全球定位系統(tǒng)(GPS)

全球定位系統(tǒng)(GPS)是本世紀70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、 全天候和全球性的導航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。????

全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：(1)地面控制部分，由主控站(負責管理、協(xié)調(diào)整個地面控制系統(tǒng)的 工作)、地面天線(在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文)、監(jiān)測站(數(shù)據(jù)自動收集中心)和通訊輔助系統(tǒng)(數(shù)據(jù)傳輸)組成；(2)空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個道平面上；(3)用戶裝置部分，主要由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成。????

全球定位系統(tǒng)的主要特點：(1)全天候；(2) 全球覆蓋；(3)三維定速定時高精度；(4)快速省時高效率：(5)應(yīng)用廣泛多功能。????

全球定位系統(tǒng)的主要用途：(1)陸地應(yīng)用，主要包括車輛導航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等；(2)海洋應(yīng)用，包括遠洋船最佳航程航線測定、船只實時調(diào)度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；(3)航空航天應(yīng)用，包括飛機導航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導彈制導、航空救援和載人航天器防護探測等。

GPS衛(wèi)星接收機種類：根據(jù)型號分為測地型、全站型、定時型、手持型、集成型；根據(jù)用途分為車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式。????

??? 經(jīng)過20余年的實踐證明，GPS系統(tǒng)是一個高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統(tǒng)。 GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機型的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。????

GPS原理：

24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。

??? 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置(X,Y,Z)。考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。

??? 事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。????

??? 由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。????

GPS前景????

由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，美國政府宣布2000年至2006期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到20米，這將進一步推動GPS技術(shù)的應(yīng)用，提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學水平以及人們的生活質(zhì)量，刺激GPS市場的增長。據(jù)有關(guān)專家預測，在美國，單單是汽車GPS導航系統(tǒng)，2000年后的市場將達到30億美元，而在我國，汽車導航的市場也將達到50億元人民幣。可見，GPS技術(shù)市場的應(yīng)用前景非常可觀。

GPS入門術(shù)語大全

GPS在戶外運動中有廣泛的應(yīng)用， GPS不象電視或收音機，打開就能用，它更象一架相機，你需要有一定的知識。首先大家要弄清使用GPS時常碰到的一些術(shù)語：

1.坐標(coordinate)

　　有2維、3維兩種坐標表示，當GPS能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號時，它能計算出本地的3微坐標：經(jīng)度、緯度、高度，若只能收到3顆衛(wèi)星的信號，它只能計算出2維坐標：精度和緯度，這時它可能還會顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無效的。大部分GPS不僅能以經(jīng)/緯度(Lat/Long)的方式，顯示坐標，而且還可以用UTM(Universal Transverse Mercator)等坐標系統(tǒng)顯示坐標但我們一般還是使用LAT/LONG系統(tǒng)，這主要是由你所使用的地圖的坐標系統(tǒng)決定的。坐標的精度在Selective Availability(美國防部為減小GPS精確度而實施的一種措施)打開時，GPS的水平精度在100-50米之間，視接受到衛(wèi)星信號的多少和強弱而定，若根據(jù)GPS的指示，說你已經(jīng)到達，那么四周看看，應(yīng)該在大約一個足球場大小的面積內(nèi)發(fā)現(xiàn)你的目標的。

　　在SA關(guān)閉時，精度能達到15米左右。高度的精確性由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原因，更差些。經(jīng)緯度的顯示方式一般都可以根據(jù)自己的愛好選擇，一般有"hddd.ddddd","hddd*mm.mmm""，"hddd*mm"ss.s"""(其中的“*”代表“度”，以下同)地球子午線長是39940.67公里，緯度改變一度合110.94公里，一分合1.849公里，一秒合30.8米，赤道圈是40075.36公里，北京地區(qū)緯在北緯40度左右，緯度圈長為40075*sin(90-40),此地經(jīng)度一度合276公里，一分合1.42公里一秒合23.69米，你可以選定某個顯示方式，并把各位數(shù)字改變一對應(yīng)地面移動多少米記住，這樣能在經(jīng)緯度和實際里程間建立個大概的對應(yīng)。大部分GPS都有計算兩點距離的功能，可給出兩個坐標間的精確距離。高度的顯示會有英制和公制兩種方式，進GPS的SETUP頁面，設(shè)置成公制，這樣在其他象速度、距離等的顯示也都會成公制的了。

2.路標(Landmark or Waypoint)

GPS內(nèi)存中保存的一個點的坐標值。在有GPS信號時，按一下"MARK"鍵，就會把當前點記成一個路標，它有個默認的一般是象"LMK04"之類的名字，你可以修改成一個易認的名字(字母用上下箭頭輸入)，還可以給它選定一個圖標。路標是GPS數(shù)據(jù)核心，它是構(gòu)成“路線”(見3)的基礎(chǔ)。標記路標是GPS主要功能之一，但是你也可以從地圖上讀出一個地點的坐標，手工或通過計算機接口輸入GPS，成為一個路標。一個路標可以將來用于GOTO功能(見5)的目標，也可以選進一條路線Route，見3.)作為一個支點。一般GPS能記錄500個或以上的路標。

3.路線(ROUTE)

路線是GPS內(nèi)存中存儲的一組數(shù)據(jù)，包括一個起點和一個終點的坐標，還可以包括若干中間點的坐標，每兩個坐標點之間的線段叫一條"腿"(leg)。常見GPS能存儲20條線路，每條線路30條"腿"。各坐標點可以從現(xiàn)有路標中選擇，或是手工/計算機輸入數(shù)值，輸入的路點同時做為一個路標(Waypoint/Landmark)保存。實際上一條路線的所有點都是對某個路標的引用，比如你在路標菜單下改變一個路標的名字或坐標，如果某條路線使用了它，你會發(fā)現(xiàn)這條線路也發(fā)生了同樣的變化。可以有一條路線是"活躍"(Activity)的。“活躍”路線的路點是導向(見5)功能的目標。

4.前進方向(Heading)

GPS沒有指北針的功能，靜止不動時它是不知道方向的。但是一旦動了起來，它就能知道自己的運動方向。GPS每隔一秒更新一次當前地點信息，每一點的坐標和上一點的坐標一比較，就可以知道前進的方向，請注意這并不是GPS頭指的方向，它老人家是不知道自己的腦袋和運動路線是成多少度角的。不同GPS關(guān)于前進方向的算法是不同的，基本上是最近若干秒的前進方向，所以除非你已經(jīng)走了一段并仍然在走直線，否則前進方向是不準確的，尤其是在拐彎的時候你會看到數(shù)值在變個不停。方向的是以多少度顯示的，這個度數(shù)是手表表盤朝上，12點指向北方，順時針轉(zhuǎn)的角度。有很多GPS還可以用指向羅盤和標尺的方式來顯示這個角度。一般同時還顯示前進平均速度，也是根據(jù)最近一段的位移和時間計算的。

5.導向(Bearing)

導向功能在以下條件下起作用：

　　1.)以設(shè)定"走向"(GOTO)目標。"走向"目標的設(shè)定可以按"GOTO"鍵，然后從列表中選擇一個路標。以后"導向"功能將導向此路標。

　　2.)目前有活躍路線(Activity route)。活躍路線一般在設(shè)置->路線菜單下設(shè)定。如果目前有活動路線，那么"導向"的點是路線中第一個路點，每到達一個路點后，自動指到下一個路點。

　　在"導向"頁面上部都會標有當前導向路點名稱("ROUTE"里的點也是有名稱的)。它是根據(jù)當前位置，計算出導向目標對你的方向角，以與"前進方向"相同的角度值顯示。同時顯示離目標的距離等信息。讀出導向方向，按此方向前進即可走到目的地。有些GPS把前進方向和導向功能結(jié)合起來，只要用GPS的頭指向前進方向，就會有一個指針箭頭指向前進方向和目標方向的偏角，跟著這個箭頭就能找到目標。

6.日出日落時間(Sun set/raise time)

大多數(shù)GPS能夠顯示當?shù)氐娜粘觥⑷章鋾r間，這在計劃出發(fā)/宿營時間時是有用的。這個時間是GPS根據(jù)當?shù)亟?jīng)度和日期計算得到的，是指平原地區(qū)的日出、日落時間，在山區(qū)因為有山脊遮擋，日照時間根據(jù)情況要早晚各少半個小時以上。GPS的時間是從衛(wèi)星信號得到的格林尼制時間，在設(shè)置(setup)菜單里可以設(shè)置本地的時間偏移，對中國來說，應(yīng)設(shè)+8小時，此值只與時間的顯示有關(guān)。

7.足跡線(Plot trail)

　 GPS每秒更新一次坐標信息，所以可以記載自己的運動軌跡。一般GPS能記錄1024個以上足跡點，在一個專用頁面上，以可調(diào)比例尺顯示移動軌跡。足跡點的采樣有自動和定時兩種方式自動采樣由GPS自動決定足跡點的采樣方式，一般是只記錄方向轉(zhuǎn)折點，長距離直線行走時不記點；定時采樣可以規(guī)定采樣時間間隔，比如30秒、一分鐘、5分鐘或其他時間，每隔這么長時間記一個足跡點。在足跡線頁面上可以清楚地看到自己足跡的水平投影。你可以開始記錄、停止記錄、設(shè)置方式或清空足跡線。“足跡”線上的點都沒有名字，不能單獨引用，查看其坐標，主要用來畫路線圖(計算機下載路線?)和“回溯”功能。很多GPS有一種叫做“回溯”(Trace back)的功能，使用此功能時，它會把足跡線轉(zhuǎn)化為一條“路線”(ROUTE)，路點的選擇是由GPS內(nèi)部程序完成的一般是選用足跡線上大的轉(zhuǎn)折點。

　　同時，把此路線激活為活動路線，用戶即可按導向功能原路返回。要注意的是回溯功能一般會把回溯路線放進某一默認路線(比如route0)中，看你GPS的說明書，使用前要先檢查此線路是否已有數(shù)據(jù)，若有，要先用拷貝功能復制到另一條空線路中去，以免覆蓋。回溯路線上的各路點用系統(tǒng)默認的臨時名字如"T001"之類，有的GPS定第二條回溯路線時會重用這些名字，這時即使你已經(jīng)把舊的路線做了拷貝，由于路點引用的名字被重用了，所以路線也會改變，不是原來那條回溯路線了。請查看你GPS的使用說明書，并試用以明確你的情況。有必要的話，對于需要長期保存的TraceBack路線，要拷貝到空閑路線，并重命名所有路點名字。