿卫卫星星和和用用户户接接收收机机视视线线方方向向的的总总的的电电子子数数（TECTEC）有有关关，与与信信号号频频率率的的平平方方成成反比。反比。TECTEC的函数关系复杂，与时间、位置和太阳活动有关。的函数关系复杂，与时间、位置和太阳活动有关。2 2）对流层的延迟影响）对流层的延迟影响 对对流流层层传传播播延延迟迟是是由由于于电电磁磁波波信信号号通通过过对对流流层层时时，其其传传播播速速度度小小于于光光速速引引起起的的附附加加延延迟迟，一一般般可可达达220m220m。它它一一般般与与湿湿度度、大大气气压压、温温度度以以及及高高度度角角有有关关。对对流流层层影影响响变变化缓慢，呈低频特性。化缓慢，呈低频特性。第18页/共50页6.2.2 GPS定位误差分析定位误差分析3 3）SASA的影响的影响 SASA即即选选择择可可用用性性（Selective Selective AvailabilityAvailability）。在在所所有有的的GPSGPS工工作作卫卫星星上上实实施施SASA政政策策，使使水水平平定定位位精精度度降降低低至至100m100m，垂垂直直定定位位精精度度为为156m156m，时时间间精精度度为为175ns175ns。SASA政政策策已已于于20002000年年5 5月月1 1日停止使用。日停止使用。4 4）星历误差）星历误差 卫卫星星星星历历误误差差是是由由于于星星历历预预报报与与模模型型的的不不完完善善而而导导致致的的，它它直直接接影影响响了了卫卫星星位位置置的的解解算算，从从而而导导致致定定位位解解的的误误差差。卫卫星星星星历历是是周周期期性性变变化化规规律律，一一般般始始于于一一个个均均匀匀分分布布的值，之后呈指数规律变化，直到下一星历注入。的值，之后呈指数规律变化，直到下一星历注入。第19页/共50页6.2.2 GPS定位误差分析定位误差分析5 5）地球自转的影响）地球自转的影响在在计计算算卫卫星星和和用用户户之之间间的的距距离离时时，涉涉及及到到卫卫星星发发射射信信号号的的时时刻刻和和用用户户接接收收信信号号的的时时刻刻，而而计计算算时时用用到到的的地地心心坐坐标标系系，只只能能是是某某一一时时刻刻的的瞬瞬时时坐坐标标系系，在在发发射射时时刻刻到到接接收收时时刻刻这这一一时时段段，惯惯性性坐坐标标系系中中的的用用户户、卫卫星星随随坐坐标标系系一一起起运运动动，所所以以计计算算几几何何距距离离时时，要要考考虑虑地地球球自自转转的的修修正正，从从而而消除惯性坐标系对距离计算造成的误差。消除惯性坐标系对距离计算造成的误差。6 6）接收机相关误差）接收机相关误差接接收收机机相相关关误误差差主主要要包包括括通通道道偏偏差差、量量测测噪噪音音、时时钟钟模模型的误差、硬件噪音和延迟等。型的误差、硬件噪音和延迟等。第20页/共50页6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法 由由于于SASA政政策策的的存存在在，GPSGPS系系统统提提供供的的单单点点定定位位精精度度在在100m100m左左右右。即即使使是是在在SASA政政策策停停止止使使用用后后，其其单单点点定定位位精精度度也也只只有有2040m2040m，难难以以满满足足高高精精度度的的定定位位需需求求。差差分分GPSGPS定定位位技技术术解解决决了了这这个个问问题题。所所谓谓差差分分GPSGPS（Differential Differential GPSGPS，简简称称DGPSDGPS）就就是是将将一一个个已已精精确确测测定定的的已已知知点点作作为为差差分分基基准准点点，在在此此点点安安装装GPSGPS接接收收机机，连连续续接接收收GPSGPS信信号号，通通过过处处理理再再与与已已知知的的精精确确位位置置作作比比较较，不不断断确确定定当当前前的的误误差差，然然后后把把它它通通过过通通信信链链传传送送至至该该地区的地区的所有移动所有移动GPSGPS用户用户，以，以修正修正它们的定位解。原理图为：它们的定位解。原理图为：第21页/共50页6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法差差分分GPSGPS实实时时定定位位技技术术基基本本上上可可分分为为两两种种类类型型，即即局局域域差差分分GPSGPS和和广广域域差差分分GPSGPS。局局域域差差分分的的技技术术特特点点是是向向用用户户提提供供综综合合的的差差分分GPSGPS改改正正信信息息观观测测值值改改正正，而而不不是是提提供供单单个个误误差差源源的的改改正正，作作用用范范围围比比较较小小，一一般般在在150km150km之之内内。广广域域差差分分的的技技术术特特点点是是将将主主要要误误差差源源分分别别加加以以计计算算，并并分分别别向用户提供这些差分信息，作用的范围比较大。向用户提供这些差分信息，作用的范围比较大。实实现现DGPSDGPS的的方方法法包包括括位位置置差差分分法法、伪伪距距差差分分法法、载载波波相相位位差差分分法法等等，这这3 3类类差差分分方方法法的的工工作作方方式式是是相相同同的的，即即都都由由基基准准站站发发送送改改正正数数，由由用用户户接接收收并并对对其其测测量量结结果果进进行行改改正正，以以获获得得精精确确的的定定位位结结果果。所所不不同同的的是是，三三种种方方法法发发送改正数的送改正数的具体内容不一样具体内容不一样，其差分，其差分定位精度也不同定位精度也不同。第22页/共50页6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法 1 1）位置差分原理位置差分原理 这这是是一一种种最最简简单单的的差差分分方方法法。安安装装在在基基准准站站上上的的GPSGPS接接收收机机观观测测到到4 4颗颗卫卫星星后后便便可可进进行行三三维维定定位位，解解算算出出基基准准站站的的坐坐标标。由由于于存存在在着着轨轨道道误误差差、时时钟钟误误差差、SASA影影响响、大大气气影影响响、多多径径效效应应以以及及其其他他误误差差，解解算算出出的的坐坐标标与与基基准准站站的已知坐标是不一样的，的已知坐标是不一样的，存在误差存在误差。即：。即：第23页/共50页6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法基基准准站站利利用用数数据据链链将将此此改改正正数数发发出出去去，由由用用户户站站接接收收，并且对其解算的用户站坐标进行并且对其解算的用户站坐标进行改进改进：如考虑到用户站的位置如考虑到用户站的位置改正值改正值瞬间变化瞬间变化，则：，则：第24页/共50页6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法 最最后后得得到到的的改改正正后后的的用用户户坐坐标标已已消消去去了了基基准准站站与与用用户户站站的的共共同同误误差差。以以上上步步骤骤的的先先决决条条件件是是基基准准站站和和用用户户站站观观测测同一组卫星同一组卫星。这这种种差差分分方方法法的的优优点点是是计计算算方方法法简简单单，只只需需要要在在解解算算的的坐坐标标中中加加改改正正数数即即可可，能能适适用用于于一一切切GPSGPS接接收收机机，包包括括最最简简单单的的接接收收机机。缺缺点点是是必必须须严严格格保保持持基基准准站站与与用用户户站站观观测测同同一一组组卫卫星星。如如果果有有8 8颗颗可可观观测测卫卫星星，将将组组成成7070个个组组合合，基基准准站站和和用用户户站站观观测测环环境境也也不不能能保保证证完完全全相相同同，因因此此无无法法保证保证两站观测到同一组卫星。两站观测到同一组卫星。第25页/共50页6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法2 2）伪距差分原理伪距差分原理这这是是目目前前用用途途最最广广的的一一种种技技术术。在在基基准准站站GPSGPS接接收收机机测测量量出出可可见见的的所所有有卫卫星星的的伪伪距距 和和搜搜集集全全部部卫卫星星的的星星历历文文件件，计计算算出出各各卫卫星星的的地地心心坐坐标标 ，又又根根据据其其他他方方法法得得到到基基准准站站的的准准确确地地心心坐坐标标 ，则则可可利利用用二二者者反反求求出出各各卫星到基准站的卫星到基准站的实距实距：同同时时基基准准站站GPSGPS接接收收机机测测量量到到的的伪伪距距 包包含含各各种种误误差差，可以求出伪距的可以求出伪距的误差修正值误差修正值：第26页/共50页6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法又可求出伪距误差又可求出伪距误差修正值的变化率修正值的变化率：基基 准准 站站 将将 、传传 送送 给给 用用 户户，则则 用用 户户 至至 卫卫 星星 的的 伪伪 距距 为：为：由由于于修修正正后后的的伪伪距距去去除除了了基基准准站站与与用用户户共共同同的的系系统统误误差差，因而：因而：第27页/共50页6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法与与位位置置差差分分相相比比，伪伪距距差差分分具具有有如如下下优优点点：（1 1）基基准准站站能能够够提提供供可可见见的的所所有有卫卫星星的的修修正正值值，因因而而用用户户可可选选择择接接收收任任意意四四颗颗卫卫星星的的信信号号，而而前前者者要要求求用用户户与与基基准准站站接接收收相相同同的的四四颗颗卫卫星星；（2 2）计计算算的的伪伪距距修修正正值值是是直直接接在在WGS-84WGS-84坐坐标标系系上上求求得得的的，是是直直接接修修正正值值，不不用用换换算算为为当当地地坐坐标标，因因而定位而定位精度高精度高。当当然然两两种种方方法法同同时时要要求求：（1 1）基基准准站站的的坐坐标标要要精精确确测测定定，这这是是DGPSDGPS的的基基础础；2 2）用用户户与与基基准准站站之之间间的的距距离离要要有有限限制制，一般在，一般在100km100km以内，否则电离层延迟将导致较大误差。以内，否则电离层延迟将导致较大误差。第28页/共50页3 3）载波相位差分原理载波相位差分原理载载波波相相位位差差分分技技术术是是建建立立在在实实时时处处理理两两个个测测站站的的载载波波相相位位基基础础上上的的。它它能能实实时时提提供供观观测测点点的的三三维维坐坐标标，并并达达到到厘米级厘米级的高精度。的高精度。实实现现载载波波相相位位差差分分的的方方法法分分为为两两类类：修修正正法法和和差差分分法法。前前者者与与伪伪距距差差分分相相同同，基基准准站站将将载载波波相相位位修修正正量量发发送送给给用用户户站站，以以改改正正其其载载波波相相位位，然然后后求求解解坐坐标标。后后者者将将基基准准站站采集的载波相位发送给用户站进行求差解算坐标。采集的载波相位发送给用户站进行求差解算坐标。6.2.3 差分差分GPS定位原理及方法定位原理及方法第29页/共50页第第6 6章章 车辆定位技术车辆定位技术 概述概述6.1 GPSGPS定位技术定位技术6.2 组合定位技术组合定位技术6.4 小结小结6.5 北斗卫星定位技术北斗卫星定位技术6.3第30页/共50页6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理 “北北斗斗一一代代”与与“北北斗斗二二代代”两两个个系系统统在在定定位位原原理理上上采采用用的都是的都是伪距定位伪距定位。其其基基本本思思想想都都是是三三球球交交汇汇原原理理，但但由由于于一一代代系系统统的的观观测测量量只只有有两两个个且且使使用用有有源源的的工工作作方方式式，使使得得其其在在定定位位原原理理、所能够提供的定位精度上与二代系统又存在着很大的不同。所能够提供的定位精度上与二代系统又存在着很大的不同。北北斗斗卫卫星星导导航航系系统统的的定定位位是是基基于于“三三球球交交会会”原原理理，即即以以2 2颗颗卫卫星星的的已已知知坐坐标标为为圆圆心心，以以测测定定的的卫卫星星至至用用户户接接收收机机距距离离为为半半径径，作作出出2 2个个球球面面，用用户户接接收收机机必必然然位位于于这这2 2个球面交线的圆弧上。个球面交线的圆弧上。第31页/共50页6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理中中心心站站的的电电子子高高程程地地图图库库提提供供的的是是一一个个以以地地心心为为球球心心、以以球球心心至至地地球球表表面面高高度度为为半半径径的的非非均均匀匀球球面面。求求解解圆圆弧弧线线与与地地球球表表面面交交点点，并并己己知知目目标标在在赤赤道道平平面面北北侧侧（系系统统的的覆覆盖盖范范围围只只在在北北半半球球），即即可可获获得得用用户户的的二二维维位位置置。如如图图所所示。示。第32页/共50页6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理“北斗一代北斗一代”系统定位的系统定位的几何原理几何原理是：是：以以两两颗颗卫卫星星为为球球心心，以以卫卫星星到到用用户户接接收收机机的的距距离离为为半半径径形形成成两两个个球球体体。由由两两颗颗同同步步卫卫星星在在赤赤道道平平面面的的弧弧度度距距离离为为60o60o，计计算算知知两两者者的的直直线线距距离离为为4200km4200km，这这一一距距离离小小于于两两卫卫星星到到接接收收机机的的距距离离之之和和（约约7200km7200km），所所以以两两球球一一定定相相交交形形成成一一交交线线圆圆。同同步步卫卫星星的的轨轨道道平平面面与与赤赤道道平平面面重重合合，该该交交线线圆圆必必定定垂垂直直穿穿过过赤赤道道平平面面，在在地地球球的的南南北北半半球球各各有有一一个个交交点点，根根据据系系统统的的覆覆盖盖范范围围都都在在北北半半球球可可知知北北半半球球的的那那个交点就是用户接收机的位置。个交点就是用户接收机的位置。第33页/共50页6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理 “北北斗斗一一代代”的的工工作作原原理理如如上上图图所所示示。“北北斗斗一一代代”每每应应答答一一次次地地面面中中心心处处理理站站发发出出的的询询问问信信号号，地地面面中中心心处处理理站可测得以下站可测得以下两个距离两个距离：第34页/共50页6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理 其中：其中：若若已已知知用用户户的的高高程程值值为为H H（这这一一信信息息一一般般由由用用户户自自带带的的高程测量仪获得），则可以得到第三个方程：高程测量仪获得），则可以得到第三个方程：联立联立三式即可得到用户坐标。三式即可得到用户坐标。第35页/共50页6.3.1 北斗定位原理北斗定位原理 “北北斗斗二二代代”卫卫星星导导航航系系统统的的定定位位原原理理与与GPSGPS类类似似，用用户户接接收收机机在在其其覆覆盖盖范范围围内内至至少少可可以以得得到到三三个个以以上上的的观观测测量量，在在实实际际的的导导航航定定位位应应用用中中，考考虑虑到到接接收收机机与与卫卫星星的的时时钟钟没没有有严严格格的的统统一一，将将两两者者的的钟钟差差作作为为第第四四个个参参数数进进行行求求解解，因此因此至少需要四个观测方程至少需要四个观测方程：第36页/共50页6.3.2 北斗系统组成北斗系统组成 北北斗斗卫卫星星导导航航系系统统包包括括北北斗斗一一号号和和北北斗斗二二号号共共两两代代系系统统，由由空间段空间段，地面段地面段，用户段用户段三部分组成，如图所示。三部分组成，如图所示。第37页/共50页6.3.2 北斗系统组成北斗系统组成 空空间间段段包包括括五五颗颗静静止止和和三三十十颗颗非非静静止止轨轨道道卫卫星星。非非静静止止轨道卫星轨道卫星由由2727颗中圆轨道卫星和颗中圆轨道卫星和3 3颗同步轨道卫星组成。颗同步轨道卫星组成。地地面面段段包包括括主主控控站站、卫卫星星导导航航注注入入站站和和监监测测站站等等若若干干个个地地面面站站。主主控控站站主主要要任任务务是是收收集集各各个个监监测测站站段段观观测测数数据据，进进行行数数据据处处理理，生生成成卫卫星星导导航航电电文文和和差差分分完完好好性性信信息息，完完成成任任务务规规划划与与调调度度，实实现现系系统统运运行行管管理理与与控控制制等等。注注入入站站主主要要任任务务是是在在主主控控站站的的统统一一调调度度下下，完完成成卫卫星星导导航航电电文文、差分完好性信息注入和有效载荷段控制管理。差分完好性信息注入和有效载荷段控制管理。第38页/共50页6.3.2 北斗系统组成北斗系统组成监监测测站站接接收收导导航航卫卫星星信信号号，发发送送给给主主控控站站，实实现现对对卫卫星星段跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。段跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。用用户户段段包包括括北北斗斗系系统统用用户户终终端端以以及及与与其其他他卫卫星星导导航航系系统统兼兼容容的的终终端端。系系统统采采用用卫卫星星无无线线电电测测定定（RDSSRDSS）与与卫卫星星无无线线电电导导航航（RNSSRNSS）集集成成体体制制，既既能能像像GPSGPS、GLONASSGLONASS、GALILEOGALILEO系系统统一一样样，为为用用户户提提供供卫卫星星无无线线电电导导航航服服务务，又又具具有位置报告有位置报告以及以及短报文通信功能短报文通信功能。第39页/共50页6.3.3 北斗工作过程北斗工作过程 地地面面控控制制中中心心向向卫卫星星I I和和卫卫星星IIII同同时时发发送送询询问问信信号号，经经卫星转发器向服务区内的用户卫星转发器向服务区内的用户广播广播。用用户户响响应应其其中中一一颗颗卫卫星星的的询询问问信信号号，并并同同时时向向两两颗颗卫卫星星发送响应信号，经卫星发送响应信号，经卫星转发回转发回中心控制系统中心控制系统。中中心心控控制制系系统统接接收收并并解解调调用用户户发发来来的的信信号号，然然后后根根据据用用户申请的服务内容进行相应的户申请的服务内容进行相应的数据处理数据处理。对对定定位位申申请请，中中心心控控制制系系统统测测出出两两个个时时间间延延迟迟：即即从从中中心心控控制制系系统统发发出出询询问问信信号号，经经某某一一颗颗卫卫星星转转发发到到达达用用户户，用用户户发发出出定定位位响响应应信信号号，经经同同一一颗颗卫卫星星转转发发回回中中心心控控制制系系统统的的延延迟迟；从从中中心心控控制制系系统统发发出出询询问问信信号号，经经上上述述同同一一卫卫星星到到达达用用户户，用用户户发发出出响响应应信信号号，经经另另一一颗颗卫卫星星转转发发回回中中心控制系统的延迟。心控制系统的延迟。第40页/共50页6.3.3 北斗工作过程北斗工作过程由由于于中中心心控控制制系系统统和和两两颗颗卫卫星星的的位位置置均均是是已已知知的的，可可以以由由上上述述两两个个延延迟迟量量计计算算出出用用户户到到第第一一颗颗卫卫星星的的距距离离，以以及及用用户户到到两两颗颗卫卫星星距距离离之之和和，从从而而知知道道用用户户处处于于一一个个以以第第一一颗颗卫卫星星为为球球心心的的一一个个球球面面，和和以以两两颗颗卫卫星星为为焦焦点点的的椭椭球球面面之间的交线上；之间的交线上；另另外外，中中心心控控制制系系统统从从存存储储在在计计算算机机内内的的数数字字化化地地形形图图查查寻寻到到用用户户高高程程值值，又又知知道道用用户户处处于于某某一一与与地地球球基基准准椭椭球球面平行的椭球面上。面平行的椭球面上。因因此此，中中心心控控制制系系统统利利用用数数值值地地图图可可计计算算出出用用户户所所在在点点的的三三维维坐坐标标，并并将将之之与与相相关关信信息息或或通通信信内内容容一一起起发发送送到到卫卫星，经星，经卫星转发器卫星转发器传送给用户或收件人。传送给用户或收件人。第41页/共50页第第6 6章章 车辆定位技术车辆定位技术 概述概述6.1 GPSGPS定位技术定位技术6.2 组合定位技术组合定位技术6.4 北斗卫星定位技术北斗卫星定位技术6.3 小结小结6.5第42页/共50页6.4.1 GPS/DR组合定位系统组合定位系统 GPS/DR GPS/DR组合定位系统的组成组合定位系统的组成 GPS/DRGPS/DR组组合合定定位位系系统统由由GPSGPS定定位位系系统统、航航位位推推算算系系统统（DRDR）和和信信息息处处理理系系统统三三部部分分构构成成，系系统统原原理理框框图图如如图图所所示。示。第43页/共50页6.4.2 GPS/DR/MM组合定位技术组合定位技术 GPS/DR/MMGPS/DR/MM组组合合定定位位技技术术是是将将GPSGPS，航航位位推推算算和和地地图图匹匹配配三者结合起来的组合定位技术。三者结合起来的组合定位技术。将将三三者者的的信信息息进进行行融融合合，在在地地图图精精度度足足够够高高的的情情况况下下，能能够够有有效效减减少少车车辆辆运运行行时时的的累累积积误误差差，提提高高导导航航系系统统的的定定位精度位精度和和可靠性可靠性。一一般般有有两两种种方方案案：一一种种方方案案是是级级联联式式GPS/DR/MMGPS/DR/MM车车辆辆组组合合定定位位，即即将将GPSGPS和和航航位位推推算算系系统统组组合合后后的的定定位位结结果果引引入入到电子