高精度無(wú)線電導(dǎo)航的全球定位系統(tǒng)介紹

全球定位系統(tǒng)(英文：Global Positioning System，GPS [14])，是美國(guó)研制發(fā)射的一種以人造地球衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無(wú)線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)(GPS)在全球任何地方以及近地空間都能夠提供準(zhǔn)確的地理位置、車(chē)行速度及精確的時(shí)間信息。GPS自問(wèn)世以來(lái)，就以其高精度、全天候、全球覆蓋、方便靈活吸引了眾多用戶。GPS不僅是汽車(chē)的守護(hù)神，同時(shí)也是物流行業(yè)管理的智多星。隨著物流業(yè)的快速發(fā)展，GPS有著舉足輕重的作用，成為繼汽車(chē)市場(chǎng)后的第二大主要消費(fèi)群體。GPS是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng) [1]。美國(guó)擁有的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)在技術(shù)上領(lǐng)先。美國(guó)的GPS包括繞地球運(yùn)行的24顆衛(wèi)星，它們均勻地分布在6個(gè)軌道上。每顆衛(wèi)星距地面約1.7萬(wàn)千米。

GPS是指利用GPS衛(wèi)星，向全球各地全天候、實(shí)時(shí)性地提供三維位置、三維速度等信息的一種無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS的前身是1958年美國(guó)軍方研制的一種子午儀(Transit)衛(wèi)星定位系統(tǒng)，1964年正式投入使用，該系統(tǒng)用5~6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過(guò)地球13圈，并且無(wú)法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)使得研發(fā)部門(mén)對(duì)衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗(yàn)，并驗(yàn)證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位的可行性，就為GPS的研制做了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性以及子午儀系統(tǒng)存在對(duì)潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨大缺陷，美國(guó)陸、海、空三軍及民用部門(mén)都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) [3]。

?GPS定位技術(shù)(Global Positioning System，簡(jiǎn)稱GPS)是一種利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行高精度無(wú)線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)?。它由美國(guó)國(guó)防部研制和維護(hù)，旨在為全球用戶提供精確的位置、速度和時(shí)間信息。

GPS定位技術(shù)的基本原理

GPS定位技術(shù)通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)來(lái)確定接收機(jī)的位置。當(dāng)接收機(jī)接收到至少四顆衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算信號(hào)傳播時(shí)間來(lái)確定距離，進(jìn)而計(jì)算出接收機(jī)的具體位置。這種技術(shù)利用了三角測(cè)量的原理，通過(guò)測(cè)量信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)的傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，從而確定接收機(jī)的三維坐標(biāo)?12。

GPS系統(tǒng)的組成

GPS系統(tǒng)主要由三部分組成：

?空間部分?：由24顆GPS衛(wèi)星組成，均勻分布在6個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道平面內(nèi)有4顆衛(wèi)星，確保全球任何地方至少能同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星?2。

?地面控制部分?：包括1個(gè)主控站、3個(gè)數(shù)據(jù)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站，負(fù)責(zé)監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)并調(diào)整衛(wèi)星時(shí)鐘和軌道參數(shù)?2。

?用戶設(shè)備部分?：即GPS接收機(jī)，用戶通過(guò)接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)并計(jì)算自身位置?2。

GPS定位技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

GPS定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域：

?導(dǎo)航和定位?：在車(chē)輛導(dǎo)航、無(wú)人機(jī)航行、地理測(cè)繪等方面有著重要應(yīng)用?3。

?時(shí)間同步?：提供高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，用于科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用。

?軍事應(yīng)用?：滿足軍事用戶對(duì)精確位置、速度和時(shí)間的需求?2。

歷史背景和發(fā)展歷程

GPS系統(tǒng)由美國(guó)政府于20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，1994年全面建成。最初，GPS信號(hào)分為民用和軍用兩種，民用信號(hào)曾被人為加入誤差以降低精度。2000年后，克林頓政府決定取消對(duì)民用信號(hào)的干擾，使得民用GPS的精度也達(dá)到了十米左右?2。

什么是gps簡(jiǎn)述其組成及特點(diǎn)

GPS是全球定位系統(tǒng)

，由空間部分(衛(wèi)星)、地面控制部分和用戶設(shè)備部分組成。其特點(diǎn)包括全球性、全天候、高精度、實(shí)時(shí)性、多功能性和被動(dòng)性。

什么是GPS?簡(jiǎn)述其組成及特點(diǎn)

GPS的定義與背景

GPS(Global Positioning System)即全球定位系統(tǒng)，是一種利用衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航和定位的技術(shù)。該系統(tǒng)最初由美國(guó)國(guó)防部于20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。GPS系統(tǒng)旨在為全球范圍內(nèi)的用戶提供精確的位置、速度和時(shí)間信息，廣泛應(yīng)用于軍事、民用、科研等多個(gè)領(lǐng)域。

GPS的組成結(jié)構(gòu)

空間部分

GPS的空間部分由一組衛(wèi)星組成，目前共有28顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行

，其中24顆處于正常工作狀態(tài)，其余4顆作為備用。這些衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)不同的軌道平面上，每個(gè)軌道平面有4顆衛(wèi)星，以55°的傾角繞地球運(yùn)行。這種分布方式確保了地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)間至少能觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，從而實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋和連續(xù)導(dǎo)航能力。衛(wèi)星的主要功能是向地球發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)，這些信號(hào)包含時(shí)間戳和衛(wèi)星的位置信息，是GPS定位的基礎(chǔ)。

地面控制部分

地面控制部分包括主控站、監(jiān)測(cè)站和地面控制站，負(fù)責(zé)監(jiān)控GPS衛(wèi)星并傳輸數(shù)據(jù)。主控站收集監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，計(jì)算衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，確保衛(wèi)星的精確運(yùn)行。監(jiān)測(cè)站則分布在全球各地，用于接收衛(wèi)星信號(hào)并測(cè)量其傳播時(shí)間，從而計(jì)算衛(wèi)星的精確位置。地面控制站負(fù)責(zé)將主控站計(jì)算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中，確保衛(wèi)星能夠持續(xù)向地球發(fā)送準(zhǔn)確的導(dǎo)航定位信號(hào)。

用戶設(shè)備部分

用戶設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)，它能夠接收來(lái)自至少四顆衛(wèi)星的信號(hào)，并通過(guò)測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間來(lái)確定接收機(jī)的三維位置、速度和時(shí)間。GPS接收機(jī)通常具有輕便、小巧的特點(diǎn)，便于攜帶和搬運(yùn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS接收機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、車(chē)載導(dǎo)航、無(wú)人機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域。

GPS的主要特點(diǎn)

全球覆蓋與全天候服務(wù)

GPS系統(tǒng)覆蓋全球，無(wú)論陸地、海洋還是空中，都可以進(jìn)行定位

。同時(shí)，GPS不受天氣、時(shí)間或地理位置的限制，任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以使用，實(shí)現(xiàn)了全天候服務(wù)。

高精度定位

在理想條件下，GPS可以提供非常精確的位置信息，誤差通常小于幾米。隨著差分GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS定位精度甚至可以達(dá)到厘米級(jí)。這使得GPS在測(cè)繪、地質(zhì)勘探、農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

實(shí)時(shí)性與連續(xù)性

GPS接收器可以實(shí)時(shí)提供位置信息，無(wú)需等待或后處理。同時(shí)，由于GPS衛(wèi)星的連續(xù)運(yùn)行和地面控制部分的實(shí)時(shí)監(jiān)控，GPS系統(tǒng)能夠確保連續(xù)導(dǎo)航和定位服務(wù)。這對(duì)于動(dòng)態(tài)目標(biāo)如車(chē)輛、船舶、飛機(jī)等的實(shí)時(shí)跟蹤和定位具有重要意義。

多功能性

除了定位，GPS還可以用于測(cè)速、導(dǎo)航、授時(shí)等多種應(yīng)用。例如，在車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)中，GPS可以提供實(shí)時(shí)路況信息、最優(yōu)路徑規(guī)劃等功能;在授時(shí)領(lǐng)域，GPS可以為各類電子設(shè)備提供精確的時(shí)間同步服務(wù)。

GPS的應(yīng)用領(lǐng)域拓展

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。目前，GPS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、民用、科研等多個(gè)領(lǐng)域

。在軍事領(lǐng)域，GPS可以為軍隊(duì)提供精確的導(dǎo)航和定位服務(wù)，提高作戰(zhàn)效率;在民用領(lǐng)域，GPS已經(jīng)成為智能手機(jī)、車(chē)載導(dǎo)航、無(wú)人機(jī)等設(shè)備的標(biāo)配功能，為人們的日常生活帶來(lái)了極大的便利;在科研領(lǐng)域，GPS被廣泛應(yīng)用于地球科學(xué)、氣象學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的研究中，為科學(xué)研究提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

綜上所述，GPS作為一種基于衛(wèi)星的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全球覆蓋、高精度定位、實(shí)時(shí)性與連續(xù)性、多功能性等特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS的應(yīng)用前景將更加廣闊。