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原起源于軍事裝備 為你解釋什么是GPS

[ 07-3-7 9:27 ]  太平洋汽車網(wǎng)  

  全球定位系統(tǒng)(GPS)是本世紀(jì)70年代由美國陸?杖娐(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù),并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的,是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實驗,耗資300億美元,到1994年3月,全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。

  全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成:(1)地面控制部分,由主控站(負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個地面控制系統(tǒng)的工作)、地面天線(在主控站的控制下,向衛(wèi)星注入尋電文)、監(jiān)測站(數(shù)據(jù)自動收集中心)和通訊輔助系統(tǒng)(數(shù)據(jù)傳輸)組成;(2)空間部分,由24顆衛(wèi)星組成,分布在6個道平面上;(3)用戶裝置部分,主要由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。

  全球定位系統(tǒng)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(yīng)用廣泛多功能。

  全球定位系統(tǒng)的主要用途:(1)陸地應(yīng)用,主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運(yùn)動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等;(2)海洋應(yīng)用,包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測定、船只實時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等;(3)航空航天應(yīng)用,包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測等。

  GPS衛(wèi)星接收機(jī)種類很多,根據(jù)型號分為測地型、全站型、定時型、手持型、集成型;根據(jù)用途分為車載式、船載式、機(jī)載式、星載式、彈載式。

  經(jīng)過20余年的實踐證明,GPS系統(tǒng)是一個高精度、全天候和全球性的無線電導(dǎo)航、定位和定時的多功能系統(tǒng)。GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機(jī)型的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

  GPS原理

  24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上,以12小時的周期環(huán)繞地球運(yùn)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(wèi)星。

  由于衛(wèi)星的位置精確可知,在GPS觀測中,我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離,利用三維坐標(biāo)中的距離公式,利用3顆衛(wèi)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(wèi)星的時鐘與接收機(jī)時鐘之間的誤差,實際上有4個未知數(shù),X、Y、Z和鐘差,因而需要引入第4顆衛(wèi)星,形成4個方程式進(jìn)行求解,從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。

  事實上,接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星,這時,接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組,每組4顆,然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位,從而提高精度。

  由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)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(hù)政策,使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù),建立基準(zhǔn)站(差分臺)進(jìn)行GPS觀測,利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo),與觀測值進(jìn)行比較,從而得出一修正數(shù),并對外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后,與自身的觀測值進(jìn)行比較,消去大部分誤差,得到一個比較準(zhǔn)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

  由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動測量的特點,作為先進(jìn)的測量手段和新的生產(chǎn)力,已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)域。 

  隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,美國政府宣布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范圍內(nèi)得到改善,利用C/A碼進(jìn)行單點定位的精度由100米提高到20米,這將進(jìn)一步推動GPS技術(shù)的應(yīng)用,提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量,刺激GPS市場的增長。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測,在美國,單單是汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng),2000年后的市場將達(dá)到30億美元,而在我國,汽車導(dǎo)航的市場也將達(dá)到50億元人民幣?梢姡珿PS技術(shù)市場的應(yīng)用前景非?捎^。


 

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