gps导航系统在工程机械中的应用(翻译)

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1、建筑技术的研究进展，第二卷米安顺，学者米高和E.S.S.琳（编）©2002年Elsevier科学有限公司，版权所有建筑工业GPS导航和制导系统研究冈瑟.瑞斯切尔莫志明摘要：近年，对于全球定位系统（GPS）的应用出现了新的方向。其中，在建筑行业表现突出，涉及到车队管理、卡车导航，指导建筑机械精确测量、放样以及工程结构监测等诸多方面。由于GPS存在多种模式，因而可以根据具体要求，选用合适的方法进行位置测定。在大多数情况下，需要对位置进行实时连续测定。此时，可以通过现今的现代实时动态GPS(RTK-GP

2、S)实现。现代测量与定位技术的使用促进了建筑行业新机械和系统的发展进程，特别是在建筑机械行业，在提高工程施工效率方面已初见成效。如今，一些公司已经开发出了可以在诸如平地机和推土机等机械上应用的商用系统。这些系统通常使用三维测量系统，并结合某些传感器以实现定位。本文将首先通过对卫星定位系统的简要概述，阐述其在建筑行业的主要应用，随后对基于RTK-GPS技术的现代三维机械制导系统的共同特点进行论述，并与常规系统进行比较，最后得出结论。关键词：GPS卫星定位导航车队管理机械制导建筑机械三维机械制导系统1

3、简介无论是应用在一般建筑，或是土方和土木工程之中，当今先进的测量技术，广泛使用了激光、全站仪、GPS定位解决方案和软件，都可以提供更多的工作任务和现场控制。功能强大的软件能够实现从场地准备、设计和估算起飞以及机器控制系统的最小滑移到最大的推土机整条生产线的控制任务。从而使现代机械控制系统可以联合或单独采用包括激光、GPS系统、全站仪、超声波或激光示踪剂和软件在内的多种技术。对于使用了先进控制系统的机械，操作者在驾驶室中就可以得到所需要的信息，使他们能够显著地提高生产率和工作精度，减少材料。本文将从

4、现代卫星定位的运作的原则和导航理论入手，详细介绍了GPS在建造行业和机器制导中的应用。1GPS定位和导航卫星定位系统的开发，使在全球范围内实现连续定位成为可能。目前新系统正处于开发或卫星发射阶段，但他们都有一个共同的特点，即基于美国导航星全球型GPS（带时间和测距的导航系统，即全球定位系统）的理念进行开发。该系统是美国国防部（DOD）在20世纪70年代着手开发的，因而主要用于军事导航。除美国之外，前苏联也开发了类似的系统，即所谓的俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）。在90年代，GPS和GL

5、ONASS的整合是未来的全球导航卫星系统（GNSS）开发的一个步骤。GNSS的战略目标是建立一个系统，摆脱任何军事和国家的控制，以保证在一定时间内服务的连续性，并提供比GPS更加优质实惠的服务。这主要是由于军事上的原因，并且美国政府也不同意让国际组织控制GPS。事实上，欧盟也在上个世纪末便开始设计自己的全球卫星导航系统。这一系统被称作GALILEO，预计将在2008年底完全投入使用。2.1卫星定位的基本概念由于卫星定位系统的理念非常直观，将有助于其他一些拥有系统理念知识的人对其进行理解。其中，卫星

6、定位系统的设计理念必须符合下列要求：系统必须能够在世界上的任何地方进行三维定位，并且在任何时间、任何天气条件下保证既定的定位精度。此外，在多数情况下，信号接收端处于移动状态，系统还必须对其速度和加速度进行测定。卫星定位系统一般包括三个部分，即空间部分（在轨道上的卫星）、地面控制部分（监测站和主控站）和用户部分（接收器和天线）。卫星通过发送调制在载波上的相位信号序列进行距离测量。对于GPS来说，通常可以发出两种正弦载波相位信号：L1和L2以及两种伪随机码（伪随机噪声）：精确的P码和C/A码。在下一代

7、的GPS卫星，计划增加三分之一的平民和其他军事频率，该卫星轨道则通过世界各地的监测台组成的网络来测定。这些广播星历，随后将传送到用户端，以便从导航信息中获取的实时位置信息。用户部分可大致分为两类：军事用户和民间用户。市场有各种类型的GPS接收器，如测绘，汽车导航和娱乐，以适应不同的需求，其选用的原则可参照卫星定位方面的书籍(如：Hofrnann-Wellenhofet.al,1992；Leick,1995;Wells,1986;Seeber,1993;Mok&Retscher,2000).2.2观

8、察类型和定位模式通过测量距离或范围可以实现定位。伪距可以通过代码（P码和C/A码）或载波相位（信号L1或/和L2）进行测量，但具体使用哪种方式，则取决于所使用的观测类型，如当定位精度在0.3-40m范围内时，可使用代码观察方式。定位精度最高可到厘米级，但此时只能通过使用载波相位进行测量，对不同方法的定位精度比较可以参照图1。图1卫星定位精度频谱从中可以看出，不同的卫星定位技术提供了宽广的定位精度范围。甄别代码和相位两种观察类型，可以将这些方法分为绝对和相对定位技术两类。绝对或单点定