智能运输系统概论-第6章-车辆定位技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,普通高等教育,“,十一五,”,国家级规划教材,21,世纪交通版高等学校教材,智能运输系统概论,（第三版）,杨兆升,于德新,史其信,高世廉,主编,主审,目,录,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,第,1,章,第,2,章,第,3,章,第,4,章,第,5,章,第,6,章,第,7,章,第,8,章,第,9,章,第,10,章,绪论,智能运输系统的体系框架,智能运输系统的理论基础,交通信息采集与处理技术,通信技术,车辆定位技术,网络技术,数据库技术,新技术在智能运输系统中的应用,交通信息服务系统,智能运输系统概论,目,录,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,第,11,章,第,12,章,第,13,章,第,14,章,第,15,章,第,16,章,第,17,章,第,18,章,第,19,章,第,20,章,先进的公共交通系统,先进的交通管理系统,城市交通信号控制系统,电子收费系统,高速公路交通事件管理系统,应急指挥调度系统,智能车辆与自动驾驶系统,交通需求管理,智能运输系统标准化,ITS,评价,智能运输系统概论,第,6,章,车辆定位技术,6.1,6.2,6.3,概述,GPS,定位技术,北斗卫星定位技术,组合定位技术,小结,智能运输系统概论,6.4,6.5,6.1,概述,车辆定位的目的与意义,在交通运输管理中，,卫星定位导航,系统与,GIS,电子地图,、,无线电通信网络,及,计算机车辆管理信息系统,相结合，可,以实现,车辆跟踪,和,交通管理,等许多功能。,车载诱导要实现,自动跟踪,车辆的当前位置，并为出行者,提供从当前位置到目的地的,最优路径,，只有做到,实时准确,的当前,位置跟踪显示,，才能实现真正意义上的诱导。,因此，,准确定位,是实现智能运输系统主要功能的,前提条,件,。,智能运输系统概论,6.1,概述,从目前发展情况来看可用于,移动车辆定位,的,方法,有：,GPS,单,独,定,位,、,GLONASS,单,独,定,位,、,北,斗,定,位,、,GPS/GLONASS,组合定位,、,GPS/DRS,组合定位,、,GPS/INS,组合,定位,、,GNSS,定位,、,GNSS/INS,定位,、,GSM,定位,等。,此外还有一些,辅助的定位方法,，如：,地图匹配,（,Map,Matching,）,技术,，,信号杆,SP,（,Signal,Pole,）,，,卫,星,无,线,电,定,位,业,务,（,Radio,Determination,Satellite,Service,，简称,RDSS,）等。,智能运输系统概论,6.1,概述,GPS,定位系统,GPS,全称为导航卫星测时和测距,/,全球定位系统，英文,全,称,为,Navigation,Satellite,Timing,and,Ranging/Global,Positioning,System,。目前在地球上空,已有,27,颗,GPS,卫星,（包括,3,颗备份卫星）在运行,.,GPS,已经成功地应用于,大地测量,、,工程测量,、,航空摄,影测量,、,运载工具导航和管制,、,地壳运动监测,、,工程变,形监测,、,资源勘察,、,地球动力学,等多种学科，给测绘领,域带来一场深刻的技术革命。,智能运输系统概论,6.1,概述,GLONASS,定位系统,全,球,海,军,导,航,卫,星,系,统,（,Global,Navy,Navigation,Satellite,System,，简称,GLONASS,）是,前苏联,紧跟美国,GPS,空,间计划平行发展的。,截止,1995,年,底，一共发射了,73,颗卫星。现在，在轨道上,正常运行的卫星有,25,颗,，已经完成了,24+1,的星座布局。,GLONASS,系统的,24,颗卫星均匀分布在,三个轨道平面上,，每,个平面上分布,8,颗卫星，轨道平面相互间隔,。,GLONASS,系统的,支撑系统,是由地面上的,5,个跟踪站,和,9,个监,控站,组成，提供着,GLONASS,卫星的,导航电文,。,智能运输系统概论,6.1,概述,北斗卫星导航系统,是由,“,两弹一星,”,功勋奖章获得者、中国科学院院士,陈芳允先生,于,1983,年提出来的。,“,北斗一号,”,试验系统后，第二代北斗卫星导航系统,的建设也拉开序幕，于,2007,年,4,月、,2009,年,4,月、,2010,年,1,月和,6,月，各发射了四颗北斗卫星。,2007,年，与美国的,GPS,、俄罗斯的,GLONASS,和欧洲的,Galileo,卫星导航系统一起被确认为,全球四大卫星导航系,统,。,截至,2012,年底已成功发射了,16,颗,“,北斗,”,导航卫星,，,北斗导航业务正式对亚太地区提供,无源定位,、,导航,、,授,时服务,。,智能运输系统概论,6.1,概述,Galileo,定位系统,伽利略定位系统,（,Galileo,）是,欧盟,一个正在建造中,的卫星定位系统，是继,美国,GPS,、俄罗斯,GLONASS,及中国,北斗,后，第四个可以供民用的定位系统。,Galileo,系统,计划在轨卫星,30,颗,，建成后将提供,开放,服务,、,商业服务,、,公共规范服务,以及,生命安全服务,等四,种导航服务。,开放服务,提供任何人自由使用，信号将会,广播在,1164-1214MHz,以及,1563-1591MHz,两个频带上。同,时接受两个频带的信号,水平误差,4,米,，,垂直误差,8,米,。,智能运输系统概论,6.1,概述,全球导航卫星系统（,GNSS,）,1996,年，,美国,、,俄罗斯,、,欧洲,和,日本,决定在,1998-,1999,年期间采用一套被称为,GNSS,（,Global,Navigation,Satellite,System,，,全球导航卫星系统,）的用于地球同,步卫星的,增强型卫星系统,。,随着世界各国对卫星导航的重视和发展，,国际,GNSS,系,统,正逐渐成为一个,多系统,、,多层面,、,多模式,的复杂组合,系统。,美国航空无线电技术委员会,（,RTCA,）,是该计划的主要,的策划者，开发,GNSS,系统的宗旨是为了利用所有的,导航,卫星信息,。,智能运输系统概论,6.1,概述,数字蜂窝移动通信定位系统,数,字,蜂,窝,移,动,通,信,中,被,广,泛,使,用,的,GSM,（,Global,System,for,Mobile,Communications,，全球移动通信系,统），是由,模拟蜂窝移动通信,发展起来的。,GSM,系统集中了,现代信源编码技术,，,信道编码,、,交织,、,均衡技术,，,数字调制技术,，,话音编码技术,以及,慢跳频技,术,，同时在系统中引入了大量计算机控制和管理。,GSM,系,统提供多种电信服务，包括,话音、电文、图像、传真、,计算机文件、消息,等。,利用现有移动通信系统中基站和移动终端之间的无线,电信号传播特征，同样可以实现,移动站定位,。,智能运输系统概论,6.1,概述,航位推算技术,航位推算技术,（,Dead-Reckoning,，简称,DR,）是,自主,定,位的，一般不受外界环境的影响，可以,通过自身的推算,得出车辆载体的位置和速度信息，这是航位推算技术的,优点。但是，航位推算系统本身的,误差是随时间积累的,，,因此它单独工作时,不能长时间保持高精度,。,另外，航位推算系统基本由,测量航向的传感器,和,测量,距离的传感器,构成。,测量航向角,的传感器主要有磁罗盘、,差动里程仪和角速率陀螺；,测量距离,变化的传感器主要,有加速度计、里程仪、多普勒雷达等。,智能运输系统概论,6.1,概述,地图匹配技术,地图匹配技术,（,Map,Matching,，简称,MM,）就是引入地,图上的信息，通过将,定位导航系统的位置信息,与,地图坐,标信息,进行比较和融合，从而,提高整个系统的定位精度,。,地图匹配的,假设条件,是,车辆应该行驶在道路上,。,当导航系统确定的,车辆位置精度,不高时，车辆位置将,偏离道路，,地图匹配技术,就会找到一条最近的道路，并,将车辆位置匹配到道路上。,智能运输系统概论,第,6,章,车辆定位技术,6.1,6.2,6.3,概述,GPS,定位技术,北斗卫星定位技术,组合定位技术,小结,智能运输系统概论,6.4,6.5,6.2.1 GPS,定位原理,GPS,定位,采用,空间被动式,测量原理，即在测站上安置,GPS,用户接收系统,，以各种可能的方式接收,GPS,卫星系统发,送的各类信号，由,接收机解算出,站星关系和测站的,三维坐,标,。,美国的卫星导航定位系统用于测量时，用的是,WGS-84,坐标系,。,智能运输系统概论,6.2.1 GPS,定位原理,如图所示，欲确定,平面上,一点,O,的位置，需要,两个参考,点,O1,和,O2,并测定,R1,和,R2,的距离（,3,个点不能在一条直线上）。,同理，确定,三维空间,中一点的位置，需要,3,个参考点,，并测,定待测点与这,3,个参考点的,距离,（,4,个点不能在一个平面,上）。因此，理想情况下，通过测定地球上某一点与,3,颗卫,星的距离,，即可确定该点的,空间位置,。,智能运输系统概论,6.2.1 GPS,定位原理,GPS,的卫星时钟基频,f0=10.23MHz,，在,L,频段上配有,两种,基频,：,L0,载波：,fL1,=154,f0=1575.42MHz,；,L1,载波：,fL2=120,f0=1227.60MHz,；,GPS,的每一颗,卫星,连续不断地发送可跟踪的,惟一编码序,列,，,GPS,接收机据此,辨认相关卫星,。,GPS,的测距码（,P,码和,C/A,码）和数据码都是采用扩频伪码的调相技术,PSK,调制到,载波上去的。在,L1,频段上有数据流和两种测距码分别以,同,向,和,正交,方式进行调制，其,信号结构,为：,s,L,1,(,t,),?,A,P,P,i,(,t,),D,i,(,t,),cos(,w,L,1,?,?,1,),?,A,c,C,i,(,t,),D,i,(,t,),sin(,w,L,1,t,?,?,1,),智能运输系统概论,6.2.1 GPS,定位原理,在,L1,频段上只有,P,码进行,双向调制,：,S,L,2,(,t,),?,B,P,P,i,(,t,),D,i,(,t,),cos(,w,L,2,t,?,?,2,),将卫星与接收机振荡器产生的码序列进行相关处理就,完成了对某一卫星的,跟踪和锁定,；进一步进行解调，可得,到导航电文,，又可求出卫星信号的传播时间，乘上光速,便得到从卫星到接收机的,伪距,。,GPS,定位是通过伪距测量,得到的,，由于存在时钟差、大气效应、接收机误差，这里,的伪距并非实距，伪距数学表达式为：,?,p,?,C,?,(,t,PR,?,t,SV,),?,V,P,只要,同时观测到,4,颗卫星,，就可实现三维定位（经度、,纬度、高度）。,智能运输系统概论,6.2.2 GPS,定位误差分析,1,）电离层延迟误差,电离层,引起信号的延迟，相位传播的超前，它们大小,相等、符号相反。电离层传播的影响与沿卫星和用户接收,机视线方向的总的,电子数（,TEC,）,有关，与,信号频率的平,方,成反比。,TEC,的函数关系复杂，与时间、位置和太阳活,动有关。,2,）对流层的延迟影响,对流层,传播延迟是由于电磁波信号通过对流层时，其,传播速度小于光速引起的附加延迟，一般可达,220m,。它,一般与湿度、大气压、温度以及高度角有关。对流层影响,变化缓慢，呈低频特性。,智能运输系统概论,6.2.2 GPS,定位误差分析,3,）,SA,的影响,SA,即,选择可用性,（,Selective,Availability,）。在所,有的,GPS,工作卫星上实施,SA,政策，使,水平定位精度,降低至,100m,，,垂直定位精度,为,156m,，,时间精度,为,175ns,。,SA,政策,已于,2000,年,5,月,1,日停止使用。,4,）星历误差,卫星星历误差,是由于星历预报与模型的不完善而导致,的，它直接影响了卫星位置的解算，从而导致定位解的误,差。卫星星历是周期性变化规律，一般始于一个均匀分布,的值，之后呈指数规律变化，直到下一星历注入。,智能运输系统概论,6.2.2 GPS,定位误差分析,5,）地球自转的影响,在计算卫星和用户之间的,距离,时，涉及到,卫星发射信,号的时刻,和,用户接收信号的时刻,，而计算时用到的地心坐,标系，只能是某一时刻的,瞬时坐标系,，在发射时刻到接收,时刻这一时段，惯性坐标系中的用户、卫星随坐标系一起,运动，所以,计算几何距离,时，要考虑地球自转的修正，从,而消除惯性坐标系对距离计算造成的误差。,6,）接收机相关误差,接收机相关误差,主要包括通道偏差、量测噪音、时钟,模型的误差、硬件噪音和延迟等。,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,由于,SA,政策的存在，,GPS,系统提供的单点定位精度在,100m,左右。即使是在,SA,政策停止使用后，其单点定位精度也只有,2040m,，,难以满足高精度,的定位需求。差分,GPS,定位技术解决,了这个问题。所谓,差分,GPS,（,Differential,GPS,，简称,DGPS,）,就是将一个,已精确测定的已知点,作为差分基准点，在此点安,装,GPS,接收机，连续接收,GPS,信号，通过处理再与已知的精确,位置作比较，,不断确定当前的误差,，然后把它通过通信链,传,送至,该地区的,所有移动,GPS,用户,，以,修正,它们的定位解。原理,图为：,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,差分,GPS,实时定位技术,基本上可分为,两种类型,，即,局域,差分,GPS,和,广域差分,GPS,。,局域差分,的,技术特点,是向用户提,供,综合,的差分,GPS,改正信息,观测值改正,，而不是提供,单个误差源的改正，作用范围比较小，一般在,150km,之内,。,广域差分,的,技术特点,是将主要误差源,分别加以计算,，并,分,别,向用户提供这些差分信息，作用的范围比较大。,实现,DGPS,的方法包括,位置差分法,、,伪距差分法,、,载波,相位差分法,等，这,3,类差分方法的工作方式是相同的，即,都由,基准站,发送,改正数,，由,用户接收,并对其测量结果进行,改正,，以获得精确的定位结果。所不同的是，三种方法发,送改正数的,具体内容不一样,，其差分,定位精度也不同,。,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,1,）,位置差分原理,这是一种,最简单,的差分方法。安装在基准站上的,GPS,接收机观测到,4,颗卫星,后便可进行,三维定位,，,解算,出,基准,站的坐标,。由于存在着轨道误差、时钟误差、,SA,影响、大,气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站,的已知坐标是不一样的，,存在误差,。即：,?,x,?,x,?,x,o,?,y,?,y,?,y,0,?,z,?,z,?,z,0,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,基准站,利用数据链将此,改正数,发出去,，由,用户站,接收,，,并且对其解算的用户站坐标进行,改进,：,x,u,?,x,u,?,?,x,y,u,?,y,u,?,?,y,z,u,?,z,u,?,?,z,如考虑到用户站的位置,改正值,瞬间变化,，则：,d,(,?,x,),x,u,?,x,?,?,x,?,(,t,?,t,0,),d,t,d,(,?,y,),*,y,u,?,y,u,?,?,y,?,(,t,?,t,0,),d,t,d,(,?,z,),*,z,u,?,z,u,?,?,z,?,(,t,?,t,0,),d,t,*,u,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,最后,得到的改正后的用户坐标已,消去了,基准站与用户,站的,共同误差,。以上步骤的先决条件是基准站和用户站观,测,同一组卫星,。,这种差分方法的,优点,是,计算方法简单,，只需要在解算,的坐标中加改正数即可，能,适用于一切,GPS,接收机,，包括,最简单的接收机。,缺点,是必须严格保持基准站与用户站,观,测同一组卫星,。如果有,8,颗可观测卫星，将组成,70,个组合，,基准站和用户站观测环境也不能保证完全相同，因此,无法,保证,两站观测到同一组卫星。,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,2,）,伪距差分原理,这是目前用途最广的一种技术。在,基准站,GPS,接收机,测,量出可见,的所有卫星的,伪距,?,i,和,搜集,全部卫星的,星历文件,，,计算出,各卫星的,地心坐标,到,基准站的,准确地心坐标,各卫星到基准站的,实距,：,(,x,i,s,，,y,i,s,，,z,i,s,),(,x,p,，,y,p,，,z,p,),，又根据其他方法,得,，则可利用二者反,求出,i,i,i,R,s,i,?,(,x,s,?,x,p,),2,?,(,y,s,?,y,p,),2,?,(,z,s,?,z,p,),2,同时基准站,GPS,接收机测量到的伪距,?,i,包含各种误差，,可以求出伪距的,误差修正值,：,?,?,?,R,?,?,i,i,s,i,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,又可求出伪距误差,修正值的变化率,：,?,?,i,?,?,?,i,/,?,t,i,?,?,基准站将,、,?,?,i,传送给用户，则用户至卫星的,伪距,为：,i,?,uc,(,t,),?,?,u,i,(,t,),?,?,?,i,(,t,),?,?,?,i,(,t,?,t,0,),由于修正后的伪距去,除了,基准站与用户,共同的系统误差,，,因而：,i,i,?,uc,(,t,),?,R,u,?,C,?,(,?,t,PR,?,?,t,SV,),?,V,0,i,i,i,?,(,x,s,?,x,p,),2,?,(,y,s,?,y,p,),2,?,(,z,s,?,z,p,),2,?,?,d,?,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,与位置差分相比，伪距差分具有如下,优点,：（,1,）基准,站能够提供可见的,所有卫星,的修正值，因而用户可选择接,收,任意四颗,卫星的信号，而前者要求用户与基准站接收相,同的四颗卫星；（,2,）计算的伪距修正值是直接在,WGS-84,坐,标系,上求得的，是直接修正值，,不用换算,为当地坐标，因,而定位,精度高,。,当然两种方法,同时要求,：（,1,）基准站的,坐标要精确,测,定，这是,DGPS,的基础；,2,）用户与基准站之间的,距离要有限,制,，一般在,100km,以内，否则电离层延迟将导致较大误差。,智能运输系统概论,6.2.3,差分,GPS,定位原理及方法,3,）,载波相位差分原理,载波相位差分技术,是建立在,实时,处理,两个测站,的载波,相位基础上的。它能实时提供观测点的,三维坐标,，并达到,厘米级,的高精度。,实现,载波相位差分,的方法分为两类：,修正法和差分法,。,前者与伪距差分相同，基准站将,载波相位修正量,发送给用,户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。后者将基准站,采集的载波相位发送给用户站进行求差解算坐标。,智能运输系统概论,第,6,章,车辆定位技术,6.1,6.2,6.3,6.4,6.5,概述,GPS,定位技术,北斗卫星定位技术,组合定位技术,小结,智能运输系统概论,6.3.1,北斗定位原理,“,北斗一代,”,与,“,北斗二代,”,两个系统在定位原理上,采,用,的都是,伪距定位,。,其,基本思想,都是,三球交汇原理,，但由于一代系统的观,测量只有两个且使用,有源的,工作方式，使得其在定位原理、,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。,北斗卫星导航系统的定位是基于,“,三球交会,”,原理，,即以,2,颗卫星的,已知坐标为圆心,，以测定的,卫星至用户接,收机,距离,为,半径,，作出,2,个球面,，用户接收机必然位于这,2,个球面交线的圆弧上。,智能运输系统概论,6.3.1,北斗定位原理,中心站的,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，并己知目标在赤道平面北侧（系统的覆,盖范围只在北半球），即可获得用户的,二维位置,。如图所,示。,智能运输系统概论,6.3.1,北斗定位原理,“,北斗一代,”,系统定位的,几何原理,是：,以两颗卫星为球心，以卫星到用户接收机的距离为半径,形成两个球体。,由,两颗同步卫星在赤道平面的,弧度距离,为,60o,，,计算,知两者的,直线距离,为,4200km,，这一距离小于两卫,星到接收机的距离之和（约,7200km,），所以两球一定相交,形成一,交线圆,。同步卫星的轨道平面与赤道平面重合，该,交线圆必定,垂直穿过,赤道平面，在地球的南北半球各有一,个交点，根据系统的,覆盖范围都在北半球,可知北半球的那,个交点就是用户接收机的位置。,智能运输系统概论,6.3.1,北斗定位原理,“,北斗一代,”,的,工作原理,如上图所示。,“,北斗一代,”,每,应答一次地面中心处理站发出的询问信号，地面中心处理,站可测得以下,两个距离,：,?,?,1,?,（,2,R,1,?,S,1,）,?,c,*,?,t,1,?,?,?,2,?,R,1,?,S,1,?,R,2,?,S,2,?,c,*,?,t,2,智能运输系统概论,6.3.1,北斗定位原理,其中：,?,S,?,?,i,?,?,?,R,i,?,(,x,i,?,x,0,),2,?,(,y,i,?,y,0,),2,?,(,z,i,?,z,0,),2,(,x,i,?,x,),?,(,y,i,?,y,),?,(,z,i,?,z,),2,2,2,若已知用户的,高程值,为,H,（这一信息一般由用户自带的,高程测量仪获得），则可以得到第三个方程：,H,?,x,?,y,?,z,联立,三式即可得到用户坐标。,2,2,2,智能运输系统概论,6.3.1,北斗定位原理,“,北斗二代,”,卫星导航系统的定位原理与,GPS,类似，用,户接收机在其覆盖范围内,至少,可以得到,三个以上,的观测量，,在实际的导航定位应用中，考虑到接收机与卫星的,时钟没,有严格的统一,，将,两者的钟差,作为第四个参数进行求解，,因此,至少需要四个观测方程,：,?,i,(,x,n,),?,(,x,n,?,x,si,),2,?,(,y,n,?,y,si,),2,?,(,z,n,?,z,si,),2,?,n,i,?,c,*,?,t,智能运输系统概论,6.3.2,北斗系统组成,北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号共两代系统，,由,空间段,，,地面段,，,用户段,三部分组成，如图所示。,智能运输系统概论,6.3.2,北斗系统组成,空间段,包括,五颗静止,和,三十颗,非静止,轨道卫星,。,非静止,轨道卫星,由,27,颗中圆轨道卫星和,3,颗同步轨道卫星组成。,地面段,包括,主控站,、,卫星导航注入站,和,监测站,等若干个,地面站。,主控站,主要任务是,收集,各个监测站段观测数据，,进行,数据处理，,生成,卫星导航电文和差分完好性信息，,完,成,任务规划与调度，,实现,系统运行管理与控制等。,注入站,主要任务是在主控站的统一调度下，完成卫星导航电文、,差分完好性信息注入和有效载荷段控制管理。,智能运输系统概论,6.3.2,北斗系统组成,监测站,接收导航卫星信号，发送给主控站，实现对卫星,段跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。,用户段,包括北斗系统用户终端以及与其他卫星导航系统,兼容的终端。系统采用卫星无线电测定,（,RDSS,）,与卫星无,线,电,导,航,（,RNSS,）,集,成,体,制,，,既,能,像,GPS,、,GLONASS,、,GALILEO,系统一样，为用户提供卫星无线电导航服务，又,具,有位置报告,以及,短报文通信功能,。,智能运输系统概论,6.3.3,北斗工作过程,地面控制中心,向卫星,I,和卫星,II,同时发送,询问信号,，经,卫星转发器向服务区内的用户,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,户申请的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，经某一颗,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；从中心控制系统发出询问信号，经上述同一卫,星到达用户，用户发出响应信号，经,另一颗卫星,转发回中,心控制系统的延迟。,智能运输系统概论,6.3.3,北斗工作过程,由于,中心控制系统,和,两颗卫星,的,位置,均是已知的，可以,由上述两个,延迟量,计算出用户到第一颗卫星的,距离,，以及,用户到两颗卫星,距离之和,，从而知道用户处于一个以第一,颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面,之间的交线上；,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,，又知道用户处于某一与地球基准椭球,面平行的椭球面上。,因此，中心控制系统利用,数值地图,可计算出用户所在点,的,三维坐标,，并将之与相关信息或通信内容一起发送到卫,星，经,卫星转发器,传送给用户或收件人。,智能运输系统概论,第,6,章,车辆定位技术,6.1,6.2,6.3,6.4,6.5,概述,GPS,定位技术,北斗卫星定位技术,组合定位技术,小结,智能运输系统概论,6.4.1 GPS/DR,组合定位系统,GPS/DR,组合定位系统的组成,GPS/DR,组合定位系统由,GPS,定位系统,、,航位推算系统,（,DR,）和,信息处理系统,三部分构成，系统原理框图如图所,示。,智能运输系统概论,6.4.2 GPS/DR/MM,组合定位技术,GPS/DR/MM,组合定位,技术是将,GPS,，,航位推算,和,地图匹,配,三者结合起来的组合定位技术。,将三者的信息进行,融合,，在,地图精度足够高,的情况下，,能够有效减少车辆运行时的,累积误差,，提高导航系统的,定,位精度,和,可靠性,。,一般有两种方案：一种方案是,级联式,GPS/DR/MM,车辆组,合定位,，即将,GPS,和航位推算系统组合后的定位结果引入,到电子地图中，利用地图匹配技术进一步修正定位结果；,另一种方案是将,GPS,、航位推算系统和电子地图三者的,定位信息一起进行,组合滤波,，组合滤波可以采用集中式滤,波和联邦式滤波，从而得到整个系统的最优解。,智能运输系统概论,6.4.2 GPS/DR/MM,组合定位技术,在级联式,GPS/DR/MM,车辆组合定位系统中，利用里程仪,数据和角速率陀螺仪数据进行,航位推算,，将推算结果与,GPS,接收机得到的数据通过,卡尔曼滤波,实时校正,组合系统,的,误差,（元件误差、定位误差等），保证系统的稳定性并,使之具有较高的定位精度。然后通过接口与地图匹配模块,进行数据交换，并利用准确的,地图匹配数据,进一步校正,系,统误差。同时在用户界面上实时,显示,车辆位置,和,道路信息,，,并为路径诱导和信息查询提供车辆定位数据。级联式,GPS/DR/MM,车辆组合定位系统框架如图所示：,智能运输系统概论,6.4.3 GPS/GLONASS/,北斗组合定位技术,GPS/GLONASS/,北斗组合定位技术，即用一台接收机,同时,接收,和,测量,GPS,、,GLONASS,和北斗三种卫星信号，以便在任,何地方、任何时间精确测出,三维位置,、,三维速度,、,时间,和,状态参数,。,其,应用范围,包括：,高精度差分导航,，,自主精确导航,、,时,间,和,频率基准,、,海上台站管理,以及,精密测量,等等。,GPS/GLONASS/,北斗组合,接收机,是将,GPS,、,GLONASS,和北,斗的各种能力组合在一个单元内，为用户提供仅用,GPS,接收,机或仅用,GLONASS,接收机或仅用北斗接收机无法获得的性能。,智能运输系统概论,6.4.3 GPS/GLONASS/,北斗组合定位技术,由于,GPS,、,GLONASS,和北斗这三种星基导航系统在系统构,置、导航定位机理、工作频段、调制方式、信号和星历数,据结构等方面是,基本相同和相近的,，都以,发射扩频测距码,，,测量卫星与用户之间的,伪距,来完成,导航定位,，所以就存在,利用一部用户设备同时接收这两种卫星信号的可能性。,将三个系统组合使用，不仅能填补单一系统存在的,覆盖,空白,问题，而且可使系统,精度显著提高,。,因此，,GPS/GLONASS/,北斗组合定位技术已经成为近几年,研究的重点,。,智能运输系统概论,第,6,章,车辆定位技术,6.1,6.2,6.3,6.4,6.5,概述,GPS,定位技术,北斗卫星定位技术,组合定位技术,小结,智能运输系统概论,6.5,小结,本章首先概述车辆定位技术的,目的与作用,，然后根据定,位技术在智能运输方面的应用进行,分类,，并对主要的定位,技术包括,GPS,、,GLONASS,与北斗等进行了,详细介绍,。本章还,分析了,GPS,定位原理，进而对差分定位原理进行了更加深入,的,解释,，并简单介绍了北斗,定位原理与工作过程,。最后，,本章重点叙述了,GPS/DR,组合定位系统，并对该定位系统的,组成、算法进行了深入的,分析,，并在此基础上，,简单概述,了,GPS/DR/MM,组合定位技术与,GPS/GLONASS/,北斗组合定位,技术。,智能运输系统概论,