無線感測器網路示意圖

⑴ GPS有什麼功能具體的功能有那些

GPS的工作原理，簡單地說來，是利用我們熟知的幾何與物理上一些基本原理。首先我們假定衛星的位置為已知，而我們又能准確測定我們所在地點A至衛星之間的距離，那麼A點一定是位於以衛星為中心、所測得距離為半徑的圓球上。進一步，我們又測得點A至另一衛星的距離，則A點一定處在前後兩個圓球相交的圓環上。我們還可測得與第三個衛星的距離，就可以確定A點只能是在三個圓球相交的兩個點上。根據一些地理知識，可以很容易排除其轎搜中一個不合理的位置。當然也可以再芹液測量A點至另一個衛星的距離，也能精確進行定位。 以上所說，要實現精確定位，要解決兩個問題：
其一是要確知衛星的准確位置；
其二是要准確測定衛星至地球上我們所在地點的距離。下面我們看看怎樣來做到這點。

GPS導航示意圖
怎樣確知衛星的准確位置

要確知衛星所處的准確位置。首先，要通過深思熟慮，優化設計衛星運行軌道，而且，要由監測站通過各種手段，連續不斷監測衛星的運行狀態，適時發送控制指令，使衛星保持在正確的運行軌道。將正確的運行軌跡編成星歷，注入衛星，且經由衛星發送給GPS接收機。正確接收每個衛星的星歷，就可確知衛星的准確位置。

這個問題解決了，接下來就要解決准確測定地球上某用戶至衛星的距離。衛星是遠在地球上層空間，又是處在運動之中，我們不可能象在地上量東西那樣用尺子來量，那麼又是如何來做的呢？

如何測定衛星至用戶的距離

我們過去都學過這樣的公式：時間X速度=距離。我們也從物理學中知道，電波傳播的速度是每秒鍾三十萬公里，所以我們只要知道衛星信號傳到我們這里的時間，就能利用速度乘時間等於距離這個公式，來求得距離。所以，問題就歸結為測定信號傳播的時間。

要准確測定信號傳播時間，要解決兩方面的問題。一個是時間基準問題。就是說要有一個精確的時鍾。就好比我們日常量一張桌子的長度，要用一把尺子。假如尺子本身就不標准，那量出來的長度就不準。另一個就是要解決測量的方法問題。

時間基準問題

GPS系統在每顆衛星上裝置有十分精密的原子鍾，並由監測站經常進行校準。衛星發送導航信息，同時也發送精確時間信息。GPS接收機接收此信息，使與自身的時鍾同步，就可獲得准確的時間。所以，GPS接收機除了能准確定位之外，還可產生精確的時間信息。

測定衛星信號傳輸時間的方法

為了避免採用過多的技術術語，我們先作一個不太恰當的比喻。我們在所處的地點和衛星上同時啟動錄音機來播放「東方紅」樂曲，那麼，我們應該能聽到一先一後兩支「東方紅」的曲子（實際上，衛星上播放的曲子，我們不可能聽見，只是假想嫌帆物能夠聽到），但一定是不合拍的。為了使兩者合拍，我們延遲啟動地上錄音機的時間。當我們聽到兩支曲子合拍時，啟動錄音機所延遲的時間就等於曲子從衛星傳送到地上的時間。當然，電波比聲波速度高得多，電波也不能用耳朵來接收。所以，實際上我們播送的不是「東方紅」樂曲，而是一段叫做偽隨機碼的二進制電碼。延遲GPS接收機產生的偽隨機碼，使與接收到衛星傳來的碼字同步，測得的延遲時間就是衛星信號傳到GPS接收機的時間。至此，我們也就解決了測定衛星至用戶的距離。當然，上面說的都還是十分理想的情況。實際情況比上面說的要復雜得多，所以我們還要採取一些對策。例如：電波傳播的速度，並不總是一個常數。在通過電離層中電離子和對流層中水氣的時候，會產生一定的延遲。一般我們這可以根據監測站收集的氣象數據，再利用典型的電離層和對流層模型來進行修正。還有，在電波傳送到接收機天線之前，還會產生由於各種障礙物與地面折射和反射產生的多徑效應。這在設計GPS接收機時，要採取相應措施。當然，這要以提高GPS接收機的成本為代價。 原子鍾雖然十分精確，但也不是一點誤差也沒有。GPS接收機中的時鍾，不可能象在衛星上那樣，設置昂貴的原子鍾，所以就利用測定第四顆衛星，來校準GPS接收機的時鍾。我們前面提到，每測量三顆衛星可以定位一個點。利用第四顆衛星和前面三顆衛星的組合，可以測得另一些點。理想情況下，所有測得的點，都應該重合。但實際上，並不完全重合。利用這一點，反過來可以校準GPS接收機的時鍾。測定距離時選用衛星的相互幾何位置，對測定的誤差也不同。為了精確的定位，可以多測一些衛星，選取幾何位置相距較遠的衛星組合，測得誤差要小。在我們提到測量誤差時，還有一點要提到，就是美國的SA政策。美國政府在GPS設計中，計劃提供兩種服務。一種為標準定位服務（SPS），利用粗碼（C/A）定位，精度約為100m，提供給民用。另一種為精密定位服務（PPS），利用精碼（P碼）定位，精度達到10m，提供給軍方和特許民間用戶使用。由於多次試驗表明，SPS的定位精度已高於原設計，美國政府出於對自身安全的考慮，對民用碼進行了一種稱為「選擇可用性SA(Selective Availability)」的干擾，以確保其軍用系統具有最佳的有效性。由於SA通過衛星在導航電文中隨機加入了誤差信息，使得民用信號C/A碼的定位精度降至二維均方根誤差在100米左右。

採用差分GPS技術(DGPS)，可消除以上所提到大部分誤差，以及由於SA所造成的干擾，從而提高衛星導航定位的總體精度，使系統誤差達到10到15米之內。

GPS技術的錯差

在GPS定位過程中，存在三部分誤差。一部分是對每一個用戶接收機所共有的，例如：衛星鍾誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等；第二部分為不能由用戶測量或由校正模型來計算的傳播延遲誤差；第三部分為各用戶接收機所固有的誤差，例如內部雜訊、通道延遲、多徑效應等。利用差分技術第一部分誤差可完全消除，第二部分誤差大部分可以消除，這和基準接收機至用戶接收機的距離有關。第三部分誤差則無法消除，只能靠提高GPS接收機本身的技術指標。對美國SA政策帶來的誤差，實質上它是人為地增大前兩部分誤差，所以差分技術也相應克服SA政策帶來的影響。

差分GPS技術消除公共誤差原理

假如在距離用戶500公里之內，設置一部基準接收機。它和用戶接收機同時接收某一衛星的信號，那麼我們可以認為信號傳至兩部接收機所途經電離層和對流層的情況基本是相同，故所產生的延遲也相同。由於接收同一顆衛星，故星歷誤差、衛星時鍾誤差也相同。若我們通過其它方法確知所處的三維座標（也可以用精度很高的GPS接收機來實現，其價格比一般GPS接收機高得多），那就可從測得偽距中，推算其中的誤差。將此誤差數據傳送給用戶，用戶就可從測量所得的偽距中扣除誤差，就能達到更精確的定位。

GPS數據處理軟體是GPS用戶系統的重要部分，其主要功能是對GPS接收機獲取的衛星測量記錄數據進行「粗加工」、「預處理」，並對處理結果進行平差計算、坐標轉換及分析綜合處理。解得測站的三維坐標，測體的坐標、運動速度、方向及精確時刻。

GPS定位技術是正在發展中的高新技術，數據處理技術也處在不斷更新之中，各系列GPS接收機製造廠家研製的處理軟體也各具特色。 全球定位系統GPS是近年來開發的最具有開創意義的高新技術之一，其全球性、全能性、全天候性的導航定位、定時、測速優勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。在發達國家，GPS技術已經開始應用於交通運輸和道路工程之中。目前，GPS技術在我國道路工程和交通管理中的應用還剛剛起步，相信隨著我國經濟的發展，高等級公路的快速修建和GPS技術應用研究的逐步深入，其在道路工程中的應用也會更加廣泛和深入，並發揮更大的作用。 GPS導航系統與電子地圖、無線電通信網路及計算機車輛管理信息系統相結合，可以實現車輛跟蹤和交通管理等許多功能，這些功能包括： 車輛跟蹤 利用GPS和電子地圖可以實時顯示出車輛的實際位置，並任意放大、縮小、還原、換圖；可以隨目標移動，使目標始終保持在屏幕上；還可實現多窗口、多車輛、多屏幕同時跟蹤。利用該功能可對重要車輛和貨物進行跟蹤運輸。

提供出行路線規劃和導航 提供出行路線規劃是汽車導航系統的一項重要輔助功能，它包括自動線路規劃和人工線路設計。自動線路規劃是由駕駛者確定起點和目的地，由計算機軟體按要求自動設計最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡單的路線、通過高速公路路段次數最少的路線等的計算。人工線路設計是由駕駛者根據自己的目的地設計起點、終點和途經點等，自動建立線路庫。線路規劃完畢後，顯示器能夠在電子地圖上顯示設計線路，並同時顯示汽車運行路徑和運行方法。

信息查詢 為用戶提供主要物標，如旅遊景點、賓館、醫院等資料庫，用戶能夠在電子地圖上根據需要進行查詢。查詢資料可以文字、語言及圖象的形式顯示，並在電子地圖上顯示其位置。同時，監測中心可以利用監測控制台對區域內的任意目標所在位置進行查詢，車輛信息將以數字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來。

（4）話務指揮

指揮中心可以監測區域內車輛運行狀況，對被監控車輛進行合理調度。指揮中心也可隨時與被跟蹤目標通話，實行管理。

（5）緊急援助

通過GPS定位和監控管理系統可以對遇有險情或發生事故的車輛進行緊急援助。監控台的電子地圖顯示求助信息和報警目標，規劃最優援助方案，並以報警聲光提醒值班人員進行應急處理。

GPS技術在汽車導航和交通管理工程中的研究與應用目前在中國剛剛起步，而國外在這方面的研究早已開始並已取得了一定的成果。加拿大卡爾加里大學設計了一種動態定位系統，該系統包括一台捷聯式慣性系統，兩台GPS接收機和一台微機，可測定已有道路的線形參數，為道路管理系統服務。美國研製了應用於城市的道路交通管理系統，該系統利用GPS和GIS建立道路資料庫，在資料庫中包含有各種現時的數據資料，如道路的准確位置、路面狀況、沿路設施等，該系統於1995年正式運行，為城市道路交通管理起到重要作用。近些年來國外研製了各種用於車輛誘導的系統，其中車輛位置的實時確定以往主要依據慣性測量系統以及車輪感測器，隨著GPS的發展和所顯示出的優越性，有取代前兩種方法的趨勢。用於城市車輛誘導的GPS定位一般是在城市中設立一個基準站，車載GPS實時接收 基準站發射的信息，經過差分處理便可計算出實時位置，把目前所處位置與所要到達的目標在道路網中進行優化計算，便可在道路電子地圖上顯示出到達目標的最優化路線，為公安、消防、搶修、急救等車輛服務。

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⑶ 無線數據傳輸設備的種類有哪些怎麼選擇比較可靠的

無線數據傳輸設備的選擇主要根據採集信號的類型和應用環境來選擇。

不同的信號如485、232、4~20mA、電壓信號等要採用不同的數據傳輸設備。

不用的應用環境如工廠、戶外、室內要選用不同的防護等級。如戶外採用IP67防護等級。

電池供電低功耗無線數據傳輸設備示意圖

另外，根據不同的供電條件，選擇不同的供電方式，如電池供電，220V供電的數采儀。