北斗/GPS双模车载终端对静态定位精度的影响

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北斗/GPS 双模车载终端对静态定位精度的影响
任思佳，关可
（长安大学信息工程学院，陕西西安710064）
摘要：应用卫星导航系统的静态定位精度，研究了不同定位模式对车载终端静态定位精度的影响。通过每个模式下定位
偏移量的对比，发现北斗/GPS 双模模式下静态定位精度明显优于北斗模式下和GPS 模式下静态定位精度。结果表明：
北斗/GPS 双模模式能够得到更精确的定位信息，达到更好的定位效果。
关键词：交通工程；双模；对比；静态定位精度；精确；效果
中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2014）04-0022-02
目前国内车辆运输行业日益发达。针对“两客一危”车辆
行业发展和智能交通实现联网联控的发展需求，我国研发的
车辆卫星定位系统车载终端已经由GPS 和GPRS 无线网络技
术相结合转变为北斗/GPS 和GPRS 无线技术相结合[1]。该终
端具有卫星定位系统、移动网络接入、道路运输车辆行驶记录、
道路运输车辆相关信号采集和控制，能够与其它车载电子设
备进行通信，提供政府和企业平台所需的各类信息。北斗/GPS
双模卫星定位导航系统是近年来出现的新兴的导航系统，它
不仅采用了目前国际上最为广泛使用的GPS定位导航系统技
术，而且采用了我国自主研发的北斗定位导航系统技术。从
技术层面将两者融为一体，定位效果高于单GPS 模式和单北
斗模式。本文把采集到的经纬度信息与模拟经纬度信息作对
比，分析北斗/GPS 双模车载终端的静态定位精度的精确性。
1 道路运输车辆卫星定位系统车载终端的基本功能
要求及性能指标
根据交通运输部道路运输车辆卫星定位系统车载终端技
术规范的要求，车载终端应具有以下要求： 车辆卫星定位；
人机交互； 信息服务； 多中心接入； 车辆故障远程诊断。
整体性能指标包括： 可靠性； 可扩展性。其中卫星定位模块
性能包括： 卫星接收通道高于12 个； 灵敏度优于-130dBm；
水平定位精度不大于15m；④热启动时间不超过10s。
2 静态定位精度与GPS 模式下卫星导航系统
GPS 的定位精度主要取决于两个方面: 其一是观测量的
精度；其二是所测卫星在空间的几何分布。GDOP 表征用户和
可见卫星在空间几何分布的好坏，表示定位定时总对测距误
差的放大倍数，即：
其中( gii= 1, ? , 4)是是的对角线元素, H 是
观测矩阵。
可以参考几何精度因子来确定定位精度的大小。静态定
位精度是GPS 的定位精度的一个主要技术指标, 它表示在终
端目标速度为0 情况下的定位精度，用偏移量p 来表示。
GPS 卫星导航系统原理：由地面主控站收集各监测站的
观测资料, 按规定的格式编辑导航电文，通过地面上的注入站
向GPS 卫星注入这些信息。测量定位时，用户可以利用接收
机的储存星历得到各个卫星的粗略位置。根据这些数据和自
身位置，由计算机选择卫星与用户联线之间张角较大的四颗
卫星作为观测对象。观测时，接收机利用码发生器生成的信
息与卫星接收的信号进行相关处理，并根据导航电文的时间
标和子帧计数测量用户和卫星之间的伪距。将修正后的伪距、
输入的初始数据及四颗卫星的观测值列出3 个观测方程式，
即可解出接收机的位置，并转换所需要的坐标系统，以达到定
位目的[2]。
GPS 由三个独立部分构成： 空间部分：21 颗工作卫星，
3 颗备用卫星。地面支撑系统：1 个主控站，3 个注入站，5 个
监测站。终端部分：接收GPS 卫星发射信号，以获得必要的
导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS 接
收机硬件一般由主机、天线和电源组成。
3 单北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运
行的全球卫星系统，英文全称为BeiDou Navigation Satellite
System。系统结合定位技术、移动通信以及扩频技术，是一种
全天候覆盖我国及周边国家和地区的区域性卫星导航、定位、
通信系统，也是世界上首个结合定位、授时和段报文通信为一
体的卫星导航系统。系统构成与GPS 卫星导航系统构成类
似： 空间段：由分布在不同轨道的14 颗卫星组成，即有5 颗
地球静止轨道（GEO）卫星、5 颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫
星和4 颗备用卫星组成北斗区域性导航卫星星座； 地面段：
由主控站、上行注入站以及监测站构成； 终端部分：由北斗
用户终端和其它导航系统相互兼容的终端组成。用户终端设
备的主要任务是接收卫星发生来的信号，同时也可以向主控
站发送定位、通信或定时申请。
4 GPS/北斗双模卫星导航系统
GPS/北斗双模卫星导航系统是目前最先进的卫星导航系
统，它充分利用了单北斗和单GPS 两套卫星定位系统的长处
和资源，使其精度和和可靠性更强。它们共同集成在车载终
端上，在相同场景下同时采集定位信息，该定位信息通过无线
通信模块传输采集到的定位信息到服务器端，通过适合GPS/
北斗双模卫星导航系统的差分定位算法，有效地提高了整体
的定位精度[3]。
根据终端经纬度和模拟经纬度的差值我们可以计算出偏
移量。偏移量是反应静态定位精度的关键参数。
地球上任意两点间距离：设第一点终端经纬度为(A0,Aa)，
第二点模拟经纬度为(B0, Ba)，按照0 度经线的基准，东经取经
度的正值(Longitude)，西经取经度负值，北纬取90-纬度值，南
纬取90+纬度值，则经过上述处理过后的两点被计为(A'0, A'a )
和(B'0 , B'a)。由公式：
（2）
2014 年第4 期
（总第136 期）
2014
（Sum. No 136）
信息通信
INFORMATION & COMMUNICATIONS
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无线传感器网络数据融合研究
李厚飞
（南昌航空大学研究生学院，江西南昌330063）
摘要：数据融合是无线传感器网络的一个研究热点，能减少传感器节点间传输的数据量和能量消耗，从而明显提高网络
即时性能，延长网络生命周期，减小时间延迟。文章首先介绍了无线传感器网络中数据融合的必要性，然后介绍了数据
融合的原理、层次、结构，重点介绍了多传感器数据融合的三个层次，并比较了三个融合层次的优缺点，最后对数据融合
的发展趋势进行了展望。
关键词：数据融合；无线传感器网络；多传感器；结构
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2014）04-0023-02
Survey on Data Fusion ofWireless Sensor Networks
LI Hou-fei
(Graduate School of Nanchang Hang kong University, Nan Chang 330063, China)
Abstract: Data fusion which is a hot topic in a wireless sensor networks (WSN), can reduce the communication overhead and
energy expenditure of sensor nodes, to significantly improve the performance of real-time network, extend the network lifetime,
and reduce the time delay. This paper firstly introduced the necessity of data fusion inWSN. Then the fusion principle, the fusion
level, the fusion architecture and WSN were introduced, especially the three levels of multi-sensor data fusion and their advantages
and disadvantages.Finally, the developing trend of data fusion were discussed.
Keywords: data fusion; wireless sensor networks; multi-sensor; architecture
0 引言
无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）是当前
国际上备受关注的、由多学科高度交叉形成的新兴前沿研究
热点领域。它是由部署在监测区域内的大量微型的传感器节
点组成，并通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感
知和采集各种环境或监测对象的信息，并通过随机自组织无
线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。
由于每个传感器的监测范围及可靠性是有限的，在放置传感
器节点的时候，必须使传感器节点的监测范围互相交叠，以增
强整个所能获得的信息的鲁棒性和准确性。这样就造成下面
的问题：
（1）浪费通信带宽和能量：由于大规模部署的特性，使得
各传感器节点之间的距离较近，相邻的节点所上报的感知信
息存在较大的冗余性，根据文献[1]的结论，节点的能耗大部分
集中在无线通信上，因此，大量冗余数据的存在还会缩短网络
的寿命。
（2）降低信息收集的效率：多个节点同时传送数据会增加
数据链路层的调度难度，造成频繁的冲突碰撞，降低了通信效
其中R 和D 单位是相同，半径R=6370996.81 米, D 单位
为米， h=h1-h2，h1是终端高度，h2是模拟终端高度，p 为偏移量。
图1 三种模式相同条件下的偏移量
在我国国内，经度范围73°33′E至135°05′E，维度范围3°
51′N 至53°33′N。则公式为：
（3）
在实验室环境下，我们设置同样的场景，即速度为0，路线
相同。当定位数在500 条以后时，定位趋于稳定，我们只显示
采集到的第941—945 条定位信息，把这些数据绘制成图1。
图1 比较了单GPS 模式、单北斗模式、GPS/北斗双模卫星定位
系统的经纬度差别，由这个图可以看出在相同场景、相同条件
下，GPS/北斗双模定位系统的定位精度更高。
参考文献：
[1] 赵永奎.GPS 组合系统在民用交通中的应用[J].航空电子
技术,1996（2）:37-42
[2] Lenoard R,Kraczuki.Global Posit ioning System Navigation
Alogrithm [J]. Applied Mechanics Research Laboratory ,
1977 ,ADA 065747:3-106
[3] 吴兆麟.综合交通运输规划[M].清华大学出版社,2009
作者简介：任思佳（1988-），男，河南周口人，硕士，研究方向为
信号与信息处理。
2014 年第4 期
（总第136 期）
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（Sum. No 136）
信息通信
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2014-10-1 06:26 上传

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