GPS之家

　　GPS全球定位系统是一项工程浩繁、耗资巨大的工程，被称为继阿波罗飞船登月、航天飞机之后的第三大空间工程。海湾战争期间，GPS系统尚未完全建成，但初步使用已显神威。随着1993年GPS太空卫星网的完全建成，其应用领域不断扩大。美国1994年宣布在10年内向全世界免费提供GPS全球定位系统的使用权，使世界各国争相利用这一系统。1996年2月29日，美国政府正式宣布将GPS开放为军民两用系统，但仍实行SA（可用性选择）政策，故意劣化定位精度，使民用用户的应用受到限制。直到2000年5月1日，美国总统宣布将SA置为零，这无疑在很大程度上促进了民用GPS应用的发展和普及。

　　GPS业界流行这样一句话，“GPS的应用只受到人们想象力的限制”。目前GPS的民用领域已经包括了陆地运输、海洋运输、民用航空、通信、测绘、建筑、采矿、农业、电力系统、医疗应用、科研、家电、娱乐等等。如今，GPS的定位精度范围已从10m级达到mm级。

　　GPS是美国国防部发射的24颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统。GPS之所以能够定位导航，是因为每台GPS接收机无论在任何时刻，在地球上任何位置都可以同时接收到最少4颗GPS卫星发送的空间轨道信息。接收机通过对接收到的每颗卫星的定位信息的解算，便可确定该接收机的位置，从而提供高精度的三维（经度、纬度、高度）定位导航及授时信息。

　　从整体上说，GPS主要由三大部分组成：空间部分、控制部分、用户部分。空间部分由卫星星座构成，控制部分由地面卫星控制中心进行管理；用户部分则由军用和民用研发厂商开发、销售、服务。空间部分和控制部分目前均由美国国防部掌握。

　　据美国商务部统计，2000年全球 GPS用户机的年销售额为80 - 90亿美元。到2003年，GPS民用产品将超过160亿美元。可以毫不夸张地说，到达2010年以后，GPS的应用产品将逐渐成为人们日常生活中不可缺少的一部分，也是各类产品研发的基础平台。

　　无论从军事竞争的需要还是民用的需求分析，GPS皆已引起世界各国决策领导层的关心，他们都意识到，谁能拥有覆盖全球的GPS星际卫星网和GPS控制网络，谁就大大增强了国家基础实力和拥有了巨大的商业市场。前苏联早在1982年就开始建立自己的全球卫星定位系统(GLONASS)，后来俄罗斯继续执行这一系统工程计划，尽管前几年经济不太景气，也仍发射了9颗属于GLONASS 系统的全球导航卫星。而欧洲也加快步伐筹建自己的全球导航卫星系统----Galileo系统。

　　GPS的发展：
　　在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线导航系统。

　　1、无线电导航系统
　　● 罗兰--C：工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。
　　● Omega（奥米茄）：工作在十几千赫。由八个地面导航台组成，可覆盖全球。精度几英里。
　　● 多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角），推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。
缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高

　　2、卫星定位系统
　　最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000KM），从地面站观测到卫星的时间隔较长（平均1.5h），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定了GPS计划。

　　3、GPS发展历程
　　GPS实施计划共分三个阶段：
　　第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
　　第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位　　精度远远超过设计标准。
　　第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。

　　GPS定位原理：

　　1、GPS系统的组成
　　GPS由三个独立的部分组成：
　　● 空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。
　　● 地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。
　　● 用户设备部分：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

　　2、GPS的原理
GPS的基本定位原理是：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。

　　DGPS原理：
　　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，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是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的应用：
　　GPS应用于导航
　　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）

　　GPS应用于授时校频
　　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

　　GPS应用于高精度测量
　　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
　　GIS应用
　　工程机械（轮胎吊，推土机等）控制
　　精细农业

手持式GPS的主要功能和在山野旅行中的主要用途：

1.测定所在点的经纬度(坐标)和海拔高度，并可把数据储存在GPS内命名为一个航路点(Waypoint);
2.记录所经路线的航迹(Track);
3.GPS的旅程计算机可计算并记录总旅程距离、分段距离、现行速度、最大速度、平均速度、行走时间、停留时间、预计到达时间等各种参数；
4.建立由多个航路点连成的航线(Route);
5.导航功能使你只需依照GPS指示的方向前进就能到达到目的地：1.根据所记录的航迹返回出发点；2.根据建立的航线到达目的地；3.迷路时寻找最近的航路点；
6.手持式GPS一般都有串行接口(RS-232)与个人电脑相连，用于软件升级，下载或上传航迹、航路点和航线，高级一点的还可以下载电子地图；
7.其他有用功能：a.查询任何地点、任何时间的太阳或月亮的位置，太阳月亮的升降时间；b.查询任何地点的最佳钓鱼时间；c.计算任何形状的平面面积(只需沿周边走一遍)。

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