基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的gps仿真系統(tǒng)的研究new

1、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的GPS仿真系統(tǒng)的研究仿真系統(tǒng)的研究虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，簡稱VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，由計(jì)算機(jī)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(jié)果動(dòng)態(tài)、以逼真的三維圖形展示出來。由于其直觀、準(zhǔn)確、清晰的特點(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)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(jìn)行實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，最早是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，GPS逐漸開始應(yīng)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(shí)技術(shù)應(yīng)用于GPS系統(tǒng)中，建立三維衛(wèi)星系統(tǒng)仿真模擬及相關(guān)分析。航天器實(shí)時(shí)監(jiān)控人員、航天器軌道設(shè)計(jì)分析人員、GPS測(cè)量人員以及

3、GPS原理教學(xué)與學(xué)習(xí)人員能夠方便直觀的觀察分析衛(wèi)星運(yùn)行情況，對(duì)進(jìn)一步加快導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。1GPS系統(tǒng)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，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(dǎo)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(shí)驗(yàn)

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(jì)劃，這是GPS精度定位的基礎(chǔ)。1988年又進(jìn)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(jié)構(gòu)圖。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測(cè)站及通訊輔助系統(tǒng)組成，保證時(shí)間同步并對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤。二是空間部分，由分布在6個(gè)軌道平面上的24顆衛(wèi)星、廣播L1、L2衛(wèi)星軌道、時(shí)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(jī)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(cè)衛(wèi)星，并進(jìn)行定位于導(dǎo)航。24顆衛(wèi)星的空間位置是已知的，通過測(cè)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(gè)方程式，便可以得出觀測(cè)點(diǎn)即用戶的位置?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，再引入第4顆衛(wèi)星，形成四個(gè)方程式，便能得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。x、y、z為待測(cè)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)，vt為接收機(jī)的鐘差，di=cti為衛(wèi)

6、星到接收機(jī)之間的距離，ti為各衛(wèi)星的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間，c為GPS信號(hào)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(duì)模型進(jìn)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(yīng)用于游戲開發(fā)、視覺效果和設(shè)計(jì)行業(yè)等，功能強(qiáng)大，渲染速度快，插件豐富，支持多種相關(guān)軟件的不同類型文件的導(dǎo)入導(dǎo)出，如VRP、Virtools等。在綜合考慮了目前成熟的各類技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式、學(xué)習(xí)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(shí)現(xiàn)過程簡便易行，作品真實(shí)感、動(dòng)態(tài)交互之間的適度平衡，選擇了成本低、操作方便、功能強(qiáng)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(dǎo)入兼容性好、壓縮率高、沉浸感好的VRPBUILDER平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，建立虛擬環(huán)境對(duì)象和后期交互處理。3Dsmax的建模方法有基礎(chǔ)建模、復(fù)合對(duì)象建模、多邊模建模、面片建模、NURBS建模等，對(duì)于本系統(tǒng)中的模型主要采用了基礎(chǔ)模型結(jié)合其他幾種建模方法構(gòu)建地球、衛(wèi)星、主控站、汽車、移動(dòng)設(shè)備等。本系統(tǒng)中因存在具有運(yùn)動(dòng)行為的動(dòng)態(tài)模型，所以需要針對(duì)不同的模型進(jìn)行行為建模。它是在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，綜合考

9、慮產(chǎn)品所要求的功能行為、設(shè)計(jì)背景和幾何圖形，采用知識(shí)捕捉和迭代求解的一種智能化設(shè)計(jì)方法。為了便于運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)模型的仿真，依據(jù)面向?qū)ο蟮慕７椒ǎ涯Ｐ涂闯蓪?duì)象，針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)模型ID，編寫相應(yīng)的仿真運(yùn)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?qū)崿F(xiàn)接收機(jī)數(shù)據(jù)的接收和存取，使得運(yùn)行場(chǎng)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(jìn)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(shí)時(shí)信息顯示系統(tǒng)，采用SQL語言將接受數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Access2000數(shù)據(jù)庫中，并發(fā)送給虛擬仿真界面，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息顯示，系統(tǒng)還將通過獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)完成系統(tǒng)的仿真運(yùn)行。3.2.2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)地球自轉(zhuǎn)和衛(wèi)星公轉(zhuǎn)等運(yùn)行場(chǎng)景的建立首先建立天球坐標(biāo)系，獲取衛(wèi)星及地球運(yùn)動(dòng)位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確定位它們之間的位置關(guān)系。在構(gòu)建三維衛(wèi)星場(chǎng)景時(shí)，利用獲取到的衛(wèi)星的軌道參數(shù)和sp3格式存

11、儲(chǔ)方式為II的星歷文件，通過一定的算法，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星運(yùn)行軌道的繪制，并得到衛(wèi)星的當(dāng)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(gè)衛(wèi)星的位置，有時(shí)還會(huì)給出衛(wèi)星的運(yùn)行速度。實(shí)際結(jié)算中可以進(jìn)行精密鐘差的估計(jì)或內(nèi)插，以提高其可使用的歷元數(shù)。4結(jié)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(gè)實(shí)時(shí)交互的GPS平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星地球運(yùn)行顯示、衛(wèi)星軌道參數(shù)顯示、星下點(diǎn)軌跡顯示、