中心議題：

• 關於GPS的航標遙測係統數值的處理
• GPS OEM板與航道GPS遙測網

解決方案：

• 應用各種濾波方法來消除或減弱各種誤差的影響
• 對水標進行遙測
• 中值濾波法

• 進退遞推濾波法

隨著電子技術和通信技術的發展，無線通信以及遙測遙控係統被廣泛應用於工業、農業
、航空、航hang海hai等deng各ge個ge領ling域yu中zhong。出chu海hai口kou及ji內nei陸lu河he道dao作zuo為wei航hang海hai航hang運yun重zhong要yao的de一yi部bu分fen，其qi管guan理li維wei護hu方fang法fa及ji管guan理li質zhi量liang對dui我wo國guo航hang運yun業ye的de影ying響xiang至zhi關guan重zhong要yao。發fa展zhan至zhi今jin，電dian子zi通tong信xin產chan品pin的de可ke靠kao性xing越yue來lai越yue高gao，成cheng本ben越yue來lai越yue低di，這zhe使shi得de航hang道dao管guan理li維wei護hu自zi動dong化hua
、數字化的實現成為可能。GPS(全球定位係統)是美國國防部於1973niankaishiyanzhideweixingquanqiudaohangdingweixitong
，zhuyaoweiqihailukongsanjunfuwu。jinjinianlaiyizhubuyingyongyuminyongsheshijicehuijishuzhong

，tongshimeiguojunfangzhubufangsongduiminyongGPS設備的限製
，使得民用GPS達到了比較高的定位精度。利用GPS對dui航hang道dao航hang標biao等deng設she備bei進jin行xing位wei置zhi遙yao測ce與yu監jian控kong是shi一yi種zhong比bi較jiao理li想xiang的de方fang法fa。本ben文wen以yi航hang標biao監jian控kong的de具ju體ti要yao求qiu為wei標biao準zhun，把ba整zheng個ge航hang道dao管guan理li區qu域yu內nei需xu監jian控kong的de目mu標biao物wu組zu成cheng一yi個geGPS遙測網，並利用各種濾波方法消除相應的誤差，提高了遙測數據的準確性。 1 GPS OEM板與航道GPS遙測網

1.1 GPS OEM板

GPS OEM板是GPS接收機中一個重要的組成部分
，它具有成本低
、體積小

、重量輕、產品種類多、性價比高等很多優點，因此被廣泛應用於定位及導航領域中。它的定位精度已經能達到幾十米
，甚至可以達到10米以內的精度。本課題所用到的Thales集團導航定位公司的GPS OEM B12就是一款性價比很高的產品。

1.2 航道監測

航道是交通網絡中一個重要組成部分，其安全質量直接影響著整個交通係統。以前航道部門專門在航道的堤岸
、橋頭
、故(gu)障(zhang)物(wu)旁(pang)邊(bian)安(an)裝(zhuang)各(ge)種(zhong)航(hang)標(biao)燈(deng)作(zuo)為(wei)警(jing)戒(jie)導(dao)航(hang)裝(zhuang)置(zhi)，各(ge)種(zhong)船(chuan)隻(zhi)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)航(hang)標(biao)燈(deng)光(guang)及(ji)其(qi)閃(shan)動(dong)頻(pin)率(lv)來(lai)確(que)定(ding)自(zi)己(ji)的(de)航(hang)向(xiang)。至(zhi)於(yu)航(hang)標(biao)的(de)維(wei)護(hu)，則(ze)是(shi)航(hang)道(dao)部(bu)門(men)每(mei)隔(ge)一(yi)定(ding)時(shi)間(jian)派(pai)巡(xun)航(hang)船(chuan)隻(zhi)對(dui)各(ge)航(hang)標(biao)燈(deng)進(jin)行(xing)目(mu)測(ce)和(he)實(shi)測(ce)。因(yin)為(wei)航(hang)道(dao)中(zhong)航(hang)標(biao)燈(deng)比(bi)較(jiao)多(duo)
，這(zhe)就(jiu)使(shi)得(de)這(zhe)種(zhong)巡(xun)航(hang)航(hang)道(dao)的(de)維(wei)護(hu)方(fang)式(shi)操(cao)作(zuo)繁(fan)瑣(suo)，運(yun)作(zuo)維(wei)護(hu)成(cheng)本(ben)高(gao)，安(an)全(quan)質(zhi)量(liang)低(di)。
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1.3 航道GPS遙測網

航道中航標遙測網主要是對水標(拋錨在水中的航標)進行遙測以便對其位置進行實時監控(其係統原理圖如圖1所示)
； 而岸標(固定在堤岸上的航標)由於其位置不變所以無需GPS遙測。GPS在航標遙測網中的實際任務就是實時測量航標燈所在位置，並與預先劃定的位置範圍進行比較
，如果漂離出所標定的範圍，即通過GSM網發送警報信息給監控中心，以便於監控中心采取相應措施。這將就可以排除航標燈因船隻碰撞
、水shui流liu衝chong擊ji等deng原yuan因yin而er漂piao離li引yin起qi事shi故gu。而er每mei個ge航hang道dao管guan理li區qu域yu內nei有you成cheng百bai個ge水shui標biao，因yin此ci在zai提ti高gao安an全quan質zhi量liang的de同tong時shi也ye需xu考kao慮lv成cheng本ben投tou入ru。根gen據ju航hang道dao的de具ju體ti要yao求qiu
，其qi精jing度du並bing不bu需xu要yao精jing確que到dao米mi級ji以yi下xia，因yin此ci不bu需xu要yao價jia格ge昂ang貴gui的de高gao精jing度duGPS接收機及測量儀。同時將GPS OEM板與水標進行捆綁

，可以以相對較低的成本取得高質量的管理效果。本係統使用的是法國Thales公司生產的B12 GPS OEM板模塊，它具有並行的12個接收通道(即同時可以接收12顆定位衛星傳送的星曆信息)。

2 誤差分析
、數值處理及控製流程

2.1 誤差分析

GPS測量的誤差主要包括衛星部分
、信號傳播、信號接收等各個方麵帶來的誤差
，但從性質上來講可以歸納為係統誤差和隨機誤差兩部分。其中係統誤差主要包括衛星的星曆誤差、衛星鍾差
、接jie收shou機ji鍾zhong差cha以yi及ji大da氣qi折zhe射she的de誤wu差cha等deng。隨sui機ji誤wu差cha主zhu要yao包bao括kuo信xin號hao的de多duo路lu徑jing效xiao應ying等deng。雖sui然ran係xi統tong誤wu差cha比bi隨sui機ji誤wu差cha要yao大da些xie，其qi消xiao除chu主zhu要yao靠kao接jie收shou機ji本ben身shen[1]，但(dan)是(shi)它(ta)總(zong)是(shi)有(you)一(yi)定(ding)的(de)規(gui)律(lv)可(ke)循(xun)的(de)
，所(suo)以(yi)采(cai)取(qu)一(yi)定(ding)的(de)措(cuo)施(shi)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)對(dui)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)都(dou)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)。由(you)於(yu)水(shui)麵(mian)多(duo)路(lu)徑(jing)效(xiao)應(ying)比(bi)較(jiao)嚴(yan)重(zhong)
，所(suo)以(yi)使(shi)用(yong)精(jing)密(mi)相(xiang)位(wei)中(zhong)心(xin)
、具厄流圈的測量天線是消除由於水麵環境所引起誤差的一個重要方法。

2.2 數值處理

針對各種誤差

，測量技術中已應用了各種濾波方法來消除或減弱各種誤差的影響，例如中值濾波法

、算術平均濾波法、進退遞推濾波法等。通過大量的測量試驗與觀察分析發現，隨著時間的不同、衛星分布狀態的改變以及天氣的變化

，GPSsuodushujudouyoubutongquxianfangxiangdepiaoyi
，danshiqifenbuzhuangtaijiejinyuzhengtaifenbu
，suoyicaiyongyixielvbofangfaduishujujinxingchuliduizhenggeceliangxitongjingdudetigaozhiguanzhongyao。yixiashixitongzhongsuoyongdaodejizhonglvbofangfa。 中值濾波法：即ji對dui所suo測ce三san個ge數shu據ju進jin行xing排pai序xu，去qu掉diao最zui大da和he最zui小xiao的de一yi個ge，取qu中zhong間jian值zhi作zuo為wei測ce量liang值zhi。基ji於yu這zhe種zhong思si想xiang，本ben文wen在zai終zhong端duan控kong製zhi器qi上shang電dian初chu始shi化hua的de時shi候hou連lian續xu測ce量liangn(可調)次經緯度數據並將它們從小到大進行排隊
，去掉最大的m次數據和最小的m次數據，以中間的n-2m次數據作為基準，並存於一個存儲單元。由於航道遙測係統對實時性要求並不高，所以把n盡量取得大些。設n次所讀數據和為Xn，經排序後最小m次數據和為XmMIN，最大m次數據和為XmMAX
，則：

Xsum=Xn-XmMIN-XmMAX
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把Xsum存於存儲單元作為後續處理方法的和基準。算術平均濾波法：jicaiyangyidingliangdeshuju
，ranhouduiqiqiupingjunzhizuoweicelianggujizhi，zheyangkeyishidepianlizhenzhidezhengfuwuchaxiangxiao
，congershiceliangzhigengjiejinzhenshizhi。benketijiangqianmiansuoqudeden-2m次測量數據作算術平均，且存於固定的算術平均值存儲單元
，並根據以後所讀數據進行實時修正。這樣有：

X=(Xswn)/(n-2m);Xi=(Xsumi)/(n-2m).

其中，X是初始化時所求平均值，作為一個平均基準存於存儲單元。Xi是每讀一次數據所求平均值
，作為位置評估值應用於位置飄移判斷控製中。 進退遞推濾波法：前qian麵mian兩liang者zhe都dou是shi讀du取qu一yi定ding數shu據ju以yi後hou再zai作zuo後hou處chu理li
，而er測ce量liang過guo程cheng中zhong必bi須xu對dui所suo測ce數shu據ju進jin行xing實shi時shi處chu理li。所suo以yi，所suo測ce量liang經jing緯wei度du的de變bian化hua趨qu勢shi必bi須xu反fan應ying出chu來lai

，以yi便bian航hang標biao因yin為wei意yi外wai而er漂piao出chu所suo給gei定ding範fan圍wei時shi能neng實shi時shi向xiang監jian控kong中zhong心xin發fa送song警jing報bao信xin息xi
，從cong而er進jin行xing修xiu正zheng。本ben文wen根gen據ju實shi驗yan與yu觀guan察cha的de結jie果guo
，采cai取qu進jin一yi新xin數shu退tui一yi平ping均jun數shu的de進jin退tui遞di推tui濾lv波bo方fang法fa，即ji：

Xswni=Xsum_i-1+Xi-1+xi

限幅濾波法：zaiceliangguochengzhong，changchanghuipengdaopianlizhongzhijiaoyuandecudawucha。zheduijingguoqianmianjizhonglvbofachulihoudeshujujizhunhuichanshengjiaodadechongji
，xianfulvbofajiushizhenduizheyisixiangde。shedingyigeyuzhi
，dangsuoceshujuyujizhunshujubijiaohou，chazhichaoguoyuzhijiurenweishicudawuchabingshediao。danshibenketizhongruguohangbiaodengyinyiwaierpiaochuhenyuan，jiubixunengshibiechulai，erbunengdangcudawuchaquanbushediao。suoyizaikongzhichengxuzhongzhuanmenshejileyijishuqiduishediaobilvjinxingjishu
，ruguoshediaobilvdayumouyizhizezhongxinchushihua，jizhongxinduqun-2m次的和基準及其算術平均基準。

圖2、圖3
、圖4分別是對利用Visual Basic6.0開發的數據采集與處理程序采集的10小時GPS數據進行幾種數據處理後的坐標示意圖(其中，橫坐標、縱坐標分別表示經、緯度)。從這三個圖中可以看出，從圖2到圖4，數據收斂性依次增強，可見綜合幾種濾波法於數據處理中，將大大減少誤差，提高係統精度。

2.3 控製流程

係統控製流程圖如圖5所示。 本文通過大量的實驗與測量觀察，深究了GPS OEM板的誤差來源及規律，並采取了相應的數值處理方法及控製策略，大大提高了GPS OEM板在遙測係統中的應用價值和可靠性，保證了航道維護中標燈的位置遙測監控的準確性與安全性，是GPS OEM板—個很有意義的應用實例.