文档介绍：第十章汽车导航系统第一节概述第二节 GPS 的工作原理第三节汽车 GPS 的作用类型及特点第四节汽车导航技术的发展前景第一节概述一、***导航系统目前,世界上正在运行的全球***导航系统主要有两大系统, 即美国的 GPS 系统和俄罗斯的 GLONASS( 格鲁纳斯)系统。近年来,欧洲也提出了具有自己特色的 GALILEO( 伽利略)全球***计划。中国在 21世纪初也已开始建设拥有自主知识产权的全球***导航系统,即北斗星卫星导航系统。该系统空间段由 5颗静止轨道卫星和 30颗非静止卫星组成,提供开放服务和授权服务两种服务方式。在太空的全球***导航系统方面,将形成美、俄、欧、中“四强争霸”的格局。下一页返回第一节概述由于美国的全球***系统 GPS 在大多数国家和地区得到了广泛应用,这里主要介绍美国的 GPS 系统***系统( Glohl Positioning System , GPS) 目前是广泛应用于汽车的定位导航系统。它是基于美国发射的 24颗共同作用的军用卫星网络, 实现世界范围导航的。 24颗卫星分布在互成 60°的6个椭圆轨道面上,如图10一1所示。 GPS 是以 24颗定位人造卫星为基础,向全球各地全大候提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电定位导航系统。 GPS 汽车定位系统如图 10 -2 所示,它由三部分构成,一是地面控制部分,由主控站、地面大线、监测站及通信辅助系统组成。二是空间部分,由 24颗卫星组成,分布在 6个轨道平面。三是用户接收部分,由卫星大线、 GPS 接收机和数据处理软件组成。下一页返回上一页第一节概述 GPS 的主要特点:全大候;全球覆盖;三维定位、三维定速、定时、高精度;快速、省高效率;应用广泛、多功能 GPS 的应用:①陆地应用,主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测和市政规划控制等。②海洋应用,包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降检测等。③航空航大应用,包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航大器防护探测等。下一页返回上一页第一节概述二、合成导航系统如果没有地面标记和不能持续地按大文方法确定地点,则需要采用合成导航,如图 10 -3 所示。返回上一页第二节 GPS 的工作原理一、 GPS 定位原理 ,如确定大空星星的位置,可取太阳或可见山峰为参考系。为确定物体位置的参考系统至少要确定参考系统的原点和零点以及相应的主方向。在实际中用坐标系确定物体位置,位置参考系统之一就是笛卡尔直角、直线坐标系,如大家熟知的城市地图。要在地球上的很大空间确定物体的位置就无法再用笛卡尔坐标系, 只能采用带圆形线网格的地理坐标系。下一页返回第二节 GPS 的工作原理在北南方向并在两极相交的所有坐标线称为子午线。子午线在赤道按角度距离分为东经度和西经度,零子午线始于伦敦的格林尼治,这就是经线。第二组坐标线从东向西,并与所有的子午线成直角相交。赤道是北纬线和南纬线计数的始点。对这样的坐标线作适当修改就能用于实际的地球体。只是这些坐标线不再是圆形的,而是复杂的曲线。根据这些曲线就可用两个数确定地球上的每一个点。下一页返回上一页第二节 GPS 的工作原理在地图上画出地球表面纬线有一种适用于地面导航的有效的坐标系方法,如麦卡托( Mersaton )投射法和以此为基础的通用横向麦卡托投影法( Univesale Transversals Mersaton-Projektion , UTM ) 。其方法是:画出从地球引出的投影射线落向圆柱形罩上的球形的地球表面上的每一个点,这些点一方面靠在赤道线上,另一方面旋转 90°靠在子午线上,如图 10 -4 、图10一5所示。在不断制作时会出现不可避免的失真,需用失真因数进行修正。展开圆柱形罩就可得到一张平面图。下一页返回上一页第二节 GPS 的工作原理 2. GPS 定位原理 24颗 GPS 卫星均匀分布在离地约 20 000 km 的位置,并在 6个不同的旋转轨道上每 12h 绕地球转动一次,并且每秒 50次向地球发送专门的位置信号、识别信号和时间信号在任意时刻,地面上的任意一点都可以同时观测到 4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知,在 GPS 观测中,我们可得到卫星与接收机之间的距离,利用三维坐标中的距离公式、 3颗卫星,就可以组成 3个方程, 解出观测点的位置(X, Y, Z) 。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有 4