《现代物流信息技术》第4章.ppt

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2022/11/5现代物流信息技术现代物流信息技术第四章：

全球卫星定位系统第四章：

全球卫星定位系统2022/11/5现代物流信息技术本章教学要点本章教学要点l了解了解GPS的概念及发展历程；的概念及发展历程；l掌握掌握GPS的分类；的分类；l熟悉熟悉GPS的特点；的特点；l重点掌握重点掌握GPS的构成及其基本工作原理；的构成及其基本工作原理；l了解了解GPS常用术语；常用术语；l掌握掌握GPS定位方式；定位方式；l熟悉熟悉GPS的应用。

的应用。

2022/11/5现代物流信息技术本章内容本章内容4.1GPS概述概述4.2GPS的分类与特点的分类与特点4.3GPS的构成的构成4.4GPS工作原理概述工作原理概述4.5GPS在现代物流中的应用在现代物流中的应用本章总结本章总结思考题思考题2022/11/5现代物流信息技术4.1GPS概述概述4.1.1GPS的概念及其发展历程的概念及其发展历程4.1.2国国际卫星导航系统发展历程际卫星导航系统发展历程2022/11/5现代物流信息技术4.1.1GPS的概念及其发展历程的概念及其发展历程全全球球卫卫星星定定位位系系统统（GlobalPositioningSystem，GPS）是是由由美美国国国国防防部部开开发发的的一一个个基基于于卫卫星星的的无无线线导导航航系系统统。

GPS利利用用分分布布在在高高度度为为20200km的的6个个轨轨道道上上的的24颗颗卫卫星星对对地地面面目目标标的的状状况况进进行行精精确确测测定定，每每条条轨轨道道上上拥拥有有4颗颗卫卫星星，在在地地球球上上任任何何一一点点、任任何何时时刻刻都都可可以以同同时时接接收收到到来来自自4颗颗卫卫星星的的信信号号，卫卫星星所所发发射射的的空空间间轨轨道道信信息息覆盖整个地球表面。

覆盖整个地球表面。

返返回回2022/11/5现代物流信息技术4.1.1GPS的概念及其发展历程的概念及其发展历程20世世纪纪50年年代代末末，苏苏联联发发射射了了人人类类第第一一颗颗人人造造地地球球卫卫星星，美美国国科科学学家家在在对对其其跟跟踪踪研研究究中中，发发现现了了多多普普勒勒频频移移现现象象，并并利利用用该该原原理理建建成成了了子子午午卫卫星星导导航航系系统统（NavyNavigationSatelliteSystem，NNSS），又又称称多多普普勒勒卫卫星导航定位系统。

星导航定位系统。

全全球球卫卫星星定定位位系系统统GPS从从1973年年开开始始筹筹建建，于于1989年年发发射射正正式式工工作作卫卫星星，并并于于1994年年全全部部建建成成并并投投入入使使用用。

该该系系统统能能在在全全球球范范围围内内，向向任任意意多多用用户户提提供供高高精精度度的的、全全天天候候的的、连连续续的的、实实时时的的三三维维测测速速、三三维维定定位位和和授授时时。

自自1974年年以以来来，GPS计计划划已已经经历历了了方方案案论论证证、系系统统论论证证、生产实验生产实验3个阶段，总投资超过个阶段，总投资超过200亿美元。

亿美元。

2022/11/5现代物流信息技术4.1.2国际卫星导航系统发展历程国际卫星导航系统发展历程GLONASS全球定位系统全球定位系统NAVSAT导航卫星系统导航卫星系统INMARSAT系统系统GNSS系统系统伽利略定位系统伽利略定位系统（GalileoPositioningSystem）北斗卫星定位系统北斗卫星定位系统2022/11/5现代物流信息技术4.2GPS的分类与特点的分类与特点4.2.1GPS的分类的分类4.2.2GPS的特点的特点2022/11/5现代物流信息技术4.2.1GPS的分类的分类1.按接收机的用途不同分类按接收机的用途不同分类l

（1）导航型接收机导航型接收机l

（2）测地型接收机测地型接收机l（3）授时型接收机授时型接收机2按接收机的载波频率不同分类按接收机的载波频率不同分类l

（1）单频接收机单频接收机l

（2）双频接收机双频接收机2022/11/5现代物流信息技术4.2.1GPS的分类的分类3按接收机的通道数不同分类按接收机的通道数不同分类l

（1）多通道接收机、多通道接收机、l

（2）序贯通道接收机、序贯通道接收机、l（3）多路多用通道接收机。

多路多用通道接收机。

4按接收机工作原理分类按接收机工作原理分类l

（1）码相关型接收机码相关型接收机l

（2）平方型接收机平方型接收机l（3）混合型接收机混合型接收机l（4）干涉型接收机干涉型接收机2022/11/5现代物流信息技术4.2.2GPS的特点的特点l1定位精度高定位精度高l2覆盖面广覆盖面广l3观测时间短观测时间短l4被动式、全天候的导航能力被动式、全天候的导航能力l5操作简便操作简便l6功能多，应用广功能多，应用广2022/11/5现代物流信息技术4.3GPS的构成的构成4.3.1空间部分空间部分GPS卫星星座卫星星座4.3.2地面监控部分地面监控部分地面监控系统地面监控系统4.3.3用户设备部分用户设备部分GPS信号接收机信号接收机2022/11/5现代物流信息技术4.3.1空间部分空间部分GPS卫星星座卫星星座GPS卫卫星星星星座座由由均均匀匀分分布布在在6个个轨轨道道平平面面上上的的24颗颗（其其中中有有3颗颗备备用用卫卫星星）高高轨轨道道工工作作卫卫星星构构成成，每每个个轨轨道道平平面面交交点点的的经经度度相相隔隔60，轨轨道道平平面面相相对对地地球球赤赤道道的的倾倾角角为为55。

每每条条轨轨道道上上均均匀匀分分布布着着4颗颗卫卫星星，相相邻邻轨轨道道之之间间的的卫卫星星彼彼此此成成30，以以保保证证全全球球均均匀匀覆覆盖盖的的要要求求。

GPS卫卫星星轨轨道道平平均均高高度度约约为为20200km，运行周期为，运行周期为11个小时零个小时零58分钟。

分钟。

因因此此，地地球球上上同同一一地地点点的的GPS接接收收机机的的上上空空，每每天天出出现现的的GPS卫卫星星分分布布图图形形相相同同，只只是是每每天天提提前前约约4min。

同同时时，位位于于地地平平线线以以上上的的卫卫星星数数目目，随随时时间间和和地地点点的的不不同同而而相相异异，最最少少有有4颗颗，最最多多可可达达11颗颗。

3颗颗在在轨轨的的备备用用工工作作卫卫星星相相间间布布置置在在3个个轨轨道道平平面面中中，随随时时可可以以根根据据指指令令代代替替发发生生故故障障的的其其他他卫卫星星，以保证整个以保证整个GPS空间星座正常而高效地工作。

空间星座正常而高效地工作。

2022/11/5现代物流信息技术4.3.1空间部分空间部分GPS卫星星座卫星星座GPS卫星的作用如下：

卫星的作用如下：

l

（1）用用L波段的两个无线载波波段的两个无线载波（波长为波长为19cm和和24cm）向向广大用户连续不断地发送导航定位信号。

每个载波用广大用户连续不断地发送导航定位信号。

每个载波用导航信息导航信息D（t）和伪随机码和伪随机码（PRN）测距信号进行双向调制，测距信号进行双向调制，从而形成导航电文。

由导航电文可以知道该卫星当前从而形成导航电文。

由导航电文可以知道该卫星当前的位置和卫星的工作情况。

的位置和卫星的工作情况。

l

（2）在卫星飞跃地面注入站上空时，接收由注入站用在卫星飞跃地面注入站上空时，接收由注入站用S波段波段（10cm波段波段）发送到卫星的导航电文和其他有关信发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过息，并通过GPS信号电路，适时地发送给广大用户。

信号电路，适时地发送给广大用户。

l（3）接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。

适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。

2022/11/5现代物流信息技术4.3.2地面监控部分地面监控部分地面监控系统地面监控系统地地面面控控制制站站是是由由美美国国国国防防部部控控制制，主主要要工工作作是是追追踪踪及及预预测测GPS卫卫星星、控控制制GPS卫卫星星状状态态及及轨轨道道偏偏差差、维维护护整整套套GPS卫卫星星工工作作正正常常。

GPS工工作作卫卫星星的的地地面面监监控控系系统统由由三三部部分分组组成成，包包括括1个个主主控控站站、3个个注注入入站站和和5个个监监测测站站。

地地面面监监控控系系统统主主要要用用于于追追踪踪卫卫星星轨轨道道，根根据据接接收收的的导导航航信信息息计计算算相相对对距距离离、校校正正数数据据等等，并将这些资料传回主控制站，以便分析。

并将这些资料传回主控制站，以便分析。

2022/11/5现代物流信息技术4.3.3用户设备部分用户设备部分GPS信号接收机信号接收机lGPS的空间星座部分和地面监控部分是用户应用该的空间星座部分和地面监控部分是用户应用该系统进行导航定位的基础，用户只有使用系统进行导航定位的基础，用户只有使用GPS信号信号接收机才能实现其定位、导航的目的。

接收机才能实现其定位、导航的目的。

GPS信号接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，对所接收测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收的的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的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。

三维位置，甚至三维速度和时间。

lGPS信号接收机的基本结构是天线单元和接收单元信号接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分。

两部分。

2022/11/5现代物流信息技术4.4GPS工作原理概述工作原理概述4.4.1GPS常用术语常用术语4.4.2GPS的基本工作原理的基本工作原理4.4.3GPS定位方式定位方式2022/11/5现代物流信息技术4.4.1GPS常用术语1坐标坐标GPS坐标坐标（Coordinate）有二维和三维两种。

有二维和三维两种。

当当GPS能够收到能够收到4颗及以上卫星的信号时，它可颗及以上卫星的信号时，它可以计算出本地的三维坐标以计算出本地的三维坐标（经度、纬度、高度经度、纬度、高度）；若只能接收到三颗卫星的信号，它仅可以计算出若只能接收到三颗卫星的信号，它仅可以计算出二维坐标二维坐标（经度和纬度经度和纬度），这时还会显示高度数据，这时还会显示高度数据，但是这个高度数据是无效的。

但是这个高度数据是无效的。

2022/11/5现代物流信息技术4.4.1GPS常用术语2路标路标路标路标（LandmarkorWaypoint）是是GPS数据数据核心，它是构成核心，它是构成“路线路线”的基础。

的基础。

GPS内存中保存有一个点的坐标值，在有内存中保存有一个点的坐标值，在有GPS信号时，按一下信号时，按一下MARK键，它就会将当前的键，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的名字，用户可以把它修改成一个易认的名字认的名字（字母用上下箭头输入字母用上下箭头输入），还可以给它选，还可以给它选定一个图标。

定一个图标。

2022/11/5现代物流信息技术4.4.1GPS常用术语3路线路线路线路线（Route）是是GPS内存中存储的一组数据，内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标点之间的线段叫做干中间点的坐标，每两个坐标点之间的线段叫做一条一条“腿腿”。

常见常见GPS能存储能存储20条路线，每条路线条路线，每条路线30条条“腿腿”。

各坐标点可以从现有的路标中选择，或。

各坐标点可以从现有的路标中选择，或是手工是手工/计算机输入数值，输入的路点同时作为计算机输入数值，输入的路点同时作为一