1 引言
一般来说,一个卫星导航系统的定位精度是由其所能跟踪的卫星数量决定的,如果一个导航系统所能跟踪的卫星数量满足一定的标准,并且这些卫星之间具有相对较好的几何关系,那么该导航系统定位的系统精度就会比较高.在以EMS快递公司为代表的物流业中,仓储物流业的管理过程中时常会面临仓储物资的查找问题,有时尽管已经在物资入库时对快递仓储物资的类别进行了比较细致的分类,但是对其的查找还是要耗费大量的人力以及物力,物资日常业务流程的处理时间有相当一部分都浪费在了过程上,利用卫星导航系统对物资进行查找就成了一个比较好的解决方法,导航系统不仅可以帮助快递员准确地对货物的位置进行定位、查找并引导快递人员及时到达货物所在的具体位置,而且导航系统还可以对导航路线进行存储规划,并根据设计的算法选择耗费时间最短或者最优的路线到达货物所在的位置,然后进行拣货.然而导航系统利用卫星进行定位的过程中会遇到许多实际的问题,由于在物资管理过程中物资都是存储在一个相对封闭的环境中,那么导航系统在搜索卫星以及卫星在传输信号的过程中就会出现信号传输延时、变化等情况,有时还会搜索不到卫星,这不仅会大大降低导航系统卫星定位的精度,有时还会定位不到相关货物的位置,不仅会浪费宝贵的时间,有时甚至会造成系统内部业务流程严重紊乱.在卫星导航技术不断发展的过程中,伪卫星导航技术的出现为解决这个实际问题提供了理论依据与现实的可行性.
2 伪卫星导航定位原理和仓储物资管理
2.1 伪卫星导航定位原理
伪卫星导航定位技术的原理实质上是对北斗导航系统或者是目前其他的如GPS或者伽利略导航定位原理的一个模拟,伪卫星导航技术的定位原理类似于上述卫星导航技术原理,本文所利用的伪卫星导航技术的原理是源于我国现行的北斗导航技术的原理与方法,在定位原理的实现过程中利用四颗伪卫星来模拟现实中的4颗北斗卫星,通过建立自己独立的时间尺度与坐标系来对这些伪卫星进行组网,然后通过卫星接收机以及主控站对于卫星的姿态以及伪卫星发射信号的接收,相关信息的解译以及定位算法的反演来实现对于某一区域的定位(如图1所示).本文所设计的伪卫星导航系统主要包括以下几个方面,首先是利用卫星的观测方程建立物体位置以及卫星参数之间的关系,其次通过待测点与所有卫星之间的关系列出相关的总的地面参数方程组,由于地面位置的参数有三个,那么至少要列出三个方程,最后通过解线性方程组来获得地面某区域的具体位置信息.
2.2 伪卫星导航定位原理下的仓储物资管理
利用伪卫星技术实现仓储物资管理中相关货物的定位及拣货小车的导航,具有一般的卫星导航系统所不具有的优势,伪卫星技术可以通过简单的人为设计伪卫星的数量以及伪卫星之间的几何关系来提高该系统的定位精度,相对于现行的卫星导航系统来说具有更高的精度以及更大的灵活度,此外还可以通过人为的改善伪卫星的位置来改善PDOP等.相对于现行的卫星导航系统来说,伪卫星系统还可以解决在仓储物资管理过程中出现的在相对比较封闭的环境下接收不到或者接收延时的问题,这些问题会对系统的性能以及系统定位的精度有很大的影响,伪卫星导航技术由于可以将伪卫星也就是简易的信号发生器装在这些仓储物资管理的仓库之内,就可以解决信号接收的问题,这在一定程度上也反映了该系统的灵活度.此外该系统还能自动地传输查分校正量,这样就解决了另外增加通讯链路的问题.最后伪卫星系统兼容性很强,该系统所发射的信号能够被绝大部分的卫星信号接收机所接收,那么其接收模块就可以利用现存的北斗信号接收模块.综上所述,利用伪卫星导航技术对仓储物资进行定位、导航管理,能够很好地避免现存的导航系统所存在的某些弊端.
3 伪卫星导航定位系统在EMS快递公司物资管理中的应用
EMS快递公司采用北斗导航系统的卫星信号接收机来实现导航信号的接收.该部分主要包含的模块有参考接收机、用户接收机及天线等设备.三个模块的作用是各不相同的,天线主要用来发射信号,参考接收机主要是通过接收相关的信号来对卫星运行的状态进行估计,而用户接收机主要是接收某些求取物资位置相关的参量.
目前大型的物流公司如EMS快递公司都有自身的大型物流仓储系统,并且这些仓储系统体积面积均比较庞大,有时甚至绵延几十到上百平方公里,这样庞大的仓储系统里面摆放的仓储物品也是分散在仓储系统中不同的位置区域,如果货物运输人员要将货物运输到货物分配的储位,或者说叉车要到指定位置去拣货,由于仓储仓库面积庞大,内部纵横交错很容易迷失或者浪费大量的时间在寻找路径上,伪卫星导航系统的出现有效地解决了这一问题,如果在车辆上或者人手携带一个简易的卫星信号接收机也就是GPS,就可以通过仓储仓库内的伪卫星导航系统为人员或者车辆提供定位,并且通过手持或者车载的伪卫星导航系统就可以轻松的到达或者实现货物的存放或者分拣,在很大程度上减少了车辆货物运输的时间以及货物运输的成本等,目前该技术已经在很多物流企业中应用开来.
4 伪卫星组网布局
由于伪卫星导航系统设计过程中,伪卫星的位置分布以及几何关系对于系统组成后系统的定位精度有很大的影响,所以在该系统的设计过程中一定要考虑到伪卫星的组网技术,根据相关的文献可知,快递物资的定位精度和系统几何组成的几何因子GDOP有关,如果在组成的网络中GDOP越小那么该系统的定位精度就会相对越高,反之精度就会相对越低.几何因子是与系统卫星所组成网络的多面体的表面积成反比的,也就是系统的表面积越大那么该因子就越小,反之系统的表面积越小那么该因子就相对越大.因此在EMS快递公司系统卫星组网的过程中,不仅要考虑到信号接收机信号接收及信号屏蔽的问题,还要考虑到卫星组网之间的几何关系以达到比较高的系统定位精度.EMS快递公司组网原理如图2所示.
图2中,卫星之间组网首先是基于信号接收方面的考虑,必定要设计成以接收机不会出现接收不到射频信号为出发点,其次根据图2中(a)图和(b)图之间的位置关系以及卫星之间的位置关系,经过简单的计算得出(a)图的卫星组网的表面积要比(b)图卫星组网的表面积要大,那么影响定位精度的几何因子就小,(a)图就会得到比(b)图系统更高的定位精度.
5 伪卫星导航系统优化
由于EMS快递公司仓储仓库结构的特点,在实际的伪卫星导航系统的应用过程中,还会出现许多的实际问题,其中最主要的两个方面就是卫星发射信号到接收机接收之间的远近效应和信号传播过程中出现的衍射折射等多路径的问题,如果信号发射天线与信号接收机之间的距离不同,那么接收机接收到信号的大小就会不同,信号传输过程中造成的信号的折射、衍射以及反射等因素,会造成接收机接收信号杂乱的问题.
在EMS快递公司实际的卫星组网过程中,就要考虑到这两个问题,然后对组成的卫星网络进行进一步的优化,以尽量减少由于这些问题所带来的系统精度方面的问题,图3为EMS快递公司的原始设计系统结构图,将图3中4个墙壁上的卫星移到天花板的四个定点上就可以在一定程度上解决这两个问题,图4为EMS快递公司改进后的卫星组网系统结构.
在图4中,上半部分是以仓库的某个角落为原点所建立的三维直角坐标系,其中P点以及A点、B点、O点、C点都是伪卫星所在的位置.O点为物品c1-c4为这几个点所组成多面体的棱.通过计算多面体的面积并使得其面积最小化就得到以下结果:
图4中,点P、点O、点A、点B、点C等5个点分别为5颗伪卫星所在的相对位置,为了避免出现电磁波的折射、衍射以及反射等因素造成定位精度不准确等缺点,就要使得所有伪卫星所组成的多面体的面积尽可能小,由于5个点的坐标都是已知的,所以可以得到上述多面体的体积如下:
接下来就要求取上述多面体面积S的最小值,在图4中上述5个点所组成的多面体具有一定的约束条件,首先由于货物的位置是相对固定的(如图5所示),其次假设货物位于正方体底面的中心,那么其余的伪卫星都应该限定在正方体的表面上,并且卫星之间应该具有一定的距离,在满足上述条件之后,当O、A、B、C、P五个点呈现如图5所示的分布时,上述S的外表面积最小,也就是抗干扰能力最强的伪卫星组网形式.
6 结语
在仓储系统的物资管理系统中,物资的定位和人员的拣货操作一直都是仓储管理系统所面临的一大难题,传统的卫星导航技术对仓储物资的定位以及拣货车的导航技术,面临信号可能接收不到及信号传输多路径等问题,以EMS公司仓储仓库为研究对象,将伪卫星导航技术应用于仓储物资仓库中物资的定位与导航,通过设置信号发射机、用户接收机以及控制机实现硬件系统的设计,还利用卫星组网的相关知识对内部的卫星组网进行了设计与优化,并对系统的改进方案进行了设计,将该系统应用于仓储仓库的物资管理能够提高物资的管理效率,从而提高企业的经济效益.
[参考文献]
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