GPS是什麼?

全球定位系統(GPS)是本世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研製的新一代空間衛星導航定位系統 。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供即時、 全天候和全球性的導航服務,並用於情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的,是美國獨霸全球戰略的重要組成。經過20餘年的研究實驗,耗資300億美元,到1994年3月,全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座己佈設完成。

全球定位系統由三部分構成:(1)地面控制部分,由主控站(負責管理、協調整個地面控制系統的 工作)、地面天線(在主控站的控制下,向衛星注入尋電文)、監測站(資料自動收集中心)和通訊輔助系統(資料傳輸)組成;(2)空間部分,由24顆衛星組成,分佈在6個道平面上;(3)使用者裝置部分, 主要由GPS接收機和衛星天線組成。

全球定位系統的主要特點:(1)全天候;(2) 全球覆蓋;(3)三維定速定時高精度;(4)快速省時高效率:(5)應用廣泛多功能。

全球定位系統的主要用途:(1)陸地應用,主要包括車輛導航、應急反應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監測、地殼運動監測、 市政規劃控制等;(2)海洋應用,包括遠洋船最佳航程航線測定、船隻即時調度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質測量以及海洋平臺定位、海平面升降監測等;(3)航空航太應用,包括飛機導航、航空遙 感姿態控制、低軌衛星定軌、導彈制導、航空救援和載人航天器防護探測等。

GPS衛星接收機種類很多,根據型號分為測地型、全站型、定時型、手持型、集成型;根據用途分為車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式。

經過20餘年的實踐證明,GPS系統是一個高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統。 GPS技術已經發展成為多領域、多模式、多用途、多機型的國際性高新技術產業。

GPS原理

24顆GPS衛星在離地面1萬2千公里的高空上,以12小時的週期環繞地球運行,使得在任意時刻,在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。

由於衛星的位置精確可知,在GPS觀測中,我們可得到衛星到接收機的距離,利用三維座標中的距離公式,利用3顆衛星,就可以組成3個方程式,解出觀測點的位置(X,Y,Z)。考慮到衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差,實際上有4個未知數,X、Y、Z和鐘差,因而需要引入第4顆衛星,形成4個方程式進行求解,從而得到觀測點的經緯度和高程。

事實上,接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星,這時,接收機可按衛星的星座分佈分成若干組,每組4顆,然後通過演算法挑選出誤差最小的一組用作定位,從而提高精度。

由於衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差,大氣對流層、電離層對信號的影響,以及人為的SA保護政策,使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度,普遍採用差分GPS(DGPS)技術,建立基準站(差分台)進行GPS觀測,利用已知的基準站精確座標,與觀測值進行比較,從而得出一修正數,並對外發佈。接收機收到該修正數後,與自身的觀測值進行比較,消去大部分誤差,得到一個比較準確的位置。實驗表明,利用差分GPS,定位精度可提高到5米。

GPS前景

由於GPS技術所具有的全天候、高精度和自動測量的特點,作為先進的測量手段和新的生產力,已經融入了國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個應用領域。

隨著冷戰結束和全球經濟的蓬勃發展,美國政府宣佈2000年至2006期間,在保證美國國家安全不受威脅的前提下,取消SA政策,GPS民用信號精度在全球範圍內得到改善,利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到20米,這將進一步推動GPS技術的應用,提高生產力、作業效率、科學水準以及人們的生活品質,刺激GPS市場的增長。據有關專家預測,在美國,單單是汽車GPS導航系統,2000年後的市場將達到30億美元,而在我國,汽車導航的市場也將達到50億元人民幣。可見,GPS技術市場的應用前景非常可觀。
globe positioning systemGPS,即全球定位系統(Global Positioning System),它是一個中距離圓形軌道衛星定位系統,可以為地球表面絕大部分地區提供準確的定位和高精度的時間基準。該系統是通過太空中的24顆GPS衛星來完成的。最少需要其中3顆衛星,就能迅速確定您在地球上的位置。所能接收到的衛星數越多,解碼出來的位置就越精確。在汽車定位時,只需要在汽車上裝一台比32開書本略小的“車載終端”就可以了。
該系統目前有民用和軍用兩類,民用訊號精確度大概在100公尺左右;軍用的精度在10公尺以下。使用者需要擁有GPS接收機。GPS有2D導航和3D導航之分,在衛星信號不夠時無法提供3D導航服務。海拔高度的精度不夠,有時會達到10倍誤差,但在經緯度方面誤差很小。衛星定位儀在高樓林立的市區捕捉衛星信號要花較長時間。
為了使民用的精確度提升,科學界正在發展另一種技術,稱為差分全球定位系統,簡稱DGPS,亦即利用附近的已知參考座標點(由其他測量方法所得),來修正GPS的誤差,再把這個即時誤差值加入本身座標運算的考慮,便可獲得更精確的數值。
全球定位系統現況
目前正在運行的衛星系統有美國的GPS系統和俄羅斯的GLONASS系統。歐洲正在實施“伽利略”計畫,部署新一代定位衛星,我國是伽利略計畫的參與者之一。我國還研製了導航定位衛星系統———北斗導航系統,該系統的三顆衛星———北斗導航試驗衛星1a、1b及1c已分別在2000年10月31日和12月21日以及2003年5月25日發射升空,系統已經于2001年底開通運行。
  全球定位系統(GPS)是本世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研製的新一代空間衛星導航定位系統 。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供即時、 全天候和全球性的導航服務,並用於情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的,是美國獨霸全球戰略的重要組成。經過20餘年的研究實驗,耗資300億美元,到1994年3月,全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座己佈設完成。
  全球定位系統由三部分構成:(1)地面控制部分,由主控站(負責管理、協調整個地面控制系統的 工作)、地面天線(在主控站的控制下,向衛星注入尋電文)、監測站(資料自動收集中心)和通訊輔助系統(資料傳輸)組成;(2)空間部分,由24顆衛星組成,分佈在6個道平面上;(3)使用者裝置部分, 主要由GPS接收機和衛星天線組成。
  全球定位系統的主要特點:(1)全天候;(2) 全球覆蓋;(3)三維定速定時高精度;(4)快速省時高效率:(5)應用廣泛多功能。
  全球定位系統的主要用途:(1)陸地應用,主要包括車輛導航、應急反應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監測、地殼運動監測、 市政規劃控制等;(2)海洋應用,包括遠洋船最佳航程航線測定、船隻即時調度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質測量以及海洋平臺定位、海平面升降監測等;(3)航空航太應用,包括飛機導航、航空遙 感姿態控制、低軌衛星定軌、導彈制導、航空救援和載人航天器防護探測等。
  GPS衛星接收機種類很多,根據型號分為測地型、全站型、定時型、手持型、集成型;根據用途分為車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式。
  經過20餘年的實踐證明,GPS系統是一個高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統。 GPS技術已經發展成為多領域、多模式、多用途、多機型的國際性高新技術產業。
  GPS原理
  24顆GPS衛星在離地面1萬2千公里的高空上,以12小時的週期環繞地球運行,使得在任意時刻,在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。
  由於衛星的位置精確可知,在GPS觀測中,我們可得到衛星到接收機的距離,利用三維座標中的距離公式,利用3顆衛星,就可以組成3個方程式,解出觀測點的位置(X,Y,Z)。考慮到衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差,實際上有4個未知數,X、Y、Z和鐘差,因而需要引入第4顆衛星,形成4個方程式進行求解,從而得到觀測點的經緯度和高程。
  事實上,接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星,這時,接收機可按衛星的星座分佈分成若干組,每組4顆,然後通過演算法挑選出誤差最小的一組用作定位,從而提高精度。
  由於衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差,大氣對流層、電離層對信號的影響,以及人為的SA保護政策,使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度,普遍採用差分GPS(DGPS)技術,建立基準站(差分台)進行GPS觀測,利用已知的基準站精確座標,與觀測值進行比較,從而得出一修正數,並對

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