1、GPS（全球定位系统）知识总结2011-04-12 00:03:10 来源：3S 人 评论：0 收藏本文导读：全球定位系统(GPS) 是本世纪 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，是美国独霸全球战略的重要组成。全球定位系统(GPS) 是本世纪 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，是美国独霸全球战略的
2、重要组成。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（全球定位系统）组成部分GPS 全球卫星定位系统由三部分组成:1、空间部分GPS 星座(GPS 星座是由 24 颗卫星组成的星座，其中 21 颗是工作卫星，3 颗是备份卫星);2、地面控制部分地面监控系统; 3、用户设备部分GPS 信号接收机。GPS（全球定位系统）地面控制部分地面控制部分由一个主控站,5 个全球监测站和 3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层
3、和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到 3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗 GPS 卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障, 那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。对于导航定位来说，GPS 卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的 的参数算得的。每颗 GPS 卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常 工作，以及卫星是否一直沿着预
4、定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统 另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS 时间系统。这就需要地面站监测 各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。 GPS 工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。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 ,即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
5、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。GPS（全球定位系统）用户设备部分根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据载体分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。GPS（全球定位系统）定位原理GPS 的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置。简言之，GPS 定位原理是一种空间的距离交会原理利用 GPS 进行定位的方法有很多种。若按照参考点的位置不同，则定位方法可分为（1）绝对定位。即在协议地球坐标系中，利用一台接收机来
6、测定该点相对于协议地球质心的位置，也叫单点定位。这里可认为参考点与协议地球质心相重合。GPS 定位所采用的协议地球坐标系为 WGS-84 坐标系。因此绝对定位的坐标最初成果为 WGS-84 坐标。（2）相对定位。即在协议地球坐标系中，利用两台以上的接收机测定观测点至某一地面参考点（已知点）之间的相对位置。也就是测定地面参考点到未知点的坐标增量。按用户接收机在作业中的运动状态不同，则定位方法可分为：（1）静态定位。即在定位过程中，将接收机安置在测站点上并固定不动。严格说来，这种静止状态只是相对的，通常指接收机相对与其周围点位没有发生变化。（2）动态定位。即在定位过程中，接收机处于运动状态。若依照
7、测距的原理不同，又可分为：测码伪距法定位通过测量 GPS 卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，从而计算出接收机至卫星的距离。测相伪距法定位通过测量 GPS 卫星发射的载波信号从 GPS 卫星发射到 GPS 接收机的传播路程上的相位变化，从而确定传播距离。差分定位等。GPS（全球定位系统）特点六大特点第一，全天候，不受任何天气的影响； 第二，全球覆盖（高达 98%）； 第三，七维定点定速定时高精度； 第四，快速、省时、高效率； 第五，应用广泛、多功能； 第六，可移动定位。GPS（全球定位系统）应用领域(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，包括远洋船最佳航程航线测定、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。
