定位技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代應(yīng)用

一、定位技術(shù)的發(fā)展

早在15世紀(jì)，人類開始摸索海洋日勺時(shí)候，定位技術(shù)也隨之催生。重要日勺定

位措施是運(yùn)用當(dāng)時(shí)的航海圖和星象圖，擬定自己H勺位子。

隨著社會(huì)和科技日勺不斷發(fā)展，對(duì)導(dǎo)航定位的需求已不僅僅局限于老式日勺航

海、航空、航天和測(cè)繪領(lǐng)域。GPS作為常見的導(dǎo)航定位系統(tǒng)已經(jīng)逐漸進(jìn)入社會(huì)的

各個(gè)角落。特別在軍事領(lǐng)域，對(duì)導(dǎo)航定位提出了更高的規(guī)定。導(dǎo)航定位口勺措施從

初期的陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)到目前常用日勺衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，經(jīng)歷了80數(shù)年的I發(fā)展,

從少數(shù)的幾種精度差、設(shè)備較龐大日勺陸基系統(tǒng)到H前多種導(dǎo)航定位手段共存：設(shè)

備日趨小型化的發(fā)展階段，在技術(shù)手段、導(dǎo)航定位精度、可用性等方面均獲得質(zhì)

的飛越。

1.1陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)

1.1.1第一次世界大戰(zhàn)期間

陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)是從20世紀(jì)代第一次世界大戰(zhàn)期間開始發(fā)展起來(lái)日勺。一方

面是應(yīng)用在航海，逐漸擴(kuò)展到航空領(lǐng)域。其技術(shù)手段重要是采用無(wú)線電信標(biāo)。

艦船和飛機(jī)接受信標(biāo)的發(fā)射信號(hào)，通過(guò)方向圖調(diào)制測(cè)出與信標(biāo)的方位，從而擬

定自身H勺航向。這時(shí)的導(dǎo)航重要側(cè)重是側(cè)向，定位能力比較差。

1.1.2第二次世界大戰(zhàn)及戰(zhàn)后時(shí)期

第二次世界大戰(zhàn)及后期，無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)飛速發(fā)展，浮現(xiàn)了許多新的

系統(tǒng)，并在不斷發(fā)展，到目前大多系統(tǒng)仍在廣泛使用。

這其中重要有羅蘭-A(Loran-A)＞羅蘭-C(Loran-C)＞臺(tái)卡(Decca-A)＞奧

米伽系統(tǒng)、伏爾/測(cè)距器(DME)和塔康(Tacan)等。

(1)羅蘭-A和羅蘭-C

(2)羅蘭-A和羅蘭-C的基本原理是發(fā)射脈沖信號(hào)，運(yùn)用雙曲線交會(huì)定位，20

世紀(jì)50年代末產(chǎn)生□勺羅蘭-C在羅蘭-A的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了改

善，使得顧客可以得到幾百米量級(jí)口勺定位精度和微妙級(jí)的授時(shí)精度，目

前各國(guó)已建成近100個(gè)發(fā)射臺(tái)站，但仍不能覆蓋全球。

（3）臺(tái)卡和奧米伽

（4）臺(tái)卡也是一種雙曲線，重要針對(duì)歐洲日勺海上顧客。其精度和覆蓋范疇均

不如羅蘭-C。隨著羅蘭-C西北歐臺(tái)鏈的建成，其永華逐漸減少。

（5）奧米伽是針對(duì)以上兒種系統(tǒng)存在日勺不能覆蓋全球的問(wèn)題而由美國(guó)在20

世紀(jì)50年代中期研制的。采用低頻持續(xù)波發(fā)射（10—14KHz）,雙曲線定

位。缺陷是定位精度低、有多值性、數(shù)據(jù)率低和設(shè)備昂貴等。隨著衛(wèi)星

導(dǎo)航定位系統(tǒng)口勺使用，奧米伽已于1997年關(guān)閉。

（6）伏爾+測(cè)距器（DME）

（7）該系統(tǒng)重要針對(duì)航空顧客研制。本質(zhì)仍是一種甚高頻全向信標(biāo)，只能給

飛機(jī)批示方位.因此，在1949年又將測(cè)距器納入了系統(tǒng)中.測(cè)距器與伏

爾信標(biāo)置于一地，采用詢問(wèn)和應(yīng)答日勺方式，可覺(jué)得110架左右飛機(jī)提供

距離測(cè)量的服務(wù)。

（8）塔康（Tacan）

工作在L頻段，采用脈沖體制，同步提供方位和距離坐標(biāo)，具有設(shè)備小時(shí)

長(zhǎng)處，在航空導(dǎo)航歐較為廣泛的應(yīng)用。

1.2自主式導(dǎo)航

1.2.1路基導(dǎo)航定位系統(tǒng)雖然具有價(jià)格低、可靠新高等長(zhǎng)處，但它依賴于電磁波

在空中的傳播，系統(tǒng)日勺生存能力、抗干擾能力和抗欺騙能力較為單薄。因

此，自主導(dǎo)航也逐漸得到了發(fā)展。重要有慣性導(dǎo)航和多普勒導(dǎo)航兩種。

1.2.2慣性導(dǎo)航

1.2.3慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）是一種推算導(dǎo)航，20世紀(jì)60年代開始投入使用。

是以慣性測(cè)量器件一一陀螺為中心，通過(guò)測(cè)量載體日勺三維加速度。積分測(cè)

速和測(cè)距，然后根據(jù)起點(diǎn)坐標(biāo)推算載體目前坐標(biāo)的一種定位措施。其長(zhǎng)處

是完全自主導(dǎo)航，缺陷是精度隨著距離和時(shí)間H勺退役逐漸減少，往往需

要定期校準(zhǔn)。

1.2.4目前慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一般都和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合使用，運(yùn)用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

為其提供校準(zhǔn)坐標(biāo)。

1.2.5多普勒導(dǎo)航

20世紀(jì)50年代開始發(fā)展，運(yùn)用機(jī)載多普勒雷達(dá)探測(cè)地面，測(cè)出飛機(jī)的三維

速度，進(jìn)行推算導(dǎo)航。與慣性導(dǎo)航日勺區(qū)別是使用機(jī)載雷達(dá)完畢載體日勺實(shí)時(shí)三維速

度測(cè)量。相似之處是：由于雷達(dá)存在測(cè)量誤差，因此其定位誤差隨時(shí)間日勺累積逐

漸擴(kuò)大。

二、現(xiàn)代定位技術(shù)

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的迅速增長(zhǎng)，人們對(duì)定位與導(dǎo)航日勺需求日益增大，

特別在復(fù)雜口勺室內(nèi)環(huán)境，如機(jī)場(chǎng)大廳、展廳、倉(cāng)庫(kù)、超市、圖書館、地下停車場(chǎng)、

礦井等環(huán)境中，常常需要擬定移動(dòng)終端或具持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信

息。但是受定位時(shí)間、定位精度以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，比較完善的定

位技術(shù)目前還無(wú)法較好地運(yùn)用。因此，專家學(xué)者提出了許多定位技術(shù)解決方案,

如A-GPS定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、紅外線技術(shù)、射頻辨認(rèn)技術(shù)、

超寬帶技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)、光跟蹤定位技術(shù)，以及圖像分析、信標(biāo)定位、計(jì)算

機(jī)視覺(jué)定位技術(shù)等等。這些定位技術(shù)從總體上可歸納為幾類，即GNSS技術(shù)（如

偽衛(wèi)星等），無(wú)線定位技術(shù)（無(wú)線通信信號(hào)、射頻無(wú)線標(biāo)簽、超聲波、光跟蹤、

無(wú)線傳感器定位技術(shù)等），其他定位技術(shù)（計(jì)算機(jī)視覺(jué)、航位推算等），以及

GNSS和無(wú)線定位組合日勺定位技術(shù)（A-GPS或A-GNSS）o

2.1GPS與A-GPS定位

常見的GPS定位的原理可以簡(jiǎn)樸這樣理解：由24顆工作衛(wèi)星構(gòu)成，使得在全球

任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到顧

客接受機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可懂得接受機(jī)的具體位置。在

整個(gè)天空范疇內(nèi)尋找衛(wèi)星是很低效的，因此通過(guò)GPS進(jìn)行定位時(shí)，第一次啟動(dòng)

也許需要數(shù)分鐘日勺時(shí)間。這也是為啥我們?cè)谑褂玫貓D的時(shí)候常常會(huì)浮現(xiàn)先浮現(xiàn)一

種大的圈，之后才會(huì)精確到某一種點(diǎn)日勺因素。但是，如果我們?cè)谶M(jìn)行定位之前可

以事先懂得我們H勺粗略位置，查找衛(wèi)星的速度就可以大大縮短。

GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P（Y）碼。民用

精度約為10米，軍用精度約為1米。GPS的長(zhǎng)處在于無(wú)輻射，但是穿透力很弱，

無(wú)法穿透鋼筋水泥。一般要在室外看得到天日勺狀態(tài)下才行。信號(hào)被遮擋或者削減

時(shí)，GPS定位會(huì)浮現(xiàn)漂移，在室內(nèi)或者較為封閉的空間無(wú)法使用。正是由于GPS

的這種缺陷，因此常常需要輔助定位系統(tǒng)協(xié)助完畢定位，就是我們說(shuō)日勺A-GPS。

例如iPhone就使用了A-GPS,即基站或WiFiAP初步定位后，根據(jù)機(jī)器內(nèi)存儲(chǔ)

的GPS衛(wèi)星表來(lái)迅速尋星，然后進(jìn)行GPS定位。例如在民用的車載導(dǎo)航設(shè)備領(lǐng)域,

目前比較成熟的是GPS+加速度傳感器補(bǔ)正算法定位。

2.2基站定位（cellID定位）

社區(qū)辨認(rèn)碼（CellID）通過(guò)辨認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中哪一種社區(qū)傳播顧客呼喊并將該信息翻

譯成緯度和經(jīng)度來(lái)擬定顧客位置「CellII）實(shí)現(xiàn)定位的基本原理：即無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上

報(bào)終端所處日勺社區(qū)號(hào)（根據(jù)服務(wù)的基站來(lái)估計(jì)），位置業(yè)務(wù)平臺(tái)把社區(qū)號(hào)翻譯成

經(jīng)緯度坐標(biāo)?；径ㄎ涣鞒蹋涸O(shè)備先從基站獲得目前位置（CellID）0（第一次

定位一一〉設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將位置傳送給agps位置服務(wù)器一一＞Agps服務(wù)器根據(jù)位

置查詢區(qū)域內(nèi)目前可用口勺衛(wèi)星信息，并返回設(shè)備。一一＞設(shè)備中的GPS接受器根

據(jù)可用衛(wèi)星，迅速查找可用的GPS衛(wèi)星，并返回GPS定位信息。

2.3Wifi定位

無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN）是一種全新的信息獲取平臺(tái)，可以在廣泛H勺應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)

現(xiàn)復(fù)雜H勺大范疇定位、監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù)，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身定位是大多數(shù)應(yīng)用的基

礎(chǔ)和前提。目前比較流行時(shí)府-Fi定位是無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)系列原則之TEEE802.11

的一種定位解決方案。該系統(tǒng)采用經(jīng)驗(yàn)測(cè)試和信號(hào)傳播模型相結(jié)合的方式，易于

安裝，需要很少基站，能采用相似的I底層無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，系統(tǒng)總精度高。

設(shè)備只要偵聽一下附近均有哪些熱點(diǎn)，檢測(cè)一下每個(gè)熱點(diǎn)日勺信號(hào)強(qiáng)弱，然后把這

些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)端。服務(wù)器根據(jù)這些信息，查詢每個(gè)熱點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫(kù)里

記錄的坐標(biāo)，然后進(jìn)行運(yùn)算，就能懂得客戶端的具體位置了。一次成功的定位需

要兩個(gè)先決條件：第一，客戶端能上網(wǎng)；第二，偵聽到的熱點(diǎn)的坐標(biāo)在數(shù)據(jù)庫(kù)里

有有關(guān)記錄。

芬蘭的Ekahau公司開發(fā)了可以運(yùn)用Wifi進(jìn)行室內(nèi)定位的軟件。Wifi繪圖的精

確度大概在1米至20米歐|范疇內(nèi)，總體而言，它比蜂窩網(wǎng)絡(luò)三角測(cè)量定位措施

更精確。但是，如果定位的測(cè)算僅僅依賴于哪個(gè)N'i-Fi日勺接入點(diǎn)近來(lái)，而不是依

賴于合成的信號(hào)強(qiáng)度圖，那么在樓層定位上很容易出錯(cuò)。目前，它應(yīng)用于小范疇

的室內(nèi)定位，成本較低。但無(wú)論是用于室內(nèi)還是室外定位，Wi-Fi收發(fā)器都只能

覆蓋半徑90米以內(nèi)的區(qū)域，并且很容易受到其他信號(hào)的干擾，從而影響其精度,

定位器口勺能耗也較高

FRID.二維碼定位

射頻辨認(rèn)技術(shù)運(yùn)用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信互換數(shù)據(jù)以達(dá)到辨認(rèn)和定位

時(shí)目的C通過(guò)設(shè)立一定數(shù)量日勺讀卡器和架設(shè)天線，根據(jù)讀卡器接受信號(hào)的強(qiáng)弱、

達(dá)到時(shí)間、角度來(lái)定位。這種技術(shù)作用距離短，一般最長(zhǎng)為幾十米。但它可以在

幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且傳播范疇很大，成本較低。同步由于其

非接觸和非視距等長(zhǎng)處，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。目前，射頻辨認(rèn)研究的

熱點(diǎn)和難點(diǎn)在于理論傳播模型的建立、顧客口勺安全隱私和國(guó)際原則化等問(wèn)題。長(zhǎng)

處是標(biāo)記的體積比較小，造價(jià)比較低，但是作用距離近，不具有通信能力，并

且不便于整合到其他系統(tǒng)之中，無(wú)法做到精擬定位，布設(shè)讀卡器和天線需要有

大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)難度大。

2.4紅外線定位技術(shù)

紅外線定位技術(shù)定位的原理是：紅外線JR標(biāo)記發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過(guò)安光

學(xué)傳感器接受進(jìn)行定位。雖然紅外線具有相對(duì)較高的定位精度，但是由于光線不

能穿過(guò)障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳播距離較短這兩大重

要缺陷使其室內(nèi)定位日勺效果很差。當(dāng)標(biāo)記放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時(shí)就

不能正常工作，需要在每個(gè)空間安裝接受天線，造價(jià)較高。因此，紅外線只適合

短距離傳播，并且容易被熒光燈或者房間內(nèi)的燈光干擾，在精擬定位上有局限

性

2.5超聲波定位技術(shù)

超聲波測(cè)距重要采用反射式測(cè)距法，通過(guò)三角定位等算法擬定物體的位置，即

發(fā)射超聲波并接受由被測(cè)物產(chǎn)生日勺回波，根據(jù)回波與發(fā)射波日勺時(shí)間差計(jì)算中待

測(cè)距離，有日勺則采用單向測(cè)距法。超聲波定位系統(tǒng)可由若干個(gè)應(yīng)答器和一種主測(cè)

距器構(gòu)成，主測(cè)距器放置在被測(cè)物體上，在微機(jī)指令信號(hào)日勺作用下向位置固定

的應(yīng)答器發(fā)射同頻率的無(wú)線電信號(hào)，應(yīng)答器在收到無(wú)線電信號(hào)后同步向主測(cè)距

器發(fā)射超聲波信號(hào)，得到主測(cè)距器與各個(gè)應(yīng)答器之間H勺距離。當(dāng)同步有3個(gè)或3

個(gè)以上不在同始終線上的應(yīng)答器做出回應(yīng)時(shí)，可以根據(jù)有關(guān)計(jì)算擬定出被測(cè)物

體所在的二維坐標(biāo)系下的位置。超聲波定位整體定位精度較高，構(gòu)造簡(jiǎn)樸，但超

聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，同步需要大量的底層硬件設(shè)施投資，

成本太I(xiàn)WJ。

2.6藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)通過(guò)測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行定位。這是一種短距離低功耗的無(wú)線傳播技術(shù),

在室內(nèi)安裝合適的藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)，把網(wǎng)絡(luò)配備成基于多顧客的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連

接模式，并保證藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個(gè)微微網(wǎng)（piconct）的主設(shè)備，就可

以獲得顧客日勺位置信息。藍(lán)牙技術(shù)重要應(yīng)用于小范疇定位。藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最

大的長(zhǎng)處是設(shè)備體積小、易于集成在PDA.PC以及手機(jī)中，因此很容易推廣普

及。理論上，對(duì)于持有集成了藍(lán)牙功能移動(dòng)終端設(shè)備的顧客，只要設(shè)備日勺藍(lán)牙功

能啟動(dòng)，藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就可以對(duì)其進(jìn)行位置判斷。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離

定位時(shí)容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備且信號(hào)傳播不受視距的影響。其局限性在于藍(lán)牙器件和設(shè)備

的價(jià)格比較昂貴，并且對(duì)于復(fù)雜口勺空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲

信號(hào)干擾大。

2.7超寬帶技術(shù)

超寬帶技術(shù)是一種全新日勺、與老式通信技術(shù)有極大差別日勺通信新技術(shù)。它不需要

使用老式通信體制中的載波，而是通過(guò)發(fā)送和接受具有納秒或納秒級(jí)如下的極

窄脈沖來(lái)傳播數(shù)據(jù)，從而具有GHz量級(jí)的帶寬。超寬帶可用于室內(nèi)精擬定位，例

如戰(zhàn)場(chǎng)士兵口勺位置發(fā)現(xiàn)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)跟蹤等。超寬帶系統(tǒng)與老式的窄帶系統(tǒng)相比,

具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精擬

定位精度等長(zhǎng)處。因此：超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于室內(nèi)靜止或者移動(dòng)物體以及人的

定位跟蹤與導(dǎo)航，且能提供十分精確的定位精度。

2.8ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它介于射頻辨認(rèn)和藍(lán)牙之

間，也可以用于室內(nèi)定位。它有自己的無(wú)線電原則，在數(shù)千個(gè)微小日勺傳感器之間

互相協(xié)調(diào)通信以實(shí)現(xiàn)定位。這些傳感器只需要很少口勺能量，以接力口勺方式通過(guò)無(wú)

線電波將數(shù)據(jù)從一種傳感器傳到另一種傳感器，因此它們的通信效率非常高。

ZigBee最明顯的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本。

除了以上提及的I定位技術(shù)，尚有基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、光跟蹤定位、基于圖像分析、

磁場(chǎng)以及信標(biāo)定位等.此外，尚有基于圖像分析的定位技術(shù)、信標(biāo)定位、二角定

位等。目前諸多技術(shù)還處在研究實(shí)驗(yàn)階段，如基于磁場(chǎng)壓力感應(yīng)進(jìn)行定位的技

術(shù)。

三、現(xiàn)代定位技術(shù)的應(yīng)用

3.1衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)日勺重要用途：（1）陸地應(yīng)用，重要涉及車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反映、大氣

物理觀測(cè)、地球物理逐源勘探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、市攻規(guī)

劃控制等；（2）海洋應(yīng)用，涉及遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、

海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等；（3）

航空航天應(yīng)用，涉及飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、

航空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等。

3.1.1GPS在道路工程中的應(yīng)用

目前重要是用于建立多種道路工程控制網(wǎng)及測(cè)定航測(cè)外控點(diǎn)等。隨著高等級(jí)公路

H勺迅速發(fā)展，對(duì)勘測(cè)技術(shù)提出了更高的規(guī)定，由于線路長(zhǎng)，已知點(diǎn)少，因此,

用常規(guī)測(cè)量手段不僅布網(wǎng)困難，并且難以滿足高精度H勺規(guī)定。目前，國(guó)內(nèi)已逐漸

采用GPS技術(shù)建立線路首級(jí)高精度控制網(wǎng)，然后用常規(guī)措施布設(shè)導(dǎo)線加密。實(shí)踐

證明，在幾十公里范疇內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有2厘米左右，達(dá)到了常規(guī)措施難以實(shí)

現(xiàn)的精度，同步也大大提前了工期。GPS技術(shù)也同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測(cè)量

中。由于無(wú)需通視，可構(gòu)成較強(qiáng)的網(wǎng)形，提高點(diǎn)位精度，同步對(duì)檢測(cè)常規(guī)測(cè)量的

支點(diǎn)也非常有效。GPS技術(shù)在隧道測(cè)量中也具有廣泛的應(yīng)用前景，GPS測(cè)量無(wú)需

通視，減少了常規(guī)措施H勺中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯日勺經(jīng)濟(jì)和

社會(huì)效益。

3.1.2GPS在汽車導(dǎo)航和交通管理中口勺應(yīng)用

三維導(dǎo)航是GPS日勺首要功能，飛機(jī)、輪船、地面車輛以及步行者都可以運(yùn)用GPS

導(dǎo)航器進(jìn)行導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)日勺一門新

GPS應(yīng)用型技術(shù)-汽車導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、微解決機(jī)、車速傳感

器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、LCD顯示屏構(gòu)成。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、

無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤和交通管

理等許多功能。

3.1.3GPS定位技術(shù)進(jìn)行高精度海洋定位

為了獲得較好日勺海上定位精度，采用GPS接受機(jī)與船上的導(dǎo)航設(shè)備組合起

來(lái)進(jìn)行定位。例如，在GPS偽距法定位的同步，用船上日勺計(jì)程儀（或多普勒聲

納）、陀螺儀的觀測(cè)值聯(lián)合推求船位。

對(duì)于近海海域，還可采用在岸上或島嶼上設(shè)立基準(zhǔn)站，采用差分技術(shù)或動(dòng)態(tài)相

對(duì)定位技術(shù)進(jìn)行高精度海上定位。如果一種基準(zhǔn)站能覆蓋150KM范疇，那麼在我

國(guó)沿海只需設(shè)立三到四個(gè)基準(zhǔn)站便可在近海海域進(jìn)行高精度海上定位。經(jīng)數(shù)年研

究，不斷成熟的I廣域差分技術(shù)（WASGPS）,可以實(shí)目前一種國(guó)家或幾種國(guó)家范疇

內(nèi)的廣大區(qū)域進(jìn)行差分定位。之后，將運(yùn)用建成日勺純民間系統(tǒng)GNSS進(jìn)行全球范

疇內(nèi)的導(dǎo)航定位。

運(yùn)用差分GPS技術(shù)可以進(jìn)行海洋物探定位和海洋石油鉆井平臺(tái)的定位。進(jìn)行海洋

物探定位時(shí)，在岸上設(shè)立一種基準(zhǔn)站，此外在前后兩條地震船上都安裝差分

GPS接受機(jī)。前面口勺地震船按預(yù)定航線運(yùn)用差分CPS導(dǎo)航和定位，按一定距離或

一定期間通過(guò)人工控制向海底巖層發(fā)生地震波，后續(xù)船接受地震反射波，司步

記錄GPS定位成果。通過(guò)度析地震波在地層內(nèi)的傳播特性，研究地層的構(gòu)造，從

而尋找石油資源H勺儲(chǔ)油構(gòu)造。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造日勺特點(diǎn)，在構(gòu)造圖上設(shè)計(jì)鉆孔位置。

運(yùn)用差分GPS技術(shù)按預(yù)先設(shè)計(jì)的孔位建立安裝鉆井平臺(tái)。具體措施是在鉆井平

臺(tái)上和海岸基準(zhǔn)站上設(shè)立GPS系統(tǒng)。如果在鉆井平臺(tái)的四周都安裝GPS天線,

由四個(gè)天線接受的信息進(jìn)入同一種接受機(jī)，同步由數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)將基準(zhǔn)站觀測(cè)

得數(shù)據(jù)也傳送到鉆井平臺(tái)的接受機(jī)上。通過(guò)平臺(tái)上日勺微機(jī)同步解決五組數(shù)據(jù)，可

以計(jì)算出平臺(tái)的平移、傾斜和旋轉(zhuǎn)，以實(shí)時(shí)檢測(cè)平臺(tái)的安全和可靠性。

3.1.4GPS航路導(dǎo)航

航路重要指洋區(qū)和大陸空域航路。多種研究和實(shí)驗(yàn)己經(jīng)證明，GPS和一種稱之

為接受機(jī)自主完善性監(jiān)測(cè)（RAIM）的技術(shù)能滿足洋區(qū)航路對(duì)GPSH勺導(dǎo)航精度、完

善性和可用性的規(guī)定，并且精度也能滿足大陸空域航路的規(guī)定。GPS和廣域增

強(qiáng)系統(tǒng)也能滿足大陸空域航路精度、完善性和可用性的規(guī)定。GPS日勺精度遠(yuǎn)優(yōu)

于既有任何航路用導(dǎo)航系統(tǒng)，這種精度的提高和持續(xù)性服務(wù)的改善有助于有效

運(yùn)用空域，實(shí)現(xiàn)最佳的空域劃分和管理、空中交通流量管理以及飛行途徑管理,

為空中運(yùn)送服務(wù)開辟了廣闊的應(yīng)用前景，同步也減少了營(yíng)運(yùn)成本，保證了空中

交通管制的靈活性。GPS曰勺仝球、仝天候、無(wú)誤差積累的特點(diǎn)，更是中、遠(yuǎn)程航

線上目前最佳H勺導(dǎo)航系統(tǒng)。按照國(guó)際民航組織的部署，GPS將逐漸替代既有的

其他無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS不依賴于地面設(shè)備、可與機(jī)載計(jì)算機(jī)等其他設(shè)備一

起進(jìn)行航路規(guī)劃和航路突防，為軍用飛機(jī)的導(dǎo)航增長(zhǎng)了許多靈活性。

3.2超聲波定位技術(shù)的應(yīng)用

三峽通航船舶吃水量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)采用單波束超聲波測(cè)深傳感器陣列對(duì)船

舶吃水量進(jìn)行測(cè)量。系統(tǒng)日勺動(dòng)態(tài)測(cè)量精度規(guī)定達(dá)到0.1m,而傳感器日勺反復(fù)測(cè)量

精度、機(jī)械安裝精度以及系統(tǒng)日勺安裝誤差和不同水溫與水質(zhì)對(duì)聲速日勺影響等都可

以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度產(chǎn)生影響，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮以上各方面

因素。如圖所示，整個(gè)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)由橫梁式檢測(cè)門、超聲波傳感器陣列、計(jì)算

機(jī)控制系統(tǒng)、檢測(cè)門升降控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)供電模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊以及信號(hào)

傳播模塊等構(gòu)成。

計(jì)總機(jī)用制系統(tǒng)代

熊03

現(xiàn)場(chǎng)通信模塊

4

現(xiàn)

場(chǎng)

環(huán)

境

(H電

專

模

效

塊

采

現(xiàn)

生

場(chǎng)

化

患檢亂門同步升降控制

供

狂系統(tǒng)

置

歡

州質(zhì)吃水憐制n

在整個(gè)系統(tǒng)中，檢測(cè)門是一長(zhǎng)30多米的鋼質(zhì)析架，規(guī)定其強(qiáng)度可以承受自

身重量，并且為了保證系統(tǒng)精度，檢測(cè)門由于自重產(chǎn)生的彎曲撓度要盡量小。此

外，由于系統(tǒng)工作時(shí)檢測(cè)門要位于?定深度的水下，因此在設(shè)計(jì)析架時(shí)采用日勺

鋼材料必須要通過(guò)良好日勺防腐解決。單波束超聲波傳感器陣列固定在安裝架上,

系統(tǒng)工作時(shí)超聲波傳感器的測(cè)量方向與一般使用日勺方向相反，即測(cè)深傳感器由

水中向水面發(fā)送超聲波，如圖所示。根據(jù)單個(gè)超聲波脈沖返回的時(shí)間和超聲波在

水中H勺傳播速度，計(jì)算得到被測(cè)船底與檢測(cè)門的距離，同步結(jié)合測(cè)量模型，得

到被測(cè)船舶H勺實(shí)際吃水量。

傳第器陣列安裝架

現(xiàn)場(chǎng)供電模塊為多種傳感器和解決器提供電源，同步還要為檢測(cè)門升降系統(tǒng)提

供動(dòng)力電源。涉及提供三相交流電和直流穩(wěn)壓電源;環(huán)境參數(shù)采集模塊由多種傳

感器構(gòu)成，重要負(fù)責(zé)采集與超聲波在水中傳播速度關(guān)聯(lián)較大的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素,

涉及室外溫度、現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)、壓強(qiáng)等，為系統(tǒng)日勺誤差修正提供數(shù)值根據(jù):通信模塊

要實(shí)現(xiàn)口勺是各類型傳感器的數(shù)據(jù)采集、解決以及通信合同的轉(zhuǎn)換等功能，保證采

集到口勺數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)傳播，同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的

解決。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)卻專用日勺一體式工業(yè)計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)并開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)

對(duì)傳感器所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估，此外加入了誤差補(bǔ)償、環(huán)境參數(shù)修正以及

船底數(shù)據(jù)三維顯示等功能，使測(cè)量成果更精確、更直觀明了。檢測(cè)門同步升一降

控制系統(tǒng)是本論文所研究H勺重要內(nèi)容，它涉及兩個(gè)異步交流電機(jī)，兩個(gè)升降控

制器以及控制面板等，重要是為了實(shí)現(xiàn)超聲波陣列檢測(cè)門位置的實(shí)時(shí)可調(diào)和系

統(tǒng)安裝、檢修的以便。

系統(tǒng)工作時(shí)，系統(tǒng)的控制中心根據(jù)測(cè)量的規(guī)定，初始化系統(tǒng)，并與傳感器模塊

建立通信聯(lián)系，對(duì)檢測(cè)門傳感器模塊進(jìn)行校準(zhǔn)與標(biāo)定。采集測(cè)深傳感器日勺初始值

對(duì)檢測(cè)門口勺安裝水深進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)安裝水深超過(guò)或小于最佳測(cè)量水深時(shí)，發(fā)出

報(bào)警信號(hào)，或自動(dòng)控制檢測(cè)門兩端電機(jī)對(duì)其高度進(jìn)行調(diào)節(jié)-當(dāng)船舶通過(guò)檢測(cè)門時(shí),

順次迅速采集測(cè)深傳感器H勺值，結(jié)合環(huán)境參數(shù)和誤差修正模型，通過(guò)數(shù)據(jù)解決

得到船舶日勺實(shí)際吃水量，并合成船只水下部分吃水量分布日勺三維圖形，從而直

觀的顯示通航船舶的實(shí)際吃水深度，同步將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳播的方式傳到

三峽船閘通航控制中心，控制中心接受到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)后再進(jìn)行綜合解決和對(duì)比，

形成通航船舶過(guò)閘預(yù)警信號(hào)，并對(duì)超吃水的船舶采用相應(yīng)日勺措施。

3.3電磁式運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)

運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)波及尺寸測(cè)量、物理空間里物體的定位及方位測(cè)定等方面可以由計(jì)

算機(jī)直接理解解決的數(shù)據(jù)。在運(yùn)動(dòng)物體H勺核心部位設(shè)立跟蹤器，由運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)

捕獲跟蹤器位置，再通過(guò)計(jì)算機(jī)解決后向顧客通過(guò)可以在動(dòng)畫制作中應(yīng)用的數(shù)

據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)辨認(rèn)后，動(dòng)畫師即可以在計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的鏡頭中調(diào)節(jié)、控制運(yùn)

動(dòng)口勺物體。從應(yīng)用角度來(lái)看，表演動(dòng)畫系統(tǒng)重要有表情捕獲和身體運(yùn)動(dòng)捕獲兩

類；從實(shí)時(shí)性來(lái)看，可分為實(shí)時(shí)捕獲系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)捕獲系統(tǒng)兩種。到目前為止，

常用的運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)從原理上說(shuō)可分為機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式和光學(xué)式。同步，

不依賴于專用傳感器，而直接辨認(rèn)人體特性H勺運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)也將不久走向?qū)嵱谩?/p>

不同原理的設(shè)備各有其優(yōu)缺陷，一般可從如下幾種方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：定位精度；實(shí)

時(shí)性；使用以便限度；可捕獲運(yùn)動(dòng)范疇大?。怀杀?；抗干擾性；多目的捕獲能力。

電磁式運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)是目前比較常用的運(yùn)動(dòng)捕獲設(shè)備。一般由發(fā)射源、接

受傳感器和數(shù)據(jù)解決單元構(gòu)成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定期空規(guī)律分布的

電磁場(chǎng)；