王富德+姚佩航+史浩明

摘 要：經(jīng)濟的發(fā)展，技術(shù)的提升，使高科技的技術(shù)已深入千家萬戶。其中，最值得一提的是，美國從20世紀(jì)70年代開始研制的耗時200億美元于1994年完成的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，且基于這個系統(tǒng)，很多的產(chǎn)品也應(yīng)運而生。它帶來的產(chǎn)品已經(jīng)走入了人們的生活了，成為人們生活中不可或缺的一部分。

關(guān)鍵詞：GPS全球定位系統(tǒng)；GPS導(dǎo)航；應(yīng)用前景

1 GPS全球定位系統(tǒng)概述

GPS，又稱為全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System GPS），是美國從20世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年3月完成其整體部署實現(xiàn)其全天候、高精度和全球的覆蓋能力的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。現(xiàn)在，GPS與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，使得測定地球表面三維坐標(biāo)的方法從靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，從數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實時的定位與導(dǎo)航，極大地擴展了它的應(yīng)用廣度和深度。載波相位差分法GPS技術(shù)可以極大提高相對定位精度，在小范圍內(nèi)可以達(dá)到厘米級精度。此外，由于GPS測量技術(shù)對測點間的通視和幾何圖形等方面的要求比常規(guī)測量方法靈活、方便，已完全可以用來施測各種等級地控制網(wǎng)。GPS全站儀的發(fā)展在地形和土地測量以及各種工程、變形、地表沉陷監(jiān)測中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在精度、效率、成本等方面顯示出巨大的優(yōu)越性。

2 GPS的組成以及其用途

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分——GPS信號接收機。

2.1 空間部分——GPS衛(wèi)星星座

由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座記作（21+3）GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點赤經(jīng)各相差60度。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。此外，還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星分布在地球的任何一個地方，任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位，解算精度的幾何圖像。

這就為監(jiān)控地球外部的云層變化提供了方便，天氣預(yù)報能更加及時、迅速地抓取到每一個時刻的天氣變化，為人們的出行提供天氣保障。GPS空間部分不僅僅為天氣預(yù)報做準(zhǔn)備，而且滲透在各個方面，人們對外太空的探索、了解地球等諸多方面都做出了不可限量的一部分。

2.2 地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面控制部分由一個主控站、5個全球監(jiān)測站和3個地面控制站組成。監(jiān)測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接收機。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，包括電離層和氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過初步處理后，傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送到3個地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運行至上空時，把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障，那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時間，但導(dǎo)航精度會逐漸降低。

如此強大的地面監(jiān)控系統(tǒng)為GPS定位做出了功不可沒的貢獻(xiàn)，當(dāng)今世界GPS定位，深入在人們各個領(lǐng)域，騰訊QQ、微信、百度糯米等都應(yīng)用了GPS技術(shù)，都依賴于其強大的技術(shù)為用戶提供最便捷的服務(wù)。并且，人們也習(xí)慣了這樣的推薦，愛上了這樣的日子，好像手機知道自己去哪里，手機就是一個人工地圖，再也不怕丟失在一個陌生的城市。

2.3 用戶設(shè)備部分——GPS信號接收機

用戶設(shè)備部分，即GPS信號接收機，其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進(jìn)行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內(nèi)和機外兩種直流電源。設(shè)置機內(nèi)電源的目的在于，更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電源時機內(nèi)電池自動充電。關(guān)機后，機內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前，各種類型的接收機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。

GPS信號接收機，使得在荒野的人們能找到自己的位置，對自己所處的地方進(jìn)行大致的了解，這個為喜歡探險與未知地帶的人們提供了方便，是戶外探險必不可少的設(shè)備。同時，在軍事方面，為士兵深入荒野作戰(zhàn)提供了便捷等，它已經(jīng)深入在全球各個領(lǐng)域。

3 GPS全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用前景

GPS全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用前景是無限的，而且會越來越好。無論是在人們的生活方面、國家的軍事方面、天文方面、醫(yī)療方面等，其潛力是無可限量的。生活方面，百度地圖、高德地圖這些APP為人們進(jìn)行導(dǎo)航，在陌生的地方尋求目標(biāo)；駕車出游靠手機導(dǎo)航，尋求最近的路線，查看最新的路況，制定最佳的出行路線，近年來，汽車業(yè)的飛速發(fā)展，特別是私家車的日益普及，催生了GPS車載導(dǎo)航系統(tǒng)這一巨大市場；通過GPS確定對方的位置，讓兩個身處陌生地方的兩個人能夠確定對方的位置。軍事方面，交戰(zhàn)雙方通過GPS對所在的地形進(jìn)行了解，找到有利于本方的地理位置，找尋對方的根據(jù)地，深入敵方內(nèi)部進(jìn)行致命打擊。天文學(xué)方面，了解未知的宇宙世界，對陌生的星球，通過GPS對星球的表面進(jìn)行拍攝，通過拍攝到的圖片讓地球上的人對該星球進(jìn)行探索。

4 結(jié)語

隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，未來，人們對GPS導(dǎo)航的需求已從最基本的行車導(dǎo)航、路口轉(zhuǎn)彎提示等基礎(chǔ)功能，向?qū)崟r信息和增值服務(wù)等基于用戶體驗的功能轉(zhuǎn)變。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航與無線通信技術(shù)相結(jié)合，如GPS接收機嵌入到手機移動電話、便攜式PC、PDA和手表等通信、安全和消費類電子產(chǎn)品中，從根本上促進(jìn)IT技術(shù)的整體發(fā)展，已成為未來GPS技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。手機等智能設(shè)備與GPS的融合是未來的一個重要發(fā)展方向。目前，國內(nèi)外手機生產(chǎn)廠商都表現(xiàn)出對手機與GPS融合趨勢的普遍認(rèn)同，包括諾基亞、三星、索愛、摩托羅拉都發(fā)布了支持GPS導(dǎo)航功能的最新手機產(chǎn)品。同時，手機生產(chǎn)廠商們也把進(jìn)一步加強手機的GPS導(dǎo)航功能，作為未來展開競爭的一個砝碼。

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