全球定位系统（NAVSTAR GPS，NAVigation Satellite Timing And Ranging GlobalPositioning System，以下简称GPS）原是美国国防部为了军事定时、定位与导航的目的所发展，希望以卫星导航为基础的技术可构成主要的无线电导航系统，未来并能满足下一个世纪的应用。第一颗GPS卫星在1978年发射，首十颗卫星称为BLOCK I试验型卫星，从1989年到1993年所发射的卫星称为BLOCK II/IIA量产型卫星，第二十四颗BLOCK II/IIA卫星在1994年发射后，GPS已达到初步操作能力（Initial Operational Capability，IOC），24颗GPS卫星提供全世界24小时全天候的定位与导航信息。美国空军太空司令部于1995年4月27号宣布GPS已达到完整操作能力（Full Operational Capability），将BLOCK I卫星加以汰换而24颗卫星全部为BLOCK II/IIA卫星，之后又发射四颗BLOCK IIA及一颗BLOCK IIR卫星，成功地满足军事实务的操作。由于此技术的迅速发展，使得民间应用的需求与日俱增，对于传统导航方式更有革命性的影响。
全球卫星定位系统介绍
全球卫星定位系统实际上是由24颗卫星所组成，其中有3颗为备用卫星，这些卫星分布于距地表20,200公里的上空，而且分属于6个轨道面；卫星轨道面倾斜角为55度﹐提供全球全天候﹐每秒一次﹐持续不断的定位讯号。这些卫星每11小时58分环绕地球一次，即每天绕过您的头顶二次，就像是月球一样不停地绕着地球旋转，其速度约每秒1.8哩。这些卫星需要地面管制站随时加以监控是否GPS卫星在其正确的轨道上及正常运作，另外监控中心可上传资料给卫星，卫星再将这些信息下传给GPS使用者使用。地面共有五个监控中心，四个上传资料站及一个控制中心，这些控制站以纬度来划分其所控制的卫星。在概念上﹐GPS是代表着整个系统﹐包括天空上的卫星、地面控制站及GPS接收机。不过一般而言﹐GPS即意指一个GPS接收机﹐这是因为我们在使用上多半只会接触GPS接收机的缘故。一般所使用之GPS接收机在任何时刻接收到4颗或更多的卫星。
GPS的定位原理
卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。目前GPS系统提供的定位精度是优于10米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。
差分GPS分为两大类：伪距差分和载波相位差分。
1．伪距差分原理
这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分”。
2．载波相位差分原理
载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个观测站载波相位观测量的差分方法，即将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级，大量应用于动态需要高精度位置的领域。
GPS系统的特点
全球、全天候工作，能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响；定位精度高，单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级；功能多、应用广：GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大。
汽车电子导航系统是在全球卫星定位系统（GPS）基础上发展起来的新型技术。当今世界汽车的保有量逐年增加，给道路交通带来了严重的堵塞和拥挤，成为社会环境的一大公害，也造成了巨大的经济损失。修建道路，加大流通能力，虽然是解决交通拥挤的重要途径，但一些公路交通发达的国家都已清醒地意识到，仅仅靠扩建公路来解决交通拥堵问题是很有限的，必须谋求一种高科技手段的解决办法——汽车电子导航系统。
GPS和GIS
绝大多数单独的GPS接收机以经纬度和GPS高度表示位置。但是坐标如北纬24度，东经121度和100公尺高对你决定所在位置并不很好用，你还需要知道你在地图上的位置。GIS地理信息系统是存于计算机中的地图数据库(Database)，GIS能比纸上地图更为精致复杂。它可以是三度空间以显示地形图，也可包括其它有用的信息，如加油站、旅游胜地的照片等等，汽车导航系统就是GPS和GIS之组合，这种应用被人看好是21世纪GPS市场中最庞大的一部分。另需特别注意GPS的高度。它并不是真正距地面上的高度，也不是海平面上的高度，因为GPS接收机不是GIS，并不知道外面世界的真象。
1、GPS在导航中的应用
主要是为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。例如：船舶远洋导航和进港引水；飞机航路引导和进场降落；汽车自主导航；地面车辆跟踪和城市智能交通管理；紧急救生；个人旅游及野外探险；个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体）。
2、GPS在授时校频的应用
电力，邮电，通讯等网络的时间同步；准确时间的授入；准确频率的授入。
3、GPS在高精度测量的应用
各种等级的大地测量，控制测量；道路和各种线路放样；水下地形测量；地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测
4、GPS在GIS的应用
工程机械（轮胎吊，推土机等）控制；精细农业。
全球卫星定位系统（GPS）是美军70年代初在"子午仪卫星导航定位"技术上发展起来的具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候优势的导航定位、定时、测速系统，由空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统三大子系统构成，已广泛应用于军事和民用等众多领域。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。目前，我国在这方面的应用也已开始起步，GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统的紧密相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等多项功能。
|
