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1、真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。GPS百科全书知识解析:导航系统的组成GPS的一般认同就是作为导航使用的，那么什么叫做导航呢？导航的定义是“使载体或者人员从一个地方到另外一个地方的科学”。在我们日常生活中，我们无时不刻都会接触到导航的概念，从我们上下班到乘坐交通工具，无论是我们的经验还是车站的站牌。版权声明：本文版权为网易汽车所有，转载请注明出处。网易汽车7月25日报道 GPS的一般认同就是作为导航使用的，那么什么叫做导航呢？导航的定义是“使载体或者人员从一个地方到另外一个地方的科学”。在我们日常生活中，我们无时不刻都会接触到导航的概念，从我们上下班到乘坐交通工具，无论是我们的
2、经验还是车站的站牌，如果没有“导航”的概念存在其中，那么我们无法从一个地方到另外一个地方。利用大型系统进行导航服务其实并不是从GPS系统开始的。简单来说我们可以把导航系统的装置分为陆基与星基两种，前者的导航系统装置是设计在陆地上的，工作频率较高的装置定位精度高但是会受到“视线”（遮蔽物）的影响，而工作频率较低的装置其定位精度较低，所以一般适用在低动态（移动速度低）的定位对象上。而GPS系统在上世纪60年代就已经出现了构想，在1964年建成了子午仪系统，适用于低动态对象上。在对卫星导航的技术逐步改进、修改实验之后，GPS系统就孕育而生了。GPS系统因为其搭载了高精度的原子时钟，可以为高动态对象提
3、供精准的定位服务，加上2000年以来，美国取消了对GPS系统的植入误差，这样地球上绝大多数的地方都能够从GPS民用信号上获得精度最高在3米左右的定位质量，成为了现在我们应用最为广泛的卫星定位技术。今天我们就将GPS系统分为几个部分来为大家讲解一下什么是GPS系统，相信不少对于GPS系统特别关心的朋友们一定很想知道，通过广播式的信号接收运算，如何能够使我们实时进行高精度的定位的，通过本文我们来简单的了解一下。GPS的卫星星座及发展GPS系统虽然是一个卫星定位导航系统，但是其组成部分却并不只有卫星部分，GPS全球定位系统一共由三个部分组成，首先是我们很熟悉的卫星星座、其次是同样非常重要的地面控制/
4、监测网络、最后就是我们用户自己的接收设备了。可能有的人会说，为什么要把GPS系统分为三个部分呢？那有卫星在天上之后就可以进行定位了，为什么还需要地面控制呢？我们先来简单的将这三个部分为大家讲解一下。首先GPS系统对于我们用户来说是一个无源系统，即用户的接收机只负责接收、解码、计算工作，并不会返还数据，所以只要信号覆盖到的地方，可以有无数的用户使用GPS系统，这与我们的广播电台的原理相似。GPS卫星的标准配置为24颗卫星，但是目前因为有超时服役的卫星加上新的卫星补充进去，其实数量上已经超过了24颗卫星的配置，其运行的轨道也做了相应的调整。GPS卫星的运行轨道是分布在6条轨道上，而每条轨道上标准的
5、卫星颗数为4颗，轨道运行一圈的时间近似12小时（半个恒星日），保证了在绝大多数地方都能够提供有效稳定的导航服务。导航卫星上搭载有L1、L2频段的信号，在Block IIF卫星开始增加了L5频段的信号，其卫星的发展情况我们大致做一个简单的介绍。Block I卫星是GPS系统最早的卫星，目的是为了验证系统设计的可行性，因此只制造了11颗卫星，于1978年至1985年之间发射，但是因为卫星上只能存储3.5天的星历，所以需要频繁的与地面联系做上载新的数据。如果没有地面进行管理，卫星在很短时间内就会发生姿态变化影响到实际的导航定位需求。卫星上搭载了铷/铯原子时钟各两台。虽然设计寿命为5年左右，但是不少卫
6、星坚挺的工作超过寿命两倍多，为之后的卫星设计以及故障分析留下了宝贵的数据。Block II卫星是借鉴了上一代卫星之后，进行改善后的第二代卫星，共9颗卫星与1989年开始发射，卫星内置存储提高到14天的星历，并且实现了自主的动量控制，这样可以减少与地面控制的频繁联系，内部搭载多台铷/铯原子时钟。平均设计寿命为6年，但是卫星实际工作的时间长度平均约12年。这也是GPS系统初期的卫星产品。而后出现多了Block IIA卫星与上一代卫星十分类似，增强了系统的一些功能，比如说将自主运行时间扩大至180天，卫星可以连续工作6个月无需和地面联系。共生产了19颗。Block IIR卫星则是为了全面兼容及替换B
7、lock II与Block IIA卫星而生产的，支持GPS系统所需要的基本特性，L1频段上的C/A和P（Y）码以及L2频段上的P（Y）码。所有的Block IIR卫星都带有3个铷原子频标（RAFS），简单来讲就是更加先进的始终标准，Block IIR在设计中还大大加强了物理封装，从而提高了卫星的稳定性与可靠性。后有改良的Block IIR-M卫星，重新设计了L1/L2的发射器等许多硬件设备。由于军事需要，被要求增加新的军用捕获码以及新的L5民用频段信号的增加，Block IIF就孕育而生了，而目前Block IIF卫星根据最近的报道来看，生产公司已经交由波音公司，并且发射时间也比预定的2007
8、年开始要晚了几年。GPS IIF卫星增强了军事抗干扰能力，并且载有更加先进技术的原子钟，卫星载有新的第三个民用信号，设计寿命延长为12年。基本上以上就是GPS卫星的一个简单的发展历史，GPS卫星其实在构造上并没有我们想象中的那么复杂。简单来说就是内置有统一时间的原子钟，经由频率发生器然后从发射端广播出去；并且内置有与地面控制段通讯的设备，太阳能提供能源，并且带有推进器进行实时的姿态控制。小记：GPS卫星在发展的过程中为了保证前后的兼容性，基本原理是没有变化的，主要加强了原子时钟的准确度以及卫星的质量与稳定性，目前GPS系统的星座数量已经超过了最初的设计数，并且在不断的加强中，与其他国家在建的导
9、航系统相比依旧有很大的优势。同样重要的地面控制段那么说完了卫星的部分我们来看看地面控制段为什么对于GPS系统非常重要，控制段（CS）主要负责监测、指挥、控制GPS卫星，地面控制段主要监测L频段的导航信号，更新导航电文（卫星运行的数据），解决卫星出现的异常状况（空中姿态出现偏差等）。要是没有地面控制段时刻进行系统的监测调整，那么我们就很难保证GPS系统能够一直持续的为我们工作。GPS系统的地面控制段由监测站与地面天线组成，具体数量不详，主要的工作是监测维护卫星的健康状况、检测卫星的轨道、估计预测卫星时钟和星历参数、生成GPS导航电文、维持卫星授时与UTC标准时间同步、监测导航服务完整性、循环校对
10、记录传输给GPS用户的导航信息、控制卫星激动变化以及在飞行器故障时维持GPS卫星轨道并回复位置。换句话说，地面控制段的主要作用就是实时监控每一个卫星，保证其正常的工作状态，避免卫星出现问题或者偏差影响了地面用户接收计算定位信息。可以说虽然地面控制段我们普通用户是不会接触到的，但是其作用与GPS卫星的的作用同样重要，维持卫星定位系统正常运行就需要地面控制段全天候监测。小记：其实地面控制段与卫星段一样重要，远在高空的卫星如果没有地面控制段的监控，出现了位置的偏差，时间发布不同步，或者说因为位置偏差发生相撞事故的话，会直接影响到我们用户使用导航系统，同时卫星造价到发射费用都非常昂贵，维护卫星的工作也
11、显得尤为重要。最熟悉的接收设备那么我们用户最常遇到的就是GPS的接收器了，在GPS系统中也被归于用户段，用户通过GPS接收机来接收卫星发送的信号，并加以计算，并得到相应的坐标点来进行定位。接收机的组成部分其实并不复杂，如果说把GPS接收机看做是一台个人电脑的话，那么仅仅是在这个个人电脑上添加上了天线以及接收器的硬件部分，然后将接收到的数据交由电脑来进行运算并显示出来。GPS接收机的组成部分主要包括5个部分，（1）天线部分连接（2）接收机并将接收到的数据导入（3）处理器进行运算，然后将结果通过（4）显示单元来进行显示，而所有的电子产品都建立在（5）电源上。虽然详细分析的话GPS接收机其实还有很多
12、知识，比如说天线的类型、接收机的性能等，但是我们简化之后这么理解就足够了。而GPS信号到坐标结果的计算方式也比较复杂，原理是通过同步时间然后计算接收机到卫星的位置，并加入卫星所在位置的变量，通过我们几何中学习到的已知三角形2边长计算第3边长度的原理来计算的。但是因为地球本身并非正圆形，所以在这个简单的公式中需要逃入非常多的公式进行补差，笔者也并非数学专业，所以在这里也没有办法为大家详细介绍GPS是如何计算坐标的过程了。小记：其实我们用户手中的GPS接收机无论是那一种类别的，基本原理都与电脑的构架相似，可能有的跟踪器或者记录器产品少有不同，因为功能的设计不需要显示设备，但是在接收运算坐标位置是同
13、一个原理。其它的卫星导航系统因为卫星定位无论是在军事、民用服务、还是公共设施的应用反面都有非常重要的作用。那么简单介绍完了GPS系统的组成部分，那么我们再来看看世界上还有那些卫星定位系统正在建造中的。首先是我们比较熟悉的北斗卫星导航系统，是我国自己的卫星导航系统，目前已经发射8颗在轨卫星，并将在2020年完成约30颗卫星组成的全球导航系统。目前与美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧洲GALILEO系统被全球导航卫星系统委员会（ICG）确定的四大全球导航卫星系统核心供应商。俄罗斯的GLONASS系统为俄罗斯建造，命名为俄语全球导航系统的缩写，最早开发与苏联时期，并一直持续至今，目前俄罗斯
14、境内已经开放了系统的服务，并逐渐扩大至全球范围，是目前除GPS系统之外完成度最高的一个卫星导航系统。欧洲GALILEO系统欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统，按照规划伽利略计划将耗资约27亿美元，系统由30颗卫星组成，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。但是由于资金问题该系统的建造进度受到了影响，原计划在2008年完成系统建设为客户提供服务，但是目前系统的进度情况不明。加上美国GPS系统，这四大导航系统构成了目前地球上的卫星导航系统的主力。除此之外日本为了保证国内的卫星定位的稳定性，研发了准天顶系统，该系统不具备全球定位服务的功能，依靠于GPS系统来辅助日本国内的定位产品进行精准定
15、位，同理还有印度的GAGAN系统。小记：全球目前有1个建成的卫星导航系统，3个在建的卫星导航系统，2个辅助GPS定位的系统，通过这些系统覆盖全球，我们在未来可以有更多的定位选择，同时系统是全天候不间断且免费的，无疑是我们用户的一大福音。最熟悉的接收设备虽然卫星导航系统的资金投入非常大，但是因为其全天候、不间断且不存在用户接入数量的问题，一套卫星导航系统可以为地球上每一个人提供导航定位服务，其性能的强大不言而喻。并且基本上我们都会在生活中或多或少的接触到GPS定位功能，包括目前的智能手机产品中绝大多数都带有了GPS定位功能，利用手机作为运算载体来接收GPS信号并进行定位。可以说我们的生活中将越来越多的接触到卫星定位这个概念。今天将GPS系统的一些简单的知识分享给大家，希望大家能够在使用GPS导航仪的同时能够了解到GPS系统背后的一些故事，给大家带来一些有趣的知识。后记：GPS系统自身分为三个部分，是目前全球应用最为广泛的定位导航系统，无论是汽车、轮船、飞机甚至到农业、金融、电力、物流等各个行业都能与GPS车上一点关系，虽然我们不一定会购买车载GPS导航仪使用，但是不可否认GPS定位已经深入到我们生活的每一个角落了。 /
