基于虛擬現(xiàn)實技術的gps仿真系統(tǒng)的研究new

1、基于虛擬現(xiàn)實技術的基于虛擬現(xiàn)實技術的GPS仿真系統(tǒng)的研究仿真系統(tǒng)的研究虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，簡稱VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術，由計算機生成具有三維空間的虛擬環(huán)境，用戶在此環(huán)境中利用特殊裝置，以最自然的方式與環(huán)境交互，操作和控制環(huán)境，從而產(chǎn)生身臨其境的效果。它可以將一系列的物理模型、數(shù)據(jù)結果動態(tài)、以逼真的三維圖形展示出來。由于其直觀、準確、清晰的特點，虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)廣泛應用于生產(chǎn)和生活的各個領域。GPS（GlobalP

2、ositioningSystem，全球定位系統(tǒng)）是一種能夠在全球范圍內(nèi)進行實時定位、導航的系統(tǒng)，最早是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的。隨著科學技術的進步，GPS逐漸開始應用于人們的生活中，如車輛定位、防盜、反劫、行駛路線鍵控及呼叫指揮等。將虛擬現(xiàn)實技術應用于GPS系統(tǒng)中，建立三維衛(wèi)星系統(tǒng)仿真模擬及相關分析。航天器實時監(jiān)控人員、航天器軌道設計分析人員、GPS測量人員以及

3、GPS原理教學與學習人員能夠方便直觀的觀察分析衛(wèi)星運行情況，對進一步加快導航定位系統(tǒng)的發(fā)展具有很大的現(xiàn)實意義。1GPS系統(tǒng)GPS導航系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎，向全球各地全天候的提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導航定位系統(tǒng)。GPS的前身是美國軍方研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Transit），該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過地球13次，無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。為此，美國海軍研究實驗

4、室（NRL）提出了名為Tinmation的用12到18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網(wǎng)計劃，這是GPS精度定位的基礎。1988年又進行了最后一次修改：21顆工作星和3顆備用星工作在互成60度的6條軌道上。如圖1所示，為GPS系統(tǒng)結構圖。它由三部分構成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通訊輔助系統(tǒng)組成，保證時間同步并對衛(wèi)星進行跟蹤。二是空間部分，由分布在6個軌道平面上的24顆衛(wèi)星、廣播L1、L2衛(wèi)星軌道、時間數(shù)據(jù)及輔

5、助資料信息。三是用戶裝置部分，由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并進行定位于導航。24顆衛(wèi)星的空間位置是已知的，通過測量已知衛(wèi)星到用戶接收器之間的距離，然后綜合3顆衛(wèi)星得到的位置數(shù)據(jù)組成3個方程式，便可以得出觀測點即用戶的位置?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，再引入第4顆衛(wèi)星，形成四個方程式，便能得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。x、y、z為待測點的空間直角坐標，vt為接收機的鐘差，di=cti為衛(wèi)

6、星到接收機之間的距離，ti為各衛(wèi)星的信號到達接收機所經(jīng)歷的時間，c為GPS信號的傳播速度。[x1x2y1y2z1z212cvt1vt0=d1][x2x2y2y2z2z212cvt2vt0=d2][x3x2y3y2z3z212cvt3vt0=d3][x4x2y4y2z4z212cvt4vt0=d4]大量涌現(xiàn)。但是目前主流的三維建模軟件國內(nèi)主要有SolidWks、UG、PROE，國外有3dsMax、Maya、AutoCAD等，而能對模型進行

7、后期處理功能的方式也有多種，如中視典的VRP、Virtools、OpenGL、VRML等。3Dsmax廣泛應用于游戲開發(fā)、視覺效果和設計行業(yè)等，功能強大，渲染速度快，插件豐富，支持多種相關軟件的不同類型文件的導入導出，如VRP、Virtools等。在綜合考慮了目前成熟的各類技術的實現(xiàn)方式、學習難易程度、開發(fā)成本和周期、軟件間的兼容問題后，為保證實現(xiàn)過程簡便易行，作品真實感、動態(tài)交互之間的適度平衡，選擇了成本低、操作方便、功能強大的3Ds

8、Max軟件，先建立起地球、衛(wèi)星等三維模型，然后將模型導入兼容性好、壓縮率高、沉浸感好的VRPBUILDER平臺進行二次開發(fā)，建立虛擬環(huán)境對象和后期交互處理。3Dsmax的建模方法有基礎建模、復合對象建模、多邊模建模、面片建模、NURBS建模等，對于本系統(tǒng)中的模型主要采用了基礎模型結合其他幾種建模方法構建地球、衛(wèi)星、主控站、汽車、移動設備等。本系統(tǒng)中因存在具有運動行為的動態(tài)模型，所以需要針對不同的模型進行行為建模。它是在設計產(chǎn)品時，綜合考

9、慮產(chǎn)品所要求的功能行為、設計背景和幾何圖形，采用知識捕捉和迭代求解的一種智能化設計方法。為了便于運行過程中動態(tài)模型的仿真，依據(jù)面向對象的建模方法，把模型看成對象，針對不同的運動模型ID，編寫相應的仿真運行方法。3.2數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理3.2.1數(shù)據(jù)庫模塊數(shù)據(jù)庫的鏈接能夠實現(xiàn)接收機數(shù)據(jù)的接收和存取，使得運行場景更加逼真。為了減小工作量，縮短開發(fā)周期，選擇MicrosoftOffice中自帶的Access數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具進行數(shù)據(jù)的接受和存取，即

10、在VisualC環(huán)境下采用Csocket類和Access2000數(shù)據(jù)庫開發(fā)實時信息顯示系統(tǒng)，采用SQL語言將接受數(shù)據(jù)存儲在Access2000數(shù)據(jù)庫中，并發(fā)送給虛擬仿真界面，以實現(xiàn)實時信息顯示，系統(tǒng)還將通過獲取實時數(shù)據(jù)完成系統(tǒng)的仿真運行。3.2.2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對地球自轉和衛(wèi)星公轉等運行場景的建立首先建立天球坐標系，獲取衛(wèi)星及地球運動位置的相關數(shù)據(jù)，準確定位它們之間的位置關系。在構建三維衛(wèi)星場景時，利用獲取到的衛(wèi)星的軌道參數(shù)和sp3格式存

11、儲方式為II的星歷文件，通過一定的算法，實現(xiàn)衛(wèi)星運行軌道的繪制，并得到衛(wèi)星的當前位置。星歷文件能夠提供衛(wèi)星的精確軌道位置，它包括表頭信息和文件體，文件體中每隔15min給出1個衛(wèi)星的位置，有時還會給出衛(wèi)星的運行速度。實際結算中可以進行精密鐘差的估計或內(nèi)插，以提高其可使用的歷元數(shù)。4結論該系統(tǒng)能夠通過非編程的方式建立了三維虛擬衛(wèi)星定位仿真系統(tǒng)，為用戶提供了一個實時交互的GPS平臺，可實現(xiàn)衛(wèi)星地球運行顯示、衛(wèi)星軌道參數(shù)顯示、星下點軌跡顯示、