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1、GPS的相关资料目录一概述 1. 定义 2. GPS简介 3. 计划二工作原理 1. GPS导航系统基本原理 2. GPS定位原理3. 定位精度 三主要功能 四组成部分 1. 空间部分 2. 地面控制系统 3. 用户设备部分五主要特点六主要用途七全球四大GPS系统八中国GPS导航市场的发展1.定义利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。12.GPS简介GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。要实现以上所有功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素。中国物联网校企联盟认为GPS是将现实虚拟化实现了物与物、物与人
2、等大部分物品与网络的连接，使物品方便识别、管理和控制。3.计划最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个 GPS轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上，然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维
3、位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。现在民用的定位精度可达10米内。2我国卫星导航产业已进入高速发展时期，预计2015年产值将超过2250亿元，成为国民经济重要增长点。二工作原理1.GPS导航系统基本原理GPS导航系统的基本原理是测量出已 知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的
4、距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信
5、号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。 2.GPS定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式）。3.定位精度GPS布局：28颗卫星(其中4颗备用)早已升空，
6、分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约20000千米。已经实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米。4三主要功能1.导航2.测量3.授时四GPS构成 1空间部分 GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码, 一组称为C/ A 码( C
7、oarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一组称为P 码(Precise Code 10123MHz) ,P 码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。 2.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
8、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。 3用户设备部分 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就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位置的经纬度、高度、速
9、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。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小重量越来越轻便于野外观测使用。五GPS特点全球定位系统的主要特点 1、定位精度高 应用实践已经证明GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6100-500KM可达10-71000KM可达10-9。在300-1500M工程精密定位中1小时以上观测的解其平面
10、其平面位置误差小于1mm与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。 2、观测时间短 随着 GPS系统的不断完善软件的不断更新目前20KM以内相对静态定位仅需 15-20 分钟快速静态相对定位测量时当每个流动站与基准站相距在15KM以内时流动站观测时间只需1-2分钟然后可随时定位每站观测只需几秒钟六.GPS全球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
11、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。 七全球四大GPS系统美国由美国国防部于20世纪70年代初开始设计、研制于1993年全部建成。1994年美国宣布在10年内向全世界免费提供使用权但美国只向外国提供低精度的卫星信号。据信该系统有美国设置的“后门”一旦发生战争美国可以关闭对某地区的信息服务。 欧盟“伽利略”1999年欧洲提出计划准备发射30颗卫星组成“伽利略”卫星定位系统。今年该计划正式启动。 俄罗斯“格洛纳斯”尚未部署完毕。始于上世纪70年代需要至少18颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境如要
12、提供全球定位服务则需要24颗卫星。 中国“北斗”2003 年我国北斗一号建成并开通运行不同于 GPS“北斗”的指挥机和终端之间可以双向交流。去年5月12日四川大地震发生后北京武警指挥中心和四川武警部队运用“北斗”进行了上百次交流。北斗二号系列卫星今年起将进入组网高峰期预计在2015年形成由三十几颗卫星组成的覆盖全球的系统。 八中国GPS导航市场的发展中国GPS导航的市场潜力巨大。截至到2005年底中国拥有车载导航设备的车辆不足10万辆相对于3000万辆的汽车总数来说普及率不到1%。而日本的汽车车载导航安装率高达59%欧美约占25%。2006年便携导航市场应该有近5亿元的规模而随着市场的高速发展
13、及新品牌的层出不穷预计2009年中国汽车GPS导航系统终端的销售额将接近100亿元。 即将过去的2008年被人们称为中国的“3G元年”。众所周知目前在国内通信领域最火的就是正在试运行的TD-SCDMA3G标准。作为新一代的通信技术3G带给人们非常多的期许。3G牌照的全面发放也成了人们共同关注的焦点。其实在国内的GPS导航领域也在经历着一场蜕变第三代PND类导航产品的应运而生已经把人们带进了全新的导航时代。 卫星导航应用产业在国民经济中发挥着越来越重要的作用将成为十一五”发展的亮点。在“十一五”期间卫星导航在其它领域如航空、海路、铁路、建筑、电信、电力等方面的应用都会有很大的发展空间。 卫星导航技术的发展趋势主要表现在三方面。一是卫星导航的多系统并存使系统可用性得以提高应用领域将更广阔。二是多元组合导航技术正在得到推广应用主要有GPS与移动通信基站定位、陀螺、航位推算技术等的组合应用。三是卫星导航与无线通信等其它高技术相结合如GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式PC、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中从根本上促进了IT技术的整体发展。
