交通信息与控制技术
4.2.2 全球卫星定位导航系统（GPS）
全球卫星定位系统（Global Positioning System 简称 GPS）是随着现代航天及无线电通讯科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的由24颗人造卫星组成的卫星网（即所谓“天网”），向地球不断发射定位及时间信号。地球上的任何一个GPS接收机，只要接收到四颗以上的卫星发出的信号，经过计算处理后，就可报出GPS接收机（目标）的位置（经度、纬度、高度）、时间和运动状态（速度、航向）。数据会适时地通过无线通讯网链传送至主控制基地中心，而后面具有强大地理信息处理、查询功能的电子地图上进行运动轨迹的显示，并能对准确位置、速度、运动方向、车辆状态等用户感兴趣的参数进行监控和查询，以确保车辆的安全，方便调度管理，提高远营效率。
GPS车辆调度监控管理系统结构图
4.2.3 通用分组无线业务（GPRS）
它是一种基于分组交换传输数据的方式，在移动终端和网络之间实现了“永远在线”的连接，网络容量只有在进行传输时才被占用。
GPRS是在原有的基于电路交换（CSD）方式的GSM网络上引入两个新的网络节点： GPRS服务支持节点(SGSN)和网关支持节点（GGSN）。SGSN和MSC在同一等级水平，
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并跟踪单个MS的存储单元实现安全功能和接入控制，并通过帧中继连接到基站系统。GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。
GPRS终端通过接口从客户系统取得数据，处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。分组数据经SGSN封装后，SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络。若分组数据是发送到另一个GPRS终端，则数据由GPRS骨干网发送到SGSN，再经BSS发送到GPRS终端。
特点：充分利用频谱资源、传输宽带，适用于突发性业务。
4.2.4 专用短程通信（DSRC）
专用短程通信(Dedicated Short Range Communication,简称DSRC)是智能交通系统中最重要的基础通信协议之一。DSRC技术提供了一种高效的短距离无线通信机制，他具有传输速率高、延迟短等特点，支持点对点、点对多点的通信，利用这种通信手段将车辆之间、车辆与道路之间有机的联系在一起，为ITS提供了高效的无线通信服务。
DSRC由车载单元（OBU）、路旁单元（RSU）、专用短程通信协议及后台计算机网络组成。主要应用于ETC不停车收费系统中。
专用短程通信系统是利用专用短程通信技术，通过路旁单元的信号发射和接收装置识别通过车辆的相关信息，自动对车辆进行身份鉴别、实时监控、动态引导等。
专用短程通信规范的三个层次：
（1）物理层：规定了无线通信的标准，包括频率、上下行数字编码方式、信号调制方式。
（2）数据链路层：定义数据链路通信协议，制定介质访问和逻辑链路控制方法。 DSRC的通信流程大致分为3个基本过程。
（1）建立连接。RSU利用物理层的下行线路循环不断地发送帧控制信息，车载OBU驶入RSU的有效发射区域时将接受此帧控制信息，同时回复相应信息请求建立连接。这时RSU收到请求信息做出响应操作，将响应信息发送到对应的OBU。OBU收到响应信息，发出确认信息，RSU读取确认信息核实身份，连接建立成功。
（2）信息交换。利用已建立好的连接，针对应用服务类型进行数据交换。在此过程中差错控制应首先被考虑，可以通过帧携带OBU私有标识、设置重传计数器等待时间等方式解决。
（3）连接释放。RSU向OBU发送释放连接信息，OBU接收信息，确认要释放连接，
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设定连接释放计数器，由连接释放计数器释放连接。
4.2.5 无线局域网（WLAN）
无线局域网络利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需电缆介质。无线局域网的数据传输速率等达到11Mbps，传输距离可远至20km以上。
优点：安装便捷；使用灵活；经济节约，增加信息点，无需改造网络；易扩展。 无线局域网的传输原理和普通有线网络一样，采用ISO/RM七层网络模型，只是在模型的最低两层“物理层”和“数据链路层”中，使用了无线传输方式，其阐传输方式为无线电波方式和红外线方式。其中无线电波传输方式覆盖范围大，发射功率强，还具有隐蔽性、保密性等特点，具有很高的可用性。
目前，基于IEEE 802.11标准的WLAN均使用的是扩展频谱方式。
在这种方式下，数据信号的频谱被扩展成几倍甚至几十倍后再被发射出去。这一做法固然牺牲了频带带宽，但却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。
采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择的是ISM频段，这里ISM分别取于Industrial、Scientific及Medical的第一个字母。许多工业、科研和医疗设备的发射频率均集中于该频段。例如美国ISM频段由902MHz~928MHz，2.4GHz~2.48GHz，5.725GHz~5.850GHz三个频段组成。如果发射功率及带宽辐射满足美国联邦通信委员会（FCC）的要求，则无须向FCC提出专门的申请即可使用ISM频段。
4.2.6 蓝牙技术
蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功的简化以上这些设备与Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与Internet之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。
特点：蓝牙模块体积小、低功耗、开放接口、成本低。
蓝牙无线技术旨在取代连接便携设备和/或固定电子设备的缆线。蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为1Mb/s。时分双工传输方案被用来实现全双工传输。 使用IEEE802.15协议。
ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上
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叫做\伪随机码\，就是\假\的随机码）不断地从一个信道\跳\到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。
与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。FEC（Forward Error Correction，前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪音。应用了二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。
蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用5个时隙。蓝牙可以支持异步数据信道、多达3个的同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持64kb/s同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kb/s而另一端速率为57.6kb/s的不对称连接，也可以支持43.2kb/s的对称连接。
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第5部分 GPS定位原理
GPS （Global Positioning System）是全球卫星定位导航系统。 GPS从美国空军的导航辅助设备开始，逐渐发展成军民两用的卫星导航技术。
5.1 GPS定位系统工作原理
GPS定位系统工作原理是由地面主控站收集各监测站的观测资料和气象信息，计算各卫星的星历表及卫星钟改正数，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。将修正后的伪距及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。
5.2 GPS的组成
GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成
GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20200 km，运行周期为11 h 58 min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。GPS 卫星产生两组电码，一组称为C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz)，一组称为P码(Precise Code 10123MHz) 。前者是民用的，后者只限于供美军及其盟军以及美国政府批准的用户使用。 C/A码的误差是29.3m到2.93米。 P码的误差为2.93米到0.293米是C/A码的十分之一。民用的接收机利用C/A码计算定位。美国在90代中期为了自身的安全考虑，在信号上加入了SA ，令接收机的误差增大到100米左右。在2000年5月2日，SA取消，所以现在民用的GPS定位精度应该能在6.2米半径范围以内。
地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计
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