GPS一、概述全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是指具有全球?qū)Ш蕉ㄎ涣α康男l(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)〔GlobalNavigationSatelliteSystem，簡稱為GNSS。目前已有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)〔GLONASS、正在進展?fàn)幷摰挠袣W盟的GALILEO系統(tǒng)、中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增加系統(tǒng)等。全球定位系統(tǒng)〔GPS〕是眾多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，GPS〔GlobalPositioningSystem〕是2070為陸、海、空三大領(lǐng)域供給實時、全天候和全球性的導(dǎo)航效勞，并用于情報收集、核爆監(jiān)測2030019943月，98%24GPSGPS連續(xù)性和實時性的周密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。GPS主要利用導(dǎo)航衛(wèi)星進展測時和測距，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。至今，GPS技術(shù)在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在GPS導(dǎo)航衛(wèi)星信號來確定地面點的準(zhǔn)確位置。GLONASS系統(tǒng)、GALILEO系統(tǒng)以及中國的北斗系統(tǒng)逐步組網(wǎng)運營，綜合各大導(dǎo)GPS定位的單一系統(tǒng)，其作業(yè)效率、定位精度、定位的穩(wěn)定性與牢靠性都得到了大幅度的改善。1957104日，前蘇聯(lián)成功地放射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星后，人們就開頭利界各國爭相利用二、衛(wèi)星定位技術(shù)的進展人造地球衛(wèi)星為軍事、經(jīng)濟和科學(xué)文化效勞。同時，衛(wèi)星定位技術(shù)在大地測量學(xué)的應(yīng)用也取得了驚人的進展，快速跨入了一個嶄的時代。〔一〕早期的衛(wèi)星定位技術(shù)用人造地球衛(wèi)星為大地測量效勞的一門學(xué)科。它的主要內(nèi)容是在地面上觀測人造地球衛(wèi)星，通過測定衛(wèi)星位置的方法，來解決大地測量任務(wù)，例如測定地面點的相對位置，測定地球的外形和大小等。攝影測量，測定測站點至衛(wèi)星的方向，建立衛(wèi)星三角網(wǎng)。同時也可利用激光技術(shù)測定觀測站至衛(wèi)星的距離，建立衛(wèi)星測距三角網(wǎng)。通過這兩種觀測方法，均可以實現(xiàn)地面點的定位，也常規(guī)定位技術(shù)望塵莫及的。19661972年期間，美國國家大地測量局在英國和聯(lián)邦德國測繪部門的協(xié)作下，用衛(wèi)455m度不甚抱負(fù)，并且不能得到點位的地心坐標(biāo)。因此，衛(wèi)星三角測量技術(shù)成為一種過時的觀測技術(shù)，很快就被衛(wèi)星多普勒定位技術(shù)所取代。〔二〕衛(wèi)星多普勒定位系統(tǒng)195812月，美國海軍武器試驗室和詹斯2霍普金斯〔JohnsHopkins〕大學(xué)物理試驗室為了給美國海軍“北極星”核潛艇供給全球性導(dǎo)航，開頭研制一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，稱之為美國海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)〔NavyNavigationSatelliteSystem，簡稱NNSS系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，由于衛(wèi)星軌道面通過地極，所以又被稱為子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。19599月美國放射了19611191963126顆衛(wèi)星組成的子午衛(wèi)星星座，1964年該系統(tǒng)建成并投入使用。該系統(tǒng)軌道接近圓形，衛(wèi)星高度為1100Km，軌道90107min，在地球外表上的任何一個測站上，平均每隔2h便可觀測到其中一顆衛(wèi)星。衛(wèi)星多普勒定位系統(tǒng)即美國海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，它由三部份組成：衛(wèi)星星座、地面跟蹤網(wǎng)和用戶接收機。地面跟蹤網(wǎng)由跟蹤站、計算中心、注入站、海軍天文臺和掌握中心五部份應(yīng)的各顆衛(wèi)星內(nèi)，以便衛(wèi)星按時向地面播發(fā)。接收機是用來接收衛(wèi)星放射的信號、測量多普勒頻移、解譯衛(wèi)星的軌道參數(shù)，以測定接收機所在位置的設(shè)備。由于接收機都是承受多普勒效應(yīng)原理進展接收和定位的，所以也稱為多普勒接收機。1967729日，美國政府宣布解密子午衛(wèi)星的部份導(dǎo)航電文而供給民用，由于衛(wèi)星便可在地球外表的任何地方進展單點和聯(lián)測定位，從而獲得測站的三維地心坐標(biāo)。因此，衛(wèi)星多普勒定位快速從美國傳播到歐亞及美洲的很多國家。70年月中期，我國開頭引進衛(wèi)星多普勒接收機。西沙群島的大地測量基準(zhǔn)聯(lián)測，是我國應(yīng)用衛(wèi)星多普勒定位技術(shù)的先例。自80年月初期以來，我國開展了幾次較大規(guī)模的衛(wèi)星多普勒定位實踐：國家測繪局和總參測繪南緯62°12′59.811″±0.015″，西經(jīng)50°57′52.665秒±0.119″，高程為43.58±0.67m17501949.51m。在美國子午衛(wèi)星系統(tǒng)建立的同時，前蘇聯(lián)于1965年開頭也建立了一個衛(wèi)星導(dǎo)航定位系CICADANNSS12顆衛(wèi)CICADA1000Km105min。缺陷。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少〔6顆工作衛(wèi)星，運行高度較低〔平均約為1000km，從地面站觀測到衛(wèi)星的時間間隔也較長〔平均約1.5小時，無法進展全球性的實時連續(xù)導(dǎo)航〔測站平均觀測1～2天〔單點定位精度3～5m，相對定位精度約為1m，因此，該系統(tǒng)在大地測量學(xué)和地球動力學(xué)爭論代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——GPS19961231日停頓放射導(dǎo)航準(zhǔn)時間信息。197312NNSS系統(tǒng)的優(yōu)劣之后，批準(zhǔn)美國海陸空三軍聯(lián)合研制一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——NAVSTARGPS，即為目前的“授時與測距導(dǎo)航系統(tǒng)/全球定〔NavigationSatelliteTimingAndRanging/GlobalPositioningSyste〕GPS系統(tǒng)。三、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)〔GPS〕〔一〕GPS組成1978222GPS試驗衛(wèi)星放射成功。1989214GPSGPS系統(tǒng)進入了營運階段。GPS由空間系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用1。圖１GPS系統(tǒng)的組成空間系統(tǒng)GPS24顆工作衛(wèi)星〔其中，21顆為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星，目前的衛(wèi)星數(shù)已經(jīng)超過32顆6〔每個軌道面4顆，軌道傾角為55°。每顆衛(wèi)星可掩蓋全球約38%的面積。衛(wèi)星的設(shè)計壽命為7.5年，軌道高2000km12h6~8顆衛(wèi)星，足以供給2所示。圖２GPS衛(wèi)星工作星座入軌發(fā)動機及導(dǎo)航等分系統(tǒng)所組成。地面掌握系統(tǒng)地面掌握系統(tǒng)由監(jiān)測站(MonitorStation)、主掌握站(MasterMonitorStation)、地面天線(GroundAntenna)所組成，主掌握站位于美國科羅拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面掌握站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息，并計算衛(wèi)星星歷、相對距離，大氣校正等數(shù)據(jù)。用戶定位設(shè)備局部用戶定位設(shè)備由天線、接收機、帶軟件的數(shù)據(jù)處理器和掌握、顯示局部組成，可對在軌4顆衛(wèi)星的經(jīng)緯度、高度，顯示在接收機的屏幕上。除設(shè)計優(yōu)良的空間衛(wèi)星局部和地面監(jiān)控局部以外，對衛(wèi)星放射信號也提出了相應(yīng)要求:〔二〕GPS定位原理GPS離前方交會的方法，確定待測點的位置。如下圖，假設(shè)t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達(dá)接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式。四、衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用〔一〕GPS導(dǎo)航市場的進展GPS2005年底，中國擁有車載導(dǎo)航設(shè)備的車輛缺乏1030001%。而日本的汽車車載導(dǎo)航安裝59%25%。20065億元的規(guī)模，而隨著市場的高速進展及品牌的層出不窮，估量2009年中國汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)終端的銷售額將接近100億元。2008年，被人們稱為中國的“3GTD-SCDMA——3G標(biāo)準(zhǔn)。作為一代的通信技術(shù)，3G帶給人們格外多的期許。3G牌照的全面發(fā)放，也成了人們共同關(guān)注的焦點。其實在國內(nèi)的GPS導(dǎo)航領(lǐng)域也在PND衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著越來越重要的作用，將成為“十一五”進展的亮點。在“十一五”期間，衛(wèi)星導(dǎo)航在其它領(lǐng)域如航空、海路、鐵路、建筑、電信、電力等方面的應(yīng)用都會有很大的進展空間。性得以提高，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼘掗煟欢嵌嘣M合導(dǎo)航技術(shù)正在得到推廣應(yīng)用，主要有GPS與移動通信基站定位、陀螺、航位推算技術(shù)等的組合應(yīng)用；三是衛(wèi)星導(dǎo)航與無線通信等其它高技術(shù)相結(jié)合，如GPS接收機嵌入到蜂窩、便攜式PC、PDA和手表等通信、安全和IT技術(shù)的整體進展。〔二〕GPS導(dǎo)航與國家安全密信息。以亞洲為例，天上有美、日等國的間諜衛(wèi)星，海上有探測船，島上有各國數(shù)以百計行非法測繪。他們這么做的目的各不一樣，但有一點是可以確定的，那就是危害中國的國家安全。去年四月份日本綜合地球環(huán)境學(xué)爭論所派遣了四個日本人私自到疆西北部的艾比湖一帶進展非法測繪。他們攜帶GPS〔全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在艾比湖一帶采集地理數(shù)據(jù)，這引起25個點的地理數(shù)據(jù)，以罰款。事后該所所長田高敏龍?zhí)氐氐浇硎举r禮和反省。更為嚴(yán)峻的一次發(fā)生在2006100米的GPS定位設(shè)備作為固定站，另一臺GPS接收機作為流淌站，準(zhǔn)確地獵取了該區(qū)域地理位置的具體數(shù)據(jù)。當(dāng)高的實地影象效勞，山川地貌、平房高樓、大路鐵路都可以看得很清楚，衛(wèi)星定位也在逐步大量用于商業(yè)效勞，地理數(shù)據(jù)還有什么隱秘可言！？但實際上谷歌供給的只是影象圖，只不過是俯視角度的影象而已，真剛要用在軍事上、科研上的必需要有平面坐標(biāo)、海拔高度等具體數(shù)據(jù)才能正確確定目標(biāo)和位置，在軍事上才真正有命中目標(biāo)的有用價值。我國挖掘機行業(yè)中，安裝和使用挖掘機專用的GPS智能效勞系統(tǒng)的企業(yè)越來越多，越專用的GPS智能效勞系統(tǒng)具有三維準(zhǔn)確定位、遠(yuǎn)程傳輸各種數(shù)據(jù)信息、以及遠(yuǎn)程鎖車等功能。假設(shè)在我國國土上正在施工的挖掘機上大量安