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日志

一文看懂GPS模块定位原理、特点及应用

已有 32 次阅读2017-7-13 18:16 |系统分类:通信网络

虽然说室内定位的市场在不断增长,但是鉴于室内空间布局的差异性,没有一套可以直接套用的应用方案,所以,现阶段,室外定位市场空间依然是占比最大的,而且发展也更为成熟。随着中国北斗技术和产业链的逐渐成熟,更多的市场空间将会出现,比如智慧交通和智慧城市结合的定位追踪与车辆信息服务,城市公共资产管理,物流追踪管理,农业上的精准定位,地质灾害监测与气象监测等。本篇SKYLAB君就以GPS模块在物流追踪管理系统的应用,详细分析GPS模块定位原理、特点。

什么是GPS模块

GPS 模块就是GPS信号接收器,它是一个可以用无线蓝牙或有线方式与电脑或手机连接,将它接收到的GPS信号传递给电脑或手机中的GPS软件进行处理。我们常说的GPS定位模块称为用户部分,它像“收音机”一样接收、解调卫星的广播C/A码信号,中以频率为1575.42MHz。GPS模块并不播发信号,属于被动定位。

GPS模块的应用关键在于串口通信协议的制定,也就是模块的相关输入输出协议格式。它主要包括数据类型与信息格式,其中数据类型主要有二进制信息和NMEA全国海洋电子协会数据信息。这两类信息可以通过串口与GPS接收机进行通信。

GPS模块通过运算与每个卫星的伪距离,采用距离交会法求出接收机的得出经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数,特点是点位速度快,但误差大。初次定位的模块至少需要4颗卫星参与计算,称为3D定位,3颗卫星即可实现2D定位,但精度不佳。GPS模块通过串行通信口不断输出NMEA格式的定位信息及辅助信息,供接收者选择应用。

GPS模块定位原理

24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上,以12小时的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。

事实上,接收机往往可以锁住4颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成若干组,每组4颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,从而提高精度。

由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,使得民用GPS的定位精度只有10米。为提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技术,建立基准站(差分台)进行GPS观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。实验表明,利用差分GPS,定位精度可提高到5米。

基于GPS模块的物流追踪管理应用

在传统的物流过程中,由于相关信息获取及交流的不足,常常导致不能充分发挥运输资源。通过GPS定位模块能对运输图中的车辆位置状态进行监测,便于调度管理中心掌握货物实时的运输进度,并将当前位置信息通过网络方式进行共享,便于物主进行查询,掌握货物到达时间,做好收货准备。另外,在运输途中如出现行车故障、通行受阻等突发状况时,可迅速通过GPS模块获知事发点,并调遣距离出事点最近的车辆进行救援,保证运输进度不受影响。利用GPS模块还能够帮助构建合理的行车路线,节约运输成本,通过对车辆线路的监控,可防止盗窃、劫掠事件的发生,保证车辆、货物或驾驶人员的安全


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