GPS简介

    随着人类活动范围的日趋扩展及航海、航空、测绘、勘探技术的不断发展和军事应用的需要，指导航行的方式亦由远古时代用自然恒星和指南针的方式演变为今天的无线电导航、卫星导航，定位系统（Global Positioning System简称GPS）就是这样一个卫星导航系统。
    GPS是美国*自1973年开始研制的第二代卫星导航系统，历时21年，于1994年正式投入运行。它zui初是为美国军方提供服务，但随着它的发展，在交通、测量、航空等民用领域里获得了广泛的应用。该系统拥有24颗卫星，分布于6个轨道平面上，构成一个定时定位网。GPS卫星用两个频率发射单射测距信号，即L1频率为1575.42MHz和L2频率为1227.6MHz,还广播卫星的估计位置。用户同时测量到4颗恒星的距离，即可解出四个未知数，它们通常是纬度、经度、高程和用户钟的改正数。如果已知其中任何一个未知数，则用的卫星数可以减少。这样，通过对观测点和各卫星基点之间的距离测量，它可以为各地固定式移动用户提供用户自身的实时三维位置、速度和时间信息，实时计算出观测点的地理位置、标准时间、速度等信息。
 
   定位系统由三部分构成：（1）地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的 工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入寻电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成;（2）空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上;（3）用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。
 
　　定位系统的主要特点：（1）全天候;（2） 覆盖;（3）三维定速定时高精度;（4）快速省时率：（5）应用广泛多功能。
 
 
　　定位系统的主要用途：（1）陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等;（2）海洋应用，包括远洋船*航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等;（3）航空航天应用，包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
 
　　GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型;根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
　　经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的性*产业。
　　GPS原理
　　24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
　　由于卫星的位置可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。
　　事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差zui小的一组用作定位，从而提高精度。
　　由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知的基准站坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。
　　GPS前景
　　由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为*的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。
　　随着冷战结束和经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。 
文章源于：上海锐呈电气有限公司