所有人都在说GPS,到底什么是GPS
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发布时间：2022-04-24 12:33
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时间：2022-04-03 03:56
一、简介：
全球卫星定位系统(Globle Positioning System) 是一种结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距。全球卫星定位系统(简称GPS) 是美国从上世纪70 年代开始研制,历时20 余年,耗资200 亿美元,于1994 年全面建成。具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过近十年我国测绘等部门的使用表明,全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科,取得了好的经济效益和社会效益。
现有的卫星导航定位系统有美国的全球卫星定位系统(GPS) 和俄罗斯的全球卫星定位系统( Globle Naviga2tion Satellite System) ,简称GLONASS，以及中国北斗星，欧洲伽利略。
A、美国的GPS系统
GPS全球卫星定位系统由三部分组成:空间部分—GPS星座;地面控制部分—地面监控系统; 用户设备部分—GPS 信号接收机。
1.空间部分
GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km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4 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,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码, 一组称为C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一组称为P 码(Procise Code 10123MHz) ,P 码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美*方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美*方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。
2.地面控制部分
地面控制部分由一个主控站,5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。
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,即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。
B、俄罗斯GLONASS系统
俄罗斯GLONASS系统系统也由卫星星座、地面支持系统和用户设备三部分组成。
1.GLONASS星座
GLONASS星座由24颗工作星和3颗备份星组成， 所以GLONASS星座共由24颗卫星组成。24颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度， 轨道高度1.91万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8度
2 地面支持系统
地面支持系统由系统控制中心、*同步器、遥测遥控站（含激光跟踪站）和外场导航控制设备组成。地面支持系统的功能由前苏联境内的许多场地来完成。随着苏联的解体，GLONASS系统由俄罗斯航天局管理， 地面支持段已经减少到只有俄罗斯境内的场地了， 系统控制中心和*同步处理器位于莫斯科， 遥测遥控站位于圣彼得堡、捷尔诺波尔、埃尼谢斯克和共青城。
3 用户设备
GLONASS用户设备(即接收机)能接收卫星发射的导航信号，并测量其伪距和伪距变化率，同时从卫星信号中提取并处理导航电文。接收机处理器对上述数据进行处理并计算出用户所在的位置、速度和时间信息。GLONASS系统提供军用和民用两种服务。GLONASS系统绝对定位精度水平方向为16米，垂直方向为25米。目前，GLONASS系统的主要用途是导航定位，当然与GPS系统一样，也可以广泛应用于各种等级和种类的定位、导航和时频领域等。
C、中国北斗星
北斗星导航定位系统(简称北斗系统)由空间星座、地面控制中心系统和用户终端三部分构成。
1、空间星座
建设中的中国北斗导航系统(COMPASS)空间段计划由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。距离地面36000km,分别位于东经80和140的赤道上空，执行地面控制中心与用户终端的双向无线电信号的中继任务。另外还有一颗备份卫星定位于东经115.5的赤道上空。卫星重980kg,寿命不少于8年，
2、地面控制中心系统
北斗系统地面控制中心包括主控、测轨站、测高站、校正站和计算中心，主要用来测量和收集校正导航定位参数，完成测轨和调整卫星的运行轨道，姿态，编制星历，形成用户定位修正数据和对用户进行定位，即负责无线电信号的发送接收及对整个工作系统的监控管理。
3、用户设备
根据北斗用户机和应用环境和功能的不同，通常北斗用户机有五种类型：
普通型。该型用户机只能进行定位和点对点的通信，适合于一般车辆、船舶及便携等用户的定位导航应用，可接收和发送定位及通信信息，与中心站及其它用户终端双向通信。
通信型。适合于野外作业，水文测量、环境检测等各类数据采集和数据传输用户，可接收和发送短信息、报文，与中心站和其它用户终端进行双向或单向通信。
授时型。适合于授时、校时、时间同步等用户，可提供数十纳秒级的时间同步精度。
指挥型。指挥型用户机是供拥有一定数量用户的上级集团管理部门所使用，除具有普通用户机所有功能外，还能够播发通播信息和接收中心控制系统发给所属用户的定位通信信息。指挥型用户机又可分为一、二、*。其中一级指挥型用户机，所辖用户为普通型用户机；二级指挥用户机，所辖用户为一级指挥机用户；*指挥型用户机，所辖用户为二级指挥机用户。
多模型用户机。此种用户机既能接收北斗卫星定位和通信信息，又可利用GPS系统或GPS增强系统导航定位，适合于对位置信息要求比较高的用户。
D、欧洲伽利略
1、星座系统
“伽利略”计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案。“伽利略”卫星导航
定位系统的建立将于2007年底之前完成，2008年投入使用，总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。卫星高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。
2、地面控制系统
包括全球地面控制段、全球地面任务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施、地面管理机构
3、用户系统
用户端主要就是用户接收机及其等同产品，伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统，因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。
