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GPS的历史背景： GPS(GlobalPositioningSystem)是“全球定位系统”的简称，原本是美国国防部为其星球大战计划投资100多亿美元建立的，其作用是为美军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。在海湾战争中，涌现了大量高科技装备，GPS全球卫星定位系统则是使用最为广泛的一种。 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(RealTimeKinematic)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)。 手持式GPS的价格： 手持式民用GPS价格已大幅下降，由几十美元至数百美元不等。驴们使用只需最基本就可以，先进功能一般要有电子地图配合，但现在国内很难找到。以Garmin公司eTrexGPS为例，在美国价格不到110美元，算下来不到1000RMB，比一只SUUNTOVECTOR多功能运动表便宜。 使用手持式GPS的注意事项： 1。必须在露天的地方使用，建筑物内、洞内、水中和密林等类似地方无法使用; 2。在一个地方开机呆的时间越长，搜索到的卫星越多，精确度就越高; 3。在山野上使用精度比在城中高楼林立的地方为高; 4。使用GPS导航比用指南针要准确可靠，因为依照指南针的方位角走，一旦走错，就会越走越偏离目标。但GPS永远告诉你正确的方位角，而不论偏离目标有多远。 5。现在市面上一般民用的手持式GPS精度为15米，如能支持WAAS，精度可提高到3米; 6。注意带备足够的备用电池。 GPS常用词汇表： AcquisitionTime:初始定位时间 ActiveLeg:激活航线 Airborne:空运的、空降的、机载的、通过无线电传播的 Almanac:历书、概略星历 Anti-Spoofing:反电子欺骗 Artwork:工艺、工艺图、原图ss AtomicClock:原子钟 Avionics:航空电子工学;电子设备 Azimuth:方位角、方位(从当前位置到目的地的方向) Beacon:信标 Bearing:方向，方位(从当前位置到目的地的方向) Bug:故障、缺陷、干扰、雷达位置测定器、窃听器 Cellular:单元的、格网的、蜂窝的、网眼的 Cinderella:水晶鞋、灰姑娘(这里特指JAVADGPS接收机OEM板的选项，能自动在隔周的星期二GPS午夜时刻开始的24小时内让您的Javad接收机和OEM板变为双频双系统。) CoarseAcquisitionCode(C/A):粗捕获码 Constellation:星座 Converter:转换器、交换器、换能器、变频管、变频器、转换反应堆 Coordinate:坐标 Co-pilot:飞机副驾驶 Cost-effective:成本低，收效大的 CourseDeviationIndicator(CDI):航线偏航指示 CourseMadeGood(CMG):从起点到当前位置的方位 CourseOverGround(COG):对地航向 CourseToSteer(CTS):到目的地的最佳行驶方向 CrosstrackError(XTE/XTK):偏航 De-emphasis:去矫、去加重 Definition:清晰度 Diagonal:对角线、斜的、对角线的 Distinguishability:分辨率 Droppingresistors:减压电阻器、将压电阻器 Datum:基准 DesiredTrack(DTK):期望航线(从起点到终点的路线) DifferentialGPS(DGPS):差分GPS DilutionofPrecision(DOP):精度衰减因子 Elevation:海拔、标高、高度、仰角、垂直切面、正观图 Enroute:在航线上、航线飞行 Ephemeris:星历 EstimatedPositionError(EPE):估计位置误差 EstimatedTimeEnroute(ETE):估计在途时间(已当前速度计算) EstimatedTimeofArrival(ETA):估计到达时间 Front-loadingdatacartridges:前载数据卡 Geodesy:大地测量学 GlobalPositioningSystem(GPS):全球定位系统 GLONASS:俄国全球定位系统 GreenwichMeanTime:格林威治时间 Grid:格网坐标 Heading:航向 Intercom:内部通信联络系统、联络用对讲电话装置 Intersection:空域交界 InvertRoute:航线反转 Kinematic:动态的 L1Frequency:GPS信号频率之一(1575。42MHz) L2Frequency:GPS信号频率之一(1227。6MHz) Latitude:纬度、纬线 Leg(route):航段，航线的一段 LocalAreaAugmentationSystem(LAAS):局域增强系统 Localizer:定位器、定位发射机、定位信标 Longitude:经度、经线 LongRangeRadioDirectionFindingSystem(LORAN):罗兰导航系统 MagneticNorth:磁北 MagneticVariation:磁偏角 MultiplexingReceiver:多路复用接收机 Multipath:多路径 NauticalMile:海里(1海里=1。852米)。 Navigation:导航 NavigationMessage:导航电文 NAVigationSatelliteTimingandRanging(NAVSTAR)GlobalPositioningSystem:GPS系统的全称 NationalMarineElectronicsAssociation(NMEA):(美国)国家航海电子协会 NMEA0183:GPS接收机和其他航海电子产品的导航数据输出格式 North-UpDisplay:GPS屏幕显示真北向上 Observatory:观象台、天文台 Offset:偏移量 Omnidirectional:全向的、无定向的 Orientation:方位、方向、定位、倾向性、向东性 Panel-mount:配电盘装配 ParallelChannelReceiver:并行通道接收机 P-Code:P码 Photocell:光电管、光电池、光电元件 Pinpoint:极精确的、准确定位、准确测定、针尖 PositionFix:定位 PositionFormat:位置格式 PrimeMeridian:本初子午线 Pseudo-RandomNoiseCode:伪随机噪声码 Pseudorange:伪距 Rack:齿条、支架、座、导轨 Route:航线 RadioTechnicalCommissionforMaritimeServices(RTCM):航海无线电技术委员会，差分信号格式 SelectiveAvailability(SA):选择可用性 Sidetone:侧音 Source:信号源、辐射体 SpaceSegment:空间部分 SpeedOverGround(SOG):对地航速 Specifcation:详述、说明书、规格、规范、特性 SplitComm:分瓣通信 Squelch:静噪音、静噪电路、静噪抑制电路 StatuteMile:英里(1英里=1,609米) StraightLineNavigation:直线导航 Strobe:闸门、起滤波作用、选通脉冲、读取脉冲 TracBack-按航迹返航 Track-UpDisplay-航向向上显示 Track(TRK):航迹，航向 Transceiver:步话机、收发两用机 Transponder:雷达应答机、(卫星通讯的)转发器、脉冲转发机 Transducer:渔探用探头、传感器 Triangulation:三角测量 TrueNorth:真北 Turn(TRN):现时航向和目的地之间的夹角 Two-way:双向的、双路的、双通的 UniversalTimeCoordinated(UTC):世界协调时间 UniversalTransverseMercator(UTM):通用横轴墨卡托投影 U。S。C。G。:美国海岸警卫队 VelocityMadeGood(VMG):沿计划航线上的航速 Viewingangles:视角 Waypoint:航路点 WideAreaAugmentationSystem(WAAS):广域差分系统 WorldGeodeticSystem-1984(WGS-84):1984年世界大地坐标系 Windshield:防风玻璃、防风罩 Y-Code:加密的P码 Yoke:架、座、轭、磁轭、磁头组、偏转线圈 |
