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GPS

 GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称,而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义:产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。
GPS

GPS的构成

 1.空间部分

 GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成,它位于距地表20200km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3 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,并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题,随着时间的推移,导航精度会逐渐降低。

 2. 地面控制系统

 地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。

 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。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。

GPS的功能

 一、精确定时:广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中

 二、工程施工:道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备进行工程测量

 三、勘探测绘:野外勘探及城区规划中都有用到

 四、导航

 1.武器导航:精确制导导弹、巡航导弹

 2.车辆导航:车辆调度、监控系统

 3.船舶导航:远洋导航、港口/内河引水

 4.飞机导航:航线导航、进场着陆控制

 5.星际导航:卫星轨道定位

 6.个人导航:个人旅游及野外探险

 五、定位:

 车辆防盗系统 、手机、PDA、PPC等通信移动设备防盗、电子地图、定位系统 、儿童及特殊人群的防走失系统、农业勘测

 其他卫星定位系统

 目前正在运行的全球卫星定位系统有美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统

 欧盟1999年初正式推出“伽利略”计划,部署新一代定位卫星。该方案由27颗运行卫星和3颗预备卫星组成,可以覆盖全球,位置精度达几米,亦可与美国的GPS系统兼容,总投资为35亿欧元。该计划预计于2010年投入运行。

 另外,中国还独立研制了一个区域性的卫星定位系统--北斗导航系统。该系统的覆盖范围限于中国及周边地区,不能在全球范围提供服务,主要用于军事用途。

GPS的应用领域

 美国GPS的发展先是作为一个国防新技术,後来成为一个商用的GPS工业,在冷战结束的时期,GPS被广为开发应用在各种不同的商业用途。应用的方向包括车船飞机导航和跟踪、小孩跟踪、GPS手表、寻宝、建筑业/林业/测绘业/渔业应用等。GPS在商业上的成功反过来使军用GPS设备更加便宜、更加广泛可得现在,GPS已经成为先进军事战略的关键组成部分。GPS的应用领域包括:

 1. 紧急搜救:GPS精准的定位配合无线电传输,可以让受难人员传输所在座标资料至监控中心,搜救者可利用这些资料,直接赶往意外发生地点进行搜救作业。

 2. 导航定位:不论飞机、船舶、汽车,皆能应用GPS做精确且便利的导航功能,飞机与船舶在利用GPS的导航已相当普及,汽车部分则由於GPS在地表的接收容易受到遮蔽物影响或其它干扰,因此需要更多的误差校正。

 3. 派遣监控:货运、救护、消防、警政乃至保全业,可应用GPS做追踪监控与任务派遣等工作。只要利用GPS将位置回报控制中心,便可以准确的掌握车辆的派遣状况,对於调度监控相当方便。

 4. 军事用途:军事上应用GPS甚为广泛,无论是战斗任务或一般训练都需要精确的定位及时间,重要的飞弹导引也需要仰赖GPS。

 5. 测量用途:传统的测量方式受限颇大.除了必须排除障碍物阻挡外,大面积的测量所须耗费的人力也相当大,而使用GPS做为测量工具,除了遮蔽物的限制外,几乎不受地形影响,精度也相当高。

 6. 动物保育:GPS可用来追踪动物的生活迁徙、活动范围,让研究人员进一步了解生态情形。

 其它如探勘、绘图、科学研究、资源管理、精确定时、户外活动等等都广泛应用到GPS所带来的强大功能。

GPS的展望

 预计未来我国铁路系统可实现GPS对列车系统的实时定位,使轨道电路作用下降,提高效率降低成本(青藏铁路已开始使用)。
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