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一、前言

隨著我國民航產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，機(jī)場內(nèi)飛機(jī)和特種車輛的數(shù)量日益增多，地面車輛與飛機(jī)、車輛與車輛之間都存在發(fā)生碰撞的隱患，在大風(fēng)大霧等惡劣天氣情況下尤是如此，嚴(yán)重的威脅到了機(jī)場運(yùn)營安全。在此背景下，建設(shè)機(jī)場高精度GNSS車輛監(jiān)控系統(tǒng)，輔助機(jī)場安全管理，是非常必要的。

基于G N S S 的機(jī)場車輛調(diào)度系統(tǒng)綜合運(yùn)用了GNSS、通訊、智能控制等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：

●采用GNSS差分技術(shù)實(shí)現(xiàn)的厘米級(jí)或亞米級(jí)精確定位；

●基于二維電子地圖或三維地圖來實(shí)現(xiàn)車輛的空間可視化監(jiān)控管理；

●通過監(jiān)控車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況來處理各種突發(fā)事件，并對(duì)危險(xiǎn)狀況（如超速、越界等）進(jìn)行預(yù)警；

●通過各種車輛數(shù)據(jù)的采集和分析，針對(duì)性的制定有效措施，促進(jìn)機(jī)場安全管理系統(tǒng)的改善，提高機(jī)場生產(chǎn)運(yùn)營的效率與安全性。

二、需求概述

●實(shí)現(xiàn)機(jī)場區(qū)域內(nèi)高精度的車輛位置監(jiān)控，精度要求亞米級(jí)或更高；

●需建立高精度的機(jī)場區(qū)域電子地圖系統(tǒng)；

●建立高精度GNSS差分系統(tǒng)；

●需考慮到機(jī)場中的各種外界因素對(duì)GNSS工作和無線通信系統(tǒng)的影響，并制定規(guī)避措施；

●實(shí)現(xiàn)車載位置數(shù)據(jù)與監(jiān)控中心的實(shí)時(shí)通訊；

●定位數(shù)據(jù)更新率要求不低于10HZ；

●支持提供經(jīng)緯坐標(biāo)信息和平面坐標(biāo)信息等；

●數(shù)據(jù)格式為標(biāo)準(zhǔn)NMEA數(shù)據(jù)，亦可提供自定義報(bào)文；

●考慮車載報(bào)警提示的功能設(shè)計(jì)。

三、總體方案設(shè)計(jì)

本方案設(shè)計(jì)的核心功能是高精度車輛定位，基于GNSS衛(wèi)星載波相位差分技術(shù)是目前在高精度定位方面最先進(jìn)的技術(shù)，而且經(jīng)過十幾年的廣泛應(yīng)用，成熟度也非常高，而近幾年中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）的蓬勃發(fā)展和應(yīng)用，使GNSS高精度定位技術(shù)在穩(wěn)定性方面和可靠性方面又得到極大的提升。GNSS定位技術(shù)

的幾個(gè)顯著特點(diǎn)是：

●全天候工作，不受雨雪風(fēng)天氣的影響，不受光線影響；

●定位精度高，載波相位差分技術(shù)（RTK）動(dòng)態(tài)定位精度最高可達(dá)±1cm；

●測速精度高，測速精度可達(dá)0.03m/s。

另外，考慮到機(jī)場環(huán)境的復(fù)雜性，實(shí)際應(yīng)用中存在衛(wèi)星觀測條件不好的情況，例如建筑物遮擋等，因此為了確保車載終端在任何情況下能夠連續(xù)定位，必須考慮輔助定位方法，本方案將采用慣性導(dǎo)航技術(shù)作為輔助手段，但是由于純慣性定位存在誤差積累的特性，即誤差會(huì)隨著時(shí)間的延長而降低，因此本方案中采用了慣性-衛(wèi)星組合導(dǎo)航方法，基于最優(yōu)估計(jì)算法—卡爾曼濾波算法融合兩種導(dǎo)航算法，獲得最優(yōu)的導(dǎo)航結(jié)果；尤其是當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無法工作時(shí)，利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)使得導(dǎo)航系統(tǒng)繼續(xù)工作，保證導(dǎo)航系統(tǒng)的正常工作，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

除高精度定位技術(shù)外，通訊是本方案的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通信鏈路系統(tǒng)是監(jiān)控中心與車載終端之GNSS基準(zhǔn)站與車載終端之間通訊的通道。通訊技術(shù)目前可選方法多種多樣，通訊主要考慮安裝便捷性、傳輸穩(wěn)定性、可容納終端容量、網(wǎng)絡(luò)安全和安裝及維護(hù)成本等，綜合考慮上述因素，我們提供了幾種可選方案，具體見下文。

監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的功能操作和實(shí)現(xiàn)的核心，其主要職能是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場車輛的監(jiān)控、調(diào)度和管理，還負(fù)責(zé)響應(yīng)并處理緊急事件，提供跟蹤定位、和遠(yuǎn)程控制等處理措施，監(jiān)控中心的主要組成部分包括數(shù)據(jù)處理軟件、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)處理軟件負(fù)責(zé)與各車載終端的信息交互，完成各種信息的分類、記錄、修改和轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)車輛運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度，并及時(shí)處理報(bào)警信息，同時(shí)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行監(jiān)控管理；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器要確保安全、高效、實(shí)用。數(shù)據(jù)庫是整個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)的信息中心，對(duì)所有的車輛信息和定位數(shù)據(jù)，圖片等進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)負(fù)責(zé)圖形化、圖表化顯示機(jī)場車輛總體運(yùn)行情況，包括電子地圖、車輛位置坐標(biāo)、速度、油量、駕駛員信息、車牌號(hào)等。

基于上述技術(shù)分析與項(xiàng)目需求，基本上確立了本方案的三大部分，即監(jiān)控中心部分、GNSS基準(zhǔn)站部分

和車載終端部分，而通訊數(shù)據(jù)鏈則是連接各部分功能的紐帶。

1、方案原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2、系統(tǒng)工作原理

GNSS參考站自動(dòng)實(shí)時(shí)播發(fā)差分改正數(shù)據(jù)給車載終端的GNSS接收機(jī)，車載終端中的GNSS接收機(jī)實(shí)接收差分?jǐn)?shù)據(jù)并進(jìn)行差分定位解算，并將解算結(jié)果（精確坐標(biāo)和速度）再實(shí)時(shí)發(fā)送到機(jī)場監(jiān)控指揮中心。

除GNSS數(shù)據(jù)外，車輛的狀態(tài)信息、報(bào)警信息及服務(wù)請(qǐng)求信息（如有）等也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控指揮中心。

數(shù)據(jù)中心收集到上述各種信息后，綜合分析處理，并作出明確的報(bào)告結(jié)果和預(yù)警指示，展示在大屏幕上。指揮中心可以根據(jù)當(dāng)前車輛的運(yùn)行情況，給受控車輛發(fā)出調(diào)度指令。

3、系統(tǒng)信息流程

(1)GNSS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)接收差分無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的差分信號(hào)，進(jìn)行解算后通過串口把坐標(biāo)發(fā)送給無線通信模塊。

(2)無線通信模塊把GNSS信息和車輛狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)到通信服務(wù)器。

(3)通信服務(wù)器把接收到的信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，同時(shí)根據(jù)監(jiān)控終端的應(yīng)用需求，把信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)處理中心。

(4)數(shù)據(jù)處理中心接收到通信服務(wù)器發(fā)送來的信息后，發(fā)送給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)發(fā)送給監(jiān)控終端進(jìn)行可視化顯示，實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)控。

四、方案詳細(xì)設(shè)計(jì)

1、GNSS基準(zhǔn)站

GNSS基準(zhǔn)站主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)播發(fā)RTK差分改正數(shù)，使車載移動(dòng)站接收機(jī)能夠達(dá)到厘米級(jí)的定位精度。GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)通常與GNSS天線、無線數(shù)傳模塊及其組件一起組成GNSS基準(zhǔn)站系統(tǒng)。

設(shè)備安裝時(shí)，基準(zhǔn)站接收機(jī)與數(shù)傳電臺(tái)一起歸置設(shè)備箱內(nèi)，為方便檢查維護(hù)一般放置于室內(nèi)，也可以放置于室外； GNSS天線和電臺(tái)發(fā)射天線必須安置于室外開闊處，并注意固定牢固。

在GNSS基準(zhǔn)站選址和建設(shè)過程中，用戶可以根據(jù)對(duì)易建性、實(shí)用性、美觀性等因素的不同需求，采取不同的方法，比如可以用水泥或鋼材制作衛(wèi)星天線觀測墩，或者用金屬材料焊接天線支架等等。GNSS基準(zhǔn)站部分的供電系統(tǒng)，須采用12V～15VDC電壓供電，電流要求5A～10A（建議10A），為保證設(shè)備能夠長期穩(wěn)定工作，需要能夠提供的穩(wěn)定的電流和電壓，建議采用UPS電源。

另外，GNSS基準(zhǔn)站屬于永久性或者半永久性設(shè)施，須根據(jù)現(xiàn)場的條件采取適當(dāng)?shù)姆览状胧?，一般機(jī)場區(qū)域都已經(jīng)有完善的防雷系統(tǒng)，可以不用另行建設(shè)。

GNSS基準(zhǔn)站可以選用司南M300Pro型或M300C型接收機(jī)，后文中有詳細(xì)說明。

2、車載終端

車載終端部分主要包括GNSS接收機(jī)（移動(dòng)站）、數(shù)傳模塊（可選）、GNSS天線、數(shù)傳模塊天線以及平板電腦（可選），其中GNSS接收機(jī)和數(shù)傳模塊放置在車內(nèi)，天線均用吸盤固定在外部車頂。主要功能如下：

●負(fù)責(zé)接收GNSS基準(zhǔn)站廣播的RTK差分改正數(shù)信息；

●負(fù)責(zé)計(jì)算和輸出標(biāo)準(zhǔn)格式的高精度定位結(jié)果和速度信息；

●負(fù)責(zé)通過3G網(wǎng)絡(luò)把位置和速度信息上傳至監(jiān)控中心；

●若裝備平板電腦，則可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)駕駛室遠(yuǎn)程發(fā)送指令和預(yù)警。

以下主要介紹GNSS移動(dòng)站接收機(jī)，數(shù)傳模塊將在通訊方案中詳細(xì)說明。

(1)車載GNSS移動(dòng)站

車載GNSS移動(dòng)站作為直接提供數(shù)據(jù)的設(shè)備，至少需達(dá)到以下要求：

●實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出的頻率要求最大支持10HZ；

●差分解算后數(shù)據(jù)精度應(yīng)達(dá)到亞米級(jí)或厘米級(jí)；

●為保證位置導(dǎo)航的連貫性，須采用GNSS與INS（慣性導(dǎo)航）組合導(dǎo)航的模式；

●輸出數(shù)據(jù)類型應(yīng)支持經(jīng)緯度坐標(biāo)和平面坐標(biāo)；

●對(duì)于車載應(yīng)用，GNSS接收機(jī)最好采用主機(jī)和天線分體式設(shè)計(jì)，如此既可以保護(hù)主機(jī)，有不影響衛(wèi)星信號(hào)的接收。

(2)車載平板電腦

如果需要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控調(diào)度中心向車輛駕駛室發(fā)送指令，并能夠進(jìn)行告警功能，可以在駕駛室內(nèi)安裝平板電腦，必要的時(shí)候可以對(duì)駕駛員發(fā)出指示信息。平板電腦將通過網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心直接通訊。

3、通訊方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中，涉及到通訊的有兩個(gè)方面，一是GNSS基準(zhǔn)站播發(fā)的差分改正數(shù)據(jù)要傳送到各個(gè)移動(dòng)終端；另一個(gè)是移動(dòng)站端接收機(jī)解算得到高精度的定位結(jié)果后要上傳至數(shù)據(jù)中心。

目前常用的數(shù)據(jù)通訊方式有兩種，一種是數(shù)傳電臺(tái)通訊，一種是通過局域網(wǎng)或者Internet網(wǎng)通訊。根據(jù)目前實(shí)際應(yīng)用成熟度來看，兩種方式在RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)通訊中都有大量應(yīng)用，而且使用網(wǎng)絡(luò)通訊越來越多；定位數(shù)據(jù)上傳方面，目前基本上都是采用網(wǎng)絡(luò)通訊。

幾種通訊方式的優(yōu)缺點(diǎn)大致分析如下：

(1)電臺(tái)通訊

RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)通訊可采用GNSS行業(yè)專用的數(shù)傳電臺(tái)，通過標(biāo)準(zhǔn)RS232串口接收GNSS基準(zhǔn)站輸出的差分改正數(shù)，然后轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)以無線電形式廣播，電臺(tái)需設(shè)置特定的頻率，可選范圍在410MHZ~470MHZ

之間，工作示意圖如圖3、圖5。

(2)局域網(wǎng)wifi通訊

局域網(wǎng)通訊一般采用無線網(wǎng)橋設(shè)備搭建，它利用無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間搭起通信的橋梁。無線網(wǎng)橋采用IP傳輸機(jī)制，接口協(xié)議采用橋接原理實(shí)現(xiàn)，具有組網(wǎng)靈活，成本相當(dāng)對(duì)較低的特征，適合于絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和低等級(jí)監(jiān)控類圖像、數(shù)據(jù)等傳輸，廣泛應(yīng)用于各種基于純IP構(gòu)架的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)解決方案。

網(wǎng)橋局域網(wǎng)示意圖如下：

考慮到對(duì)監(jiān)控區(qū)域（機(jī)場）的完全覆蓋，且可能存在樓房等建筑物或構(gòu)筑物的遮擋，需根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況確定基站的數(shù)量，以保證良好的通信效果。

(3)3G/4G網(wǎng)絡(luò)通訊

采用3G或4G網(wǎng)絡(luò)通訊，即每個(gè)車輛上安裝一套3G/4G網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，模塊通過公網(wǎng)將GNSS基準(zhǔn)站差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給各個(gè)車載終端，同時(shí)將高精度GNSS定位數(shù)據(jù)回傳至控制中心（網(wǎng)絡(luò)雙向通信），控制中心可以根據(jù)模塊的ID識(shí)別每個(gè)車輛，從而能準(zhǔn)確的判斷每個(gè)車輛的準(zhǔn)確位置。當(dāng)然，3G/4G模塊也可以單獨(dú)用作定位數(shù)據(jù)上傳，RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸采用電臺(tái)傳輸（網(wǎng)絡(luò)單向通信），連接示意圖如圖5。以下介紹網(wǎng)絡(luò)雙向通信方式。

4、電子地圖

本項(xiàng)目需要亞米級(jí)別的車輛監(jiān)控定位，電子地圖的精度必須要更高的級(jí)別，也就是要達(dá)到厘米級(jí)，因此電子地圖要求的指標(biāo)如下：

●精度要求厘米級(jí)；

●地圖的格式，測繪成圖一般是AUTOCAD圖形，監(jiān)控軟件須能夠接入；

●地圖形式可以是2D或者3D；

●地圖元素至少應(yīng)包括車道、關(guān)鍵區(qū)域以及所需要標(biāo)示的重要地物；

如果已有高精度地圖，且滿足要求，則可以直接使用，但是可能需要做如下工作：

(1)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，即GNSS系統(tǒng)給出的坐標(biāo)系需要轉(zhuǎn)換到已有地圖坐標(biāo)系中。

(2)坐標(biāo)格式，根據(jù)地圖的需要提供對(duì)應(yīng)格式的坐標(biāo)，例如經(jīng)緯度坐標(biāo)或平面坐標(biāo)。

如果沒有現(xiàn)成可用的地圖，可以重新測繪，我們可以提供專業(yè)的測繪設(shè)備、測繪人員以及制圖服務(wù)。

下圖是我們?cè)诟呔锐{考行業(yè)（厘米級(jí)定位）應(yīng)用中的示例圖形（2D）：

基于差分GNSS技術(shù)的高精度車輛監(jiān)控或調(diào)度應(yīng)用十分廣泛，動(dòng)態(tài)精度最高可以達(dá)到厘米級(jí)別，目前最為典型的是GNSS駕駛員考試系統(tǒng)中的應(yīng)用，評(píng)判精度要求不大于2cm。司南導(dǎo)航產(chǎn)品在駕考領(lǐng)域的市場占有率在70％以上。

另外，在電子地圖方面，我們還可以提供更多的選擇，例如可以實(shí)現(xiàn)將區(qū)域高精度地圖與百度或其它低精度導(dǎo)航地圖結(jié)合，在核心監(jiān)控區(qū)域（例如某機(jī)場），以高精度電子地圖監(jiān)控，同時(shí)，即使受控車輛離開核心監(jiān)控區(qū)域，依然能夠監(jiān)控到其實(shí)時(shí)的大致位置。

5、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

數(shù)據(jù)中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心組件，包括核心數(shù)據(jù)處理、通信處理和業(yè)務(wù)處理三大職能，因此服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。一旦該服務(wù)器出現(xiàn)故障，將影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所以服務(wù)器應(yīng)有足夠的安全性和容錯(cuò)性。因此為了保障系統(tǒng)的可靠性，服務(wù)器盡量采用雙機(jī)熱備份機(jī)制。整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)響應(yīng)由兩個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)相連成的一個(gè)整體來提供服務(wù)。通過群集，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)失效的情況下，仍然可以提供數(shù)據(jù)訪問和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的正常運(yùn)行，保證了客戶的關(guān)鍵業(yè)務(wù)穩(wěn)定、可靠、不間斷運(yùn)行。

由于數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)處理軟件已經(jīng)具備，本方案重點(diǎn)考慮通訊處理的職能，即如何接收車輛終端上傳的各種數(shù)據(jù)，并以某種接口提供給已有的數(shù)據(jù)處理軟件。由于車載設(shè)備與數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)通訊有兩種選擇，即局域網(wǎng)通訊或3G/4G網(wǎng)絡(luò)通訊，具體操作有所不同。

如果采用局域網(wǎng)通訊，則需要將數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)，與各個(gè)車載終端接入一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，然后在數(shù)據(jù)中心安裝司南網(wǎng)絡(luò)接收軟件，通過相關(guān)設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)通訊。此種方法由于是局域網(wǎng)內(nèi)通訊，操作簡便。

如果采用3G/4G網(wǎng)絡(luò)通訊，則需要將數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)，并且提供固定IP或者用動(dòng)態(tài)IP映射端口的方法，再結(jié)合司南網(wǎng)絡(luò)接收軟件，實(shí)現(xiàn)通訊。

此方法相比局域網(wǎng)通訊主要增加了獲取固定IP或映射端口的操作，其它步驟幾乎一致。

五、設(shè)備選型

1、GNSS基準(zhǔn)站選型

GNSS基準(zhǔn)站用于播發(fā)RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)，其信號(hào)和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性直接影響移動(dòng)站的定位精度，因此基準(zhǔn)站的選型十分關(guān)鍵。

(1)M300Pro接收機(jī)

M300 Pro接收機(jī)是司南導(dǎo)航針對(duì)GNSS參考站建設(shè)而設(shè)計(jì)的一款高性能GNSS接收機(jī)，搭載公司完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)高精度主板，支持國家北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，兼容全球主流衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。具有完全自主核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度GNSS RTK技術(shù)，支持BDS B3I信號(hào)，具備BDS獨(dú)立定位、差分和RTK解算能力。內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)通訊功能，以太網(wǎng)接口采用10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡接口芯片，滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸需要。用戶可通過本地網(wǎng)絡(luò)、串口或液晶面板按鈕、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)參數(shù)。同時(shí)支持遠(yuǎn)程重啟、內(nèi)存格式化和固件升級(jí)等系統(tǒng)維護(hù)功能。

(2)M300C型接收機(jī)

司南導(dǎo)航M300 GNSS接收機(jī)采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)BDS+ GPS雙星五頻GNSS模塊，緊跟國際衛(wèi)星定位發(fā)展的步伐，為GNSS產(chǎn)業(yè)革命性產(chǎn)品。M300C提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口，可以與數(shù)傳電臺(tái)模塊或網(wǎng)絡(luò)通訊模塊連接，組成簡易的基準(zhǔn)站系統(tǒng)。

2、GNSS移動(dòng)站接收機(jī)選型

考慮到機(jī)場環(huán)境的復(fù)雜性，車輛在機(jī)場行駛過程中難免會(huì)遇到大型遮擋物下穿行環(huán)境，這樣對(duì)GNSS車載導(dǎo)航設(shè)備接收衛(wèi)星信號(hào)以及基站差分源信號(hào)都會(huì)造成有很大影響，會(huì)導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確甚至信號(hào)失鎖，從而導(dǎo)致中心對(duì)車輛的顯示與預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤預(yù)報(bào)或者失效。對(duì)于以上隱患我們采用GNSS+INS技術(shù)，即衛(wèi)星導(dǎo)航+慣導(dǎo)組合導(dǎo)航技術(shù)，組合導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)是在衛(wèi)星信號(hào)和差分源信號(hào)不能很好的提供給車載移動(dòng)端時(shí)，載移動(dòng)端導(dǎo)航設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)報(bào)文上會(huì)有專門的差分解算標(biāo)識(shí)，當(dāng)慣導(dǎo)模塊檢測到狀態(tài)位變化時(shí)會(huì)自動(dòng)激活慣導(dǎo)模塊工作，GNSS+INS組合導(dǎo)航提供高精度推算坐標(biāo)，這樣實(shí)現(xiàn)了良好環(huán)境下采用單衛(wèi)星導(dǎo)航，環(huán)境不好時(shí)進(jìn)行組合導(dǎo)航，保證設(shè)備穩(wěn)定高精度運(yùn)算工作。

(1) M300-INS接收機(jī)簡介

產(chǎn)品簡介：

M300-INS是面向車載應(yīng)用推出的一款高精度定位組合導(dǎo)航產(chǎn)品。M300-INS采用的是車載 GNSS 接收機(jī)內(nèi)置INS模塊，可在GNSS失去信號(hào)或者遮擋嚴(yán)重時(shí)提供短時(shí)間連續(xù)可靠的精確定位、測速、測姿服務(wù)。

(2)M300-INS接收機(jī)測試示例GNSS+INS組合導(dǎo)航接收機(jī)和GNSS接收機(jī)采用RTK差分模式在茂密樹木及高樓環(huán)境下對(duì)比測試效果

如下（實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用司南M300接收機(jī)）：

兩者在同一時(shí)間同一環(huán)境下采集的GPGGA經(jīng)緯度坐標(biāo)信息導(dǎo)入到谷歌地圖中所生成的圖片，圖中紅色點(diǎn)連線形成的軌跡定位軌跡為不帶慣導(dǎo)M300采集的數(shù)據(jù)形成的， 黑色點(diǎn)連線形成的軌跡定位軌跡為M300-INS采集的數(shù)據(jù)形成的，由下圖對(duì)比可以看出在同一時(shí)間同一遮擋測試環(huán)境下，M300-INS導(dǎo)航設(shè)備采集數(shù)據(jù)形成的軌跡平滑度遠(yuǎn)好于M 3 0 0 接收機(jī)，M300-INS對(duì)遮擋環(huán)境具有較高的應(yīng)對(duì)能力。

3、數(shù)傳電臺(tái)選型

數(shù)傳電臺(tái)方面，目前市場上電臺(tái)可選類型比較多，應(yīng)用也比較成熟，相互之間主要區(qū)別在頻段和協(xié)議方面，司南可以提供的三種電臺(tái)對(duì)比表如下：

綜合多種因素，我們推薦采用CDL3型電臺(tái)。

CDL3電臺(tái)是上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司為GNSS差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)的高性能數(shù)傳電臺(tái)，適用于

RTK等野外實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。CDL3電臺(tái)在功能上增加了諸多保護(hù)措施，如增加了電源的防反接功能、輸出開

路短路保護(hù)和高低電壓保護(hù)功能等，有效的保護(hù)了電臺(tái)。

4、3G模塊選型

車載3G網(wǎng)絡(luò)模塊如今在各行業(yè)內(nèi)應(yīng)用都很普遍，目前采用北京驛唐科技公司提供的MR-900E型模塊（如圖2 - 8 ），它工作在中國電信C D M A 2 0 0 01x/EV-DO網(wǎng)絡(luò)下，具有高速上網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸能力。

5、GNSS天線

(1)基準(zhǔn)站GNSS天線選型

AT500 是一款具有零相位中心誤差的多星多頻扼流圈測量型天線，采用多饋點(diǎn)微帶天線技術(shù)，保證天線相位中心與幾何中心的重合。采用前置濾波技術(shù)的低噪聲放大器，提高系統(tǒng)抗干擾能力；內(nèi)置防雷保護(hù)電路可長期在戶外安裝使用；特設(shè)玻璃鋼材料的天線外罩，耐用性好，專為GNSS參考站、CORS系統(tǒng)以及各種高精度監(jiān)測應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

(2)車載GNSS天線選型

推薦采用司南公司AT300型全頻GNSS天線，頻段范圍覆蓋了BDS B1/B2/B3、GLonAS L1/L2和GPSL1/L2共七個(gè)頻段，設(shè)計(jì)小巧，直徑14cm左右，性價(jià)比高，適合高精度車載應(yīng)用。

六、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的優(yōu)越性

1、概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Bei D o u（CO M P A S S ）Navigation Satellite System）是中國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。

2、發(fā)展歷程

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。中國高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，一直在努力探索和發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2000年，首先建成北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（北斗一代），使我國成為繼美、俄之后的世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于測繪、電信、水利、漁業(yè)、交通運(yùn)輸、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全等諸多領(lǐng)域，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。特別是在2008年北京奧運(yùn)會(huì)、汶川抗震救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用。為更好地服務(wù)于國家建設(shè)與發(fā)展，滿足全球應(yīng)用需求，我國啟動(dòng)實(shí)施了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)。

3、發(fā)展計(jì)劃北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正按照“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略穩(wěn)步推進(jìn)：

第一步，2000年建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（北斗一代），使中國成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航的國家，不過早期的北斗一代系統(tǒng)包括四顆衛(wèi)星，相對(duì)于GPS來說精度較低，而且不支持移動(dòng)定位，而后續(xù)的北斗二代衛(wèi)星體系性能不弱于美國GPS系統(tǒng)；

第二步，建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（北斗二代），2012年左右形成覆蓋亞太大部分地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù)能力；

第三步2020年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)形成全稱全球覆蓋能力，屆時(shí)將有5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜

止軌道衛(wèi)星組成，等到2020年左右北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成之后北斗系統(tǒng)所提供的定位精度在全球范圍內(nèi)將與GPS相抗衡，而在增強(qiáng)區(qū)域也就是亞太地區(qū)，北斗的精度甚至?xí)^GPS。

截止目前BDS系統(tǒng)已經(jīng)有19顆衛(wèi)星升空，前兩步已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)而且效果超出預(yù)期，現(xiàn)在單北斗接收機(jī)（即只跟蹤北斗衛(wèi)星）在亞太地區(qū)完全可以自主定位（單機(jī)定位、差分定位、RTK定位、CORS定位等等）而且精度不亞于GPS。

4、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)越性

利用我國自主建設(shè)的北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS），實(shí)現(xiàn)與美國GPS系統(tǒng)以及包括GLONASS在內(nèi)的其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的聯(lián)合定位，克服了RTK高精度衛(wèi)星定位單純依靠國外衛(wèi)星定位系統(tǒng)的固有缺陷，有效的保障了系統(tǒng)的安全可靠性；以BDS與GPS的組合為例，兩種衛(wèi)星定位系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)：

●增多了可跟蹤衛(wèi)星數(shù)，彌補(bǔ)了高軌道衛(wèi)星數(shù)據(jù)少的問題，同時(shí)如果可利用BDS三頻技術(shù)，增加了多余觀測，從而可以較大程度的提高定位精度；

●增多了可跟蹤衛(wèi)星數(shù)，使衛(wèi)星分布更為合理，降低了DOP值，提高了解算精度，特別是所能跟蹤GPS衛(wèi)星少時(shí)顯得更為重要（如下圖所示，綠色為BDS衛(wèi)星，藍(lán)色為GPS衛(wèi)星）；

●增多了可跟蹤衛(wèi)星數(shù)，使在山區(qū)、遮擋較嚴(yán)重的路段等高遮擋的區(qū)域進(jìn)行長時(shí)間、穩(wěn)定、可靠的應(yīng)用定位成為可能；

●采用BDS+GPS雙衛(wèi)星系統(tǒng)，安全性將得到進(jìn)一步提升，使整套監(jiān)測系統(tǒng)有效、安全運(yùn)行，不受制于人，不完全依賴于國外的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，不會(huì)因?yàn)槟骋粏我恍l(wèi)星系統(tǒng)由于戰(zhàn)爭等原因關(guān)閉或故意干擾導(dǎo)致 的系統(tǒng)癱瘓。