GPS全球定位系统
GPS全球定位系统
GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，即为利用卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。GPS简介
GPS功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素；这三个要素缺一不可；通过这三个要素，可以提供车辆防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。前身
GPS系统的前身是美军研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这使GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码（PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成 员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。
计划
最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。
组成部分
1.空间部分
GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4
颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。
2.地面控制系统
地面控制系统由监测站(Monitor Station）、主控制站（Master MonitorStation）、地面天线（Ground Antenna）所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市（ColoradoSpring）。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。
3.用户设备部分
用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。
主要功能
1.精确定时
：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中2.工程施工
：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备进行工程测量3.勘探测绘
：野外勘探及城区规划中都有用到4.导航
：1.武器导航：精确制导导弹、巡航导弹
2.车辆导航：车辆调度、监控系统
3.船舶导航：远洋导航、港口/内河引水
4.飞机导航：航线导航、进场着陆控制
5.星际导航：卫星轨道定位
6.个人导航：个人旅游及野外探险
5.定位
：1.车辆防盗系统
2.手机，PDA，PPC等通信移动设备防盗，电子地图，定位系统
3.儿童及特殊人群的防走失系统
4.精准农业：农机具导航、自动驾驶，土地高精度平整
6.授时：用于给电信基站、电视发射站等提供精确同步时钟源
运用案例
军事方面应用：洲际弹道导弹（Intercontinental Ballistic Missile，缩写ICBM）是一种长程弹道导弹，射程在8000公里以上，设计用途为投递一枚或多枚的核弹头。该种导弹的威力强大，常被设想成导致世界末日的核战争中使用的武器。而这种导弹在以前主要是靠GPS来定位，随着科学技术的成熟，分布在地球的卫星越来越多（中国发射的北斗导航定位系统，目前已发射九颗北斗导航卫星），导弹的定位也越来越精确。汽车导航和交通管理中的应用：三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。
上一篇：经济效益
下一篇：联想投资
GPS全球定位系统
