基于GPS的检衡车信息监控系统研究

　　1 引言

　　现在全国有一千多台的动态轨道衡和两千多台的静态轨道衡，分布在冶金、化工、电力、钢、铁等行业，每年要完成一次年检，而全国现在只有十组动态检衡车列和不到一百辆静态检衡车。随着铁路跨越式发展，新安装的轨道衡的数量越来越多，现在已经出现检衡车不足的情况。如何在现有的检衡车数量下，更好的满足全国范围轨道衡的检定工作是国家轨道衡计量站一直研究的课题。铁路运输安全现在已经有了很大的提高，但是还是存在货物被盗、丢失或者被破坏的事件发生，据报导检衡车就曾多次发生车门被撬事件，如何提高检衡车的运输安全也是一个值得研究的问题。国家轨道衡计量站现在已经有“全国轨道衡信息管理系统”，但是该系统对检衡车的管理方面做的不够全面，不能有效的监测检衡车的实时状态信息，对检定计划的制定也有一定的影响。加入 GPS 的信息管理系统能够使管理者了解整个检衡车的实时分布情况和当前的工作状态，真正了解检衡车的运行线路图，通过分析软件分析，不仅更好的制定全年的检定任务，而且能更高的提高检衡车使用效率。

　　2 GP S 概述

　　GPS 即全球定位系统 (Global Positioning Sys-tem)。简单地说，这是一个由覆盖全球的 24 颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到 4 颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地[1]。GPS 全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分—GPS星座;地面控制部分—地面监控系统;用户设备部分—GPS 信号接收机。图 1 为 24 颗定位卫星示意图。

　　GPS 导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距 (PR)：当 GPS 卫星正常工作时，会不断地用 1 和 0 二进制码元组成的伪随机码 (简称伪码) 发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的 C/A 码和军用的 P(Y)码。C/A 码频率 1.023MHz,重复周期 1ms，码间距 1μs，相当于 300m;P 码频 率 10.23MHz， 重 复 周 期 266.4 天 ， 码 间 距0.1μs，相当于 30m。而 Y 码是在 P 码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s 调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含 5 个子帧，每帧长 6s。前三帧各 10 个字码，每 30s 重复一次，每小时更新一次;后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第 1、2、3 数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在 WGS- 84 大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。