要建立一個(gè)有效的物聯(lián)網(wǎng)，有兩大難點(diǎn)必須解決:一是規(guī)模性，只有具備了規(guī)模，才能使物品的智能發(fā)揮作用:二是流動(dòng)性，物品通常都不是靜止的，而是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的，必須保持物品在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，甚至高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能隨時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的監(jiān)控和追蹤。在當(dāng)前技術(shù)條件下，對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)物品的追蹤最好的方法是依托全球定位系統(tǒng)(GPS) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
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1)全球定位系統(tǒng)概述
GPS是經(jīng)美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)，由美國(guó)軍方主導(dǎo)研制的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置、三維速度和時(shí)間信息。目前，國(guó)際上一致將這一全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為GPS.此外，俄羅斯建成和維護(hù)的全球定位系統(tǒng)稱為GLONASS,歐盟的稱為Calileo我國(guó)建設(shè)的系統(tǒng)稱為北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(BNSS) .這些系統(tǒng)稱為GNSS (全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))。
以美國(guó)的GPS為例，它主要由三大部分組成，即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶核收部分。
(1)空間星座部分。空間星座部分由24顆衛(wèi)星組成，其中3顆為備用。每顆工作衛(wèi)星上裝有高精度原子鐘，它發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)頻率，提供高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，是衛(wèi)星的核心部分。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面上，平均高度為20200 km,傾角為55，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11h 58 min.這樣的分布保障了在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻至少可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星。加上衛(wèi)星信號(hào)的傳播和接收不受天氣影響，因此可以實(shí)現(xiàn)全球性、全天候的連續(xù)實(shí)時(shí)定位。
(2)地面監(jiān)控部分。地面監(jiān)控部分由監(jiān)測(cè)站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)和地面天線(Ground Antenna)組成。它們分別完成監(jiān)測(cè)采集衛(wèi)星信息、編制星歷和修正參數(shù)以及對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行信息注入。各站之間采用現(xiàn)代化通信系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，在原子鐘和計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)和精確控制下，各項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化。
(3)用戶接收部分。用戶接收部分主要利用GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，捕獲按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，然后將獲取的定位觀測(cè)值經(jīng)數(shù)據(jù)處理而完成導(dǎo)航定位任務(wù)。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后，就可測(cè)量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理器就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度和時(shí)間等信息。
2)定位基本原理
GPS具有兩類基本觀測(cè)，即偽距測(cè)量和相位測(cè)量. GPS根據(jù)這兩類測(cè)量來(lái)完成相應(yīng)的定位、測(cè)速、授時(shí)等基本功能。
(1)偽距定位。偽距定位所采用的觀測(cè)值為GPS偽距觀測(cè)值，所采用的偽距觀測(cè)值既可以是C/A碼偽距，也可以是P碼偽距。偽距定位的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，對(duì)定位條件的要求低，不存在整周模糊度問(wèn)題，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位:其缺點(diǎn)是觀測(cè)值精度低，C/A碼偽距觀測(cè)值的精度般為3m, P碼偽距觀測(cè)值的精度一 般在30cm以內(nèi)，從而導(dǎo)致定位結(jié)果精度低。另外，若采用精度較高的P碼偽距觀測(cè)值，還存在長(zhǎng)碼捕獲的問(wèn)題。
(2)載波相位定位。載波相位定位所采用的觀測(cè)值為GPS的載波相位觀測(cè)值，即LI、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優(yōu)點(diǎn)是觀測(cè)值的精度高，一般優(yōu)于2 mm:其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理過(guò)程復(fù)雜，存在整周模糊度問(wèn)題。
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