gps導(dǎo)航定位系統(tǒng)綜述

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1、20083211李英男GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)綜述一、概況GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱，而其中文簡(jiǎn)稱為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。該系統(tǒng)對(duì)于在地形表面的任何物體，只要上空沒(méi)有足夠

2、厚的云遮擋或屏蔽，通過(guò)三顆以上衛(wèi)星，就能準(zhǔn)確地定位、跟蹤，目前已形成了全球、全天候的導(dǎo)航能力，如今，昔日那高不可攀的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)終于揭開神秘的面紗，從軍用走向民用，并率先在汽車上得到廣泛的應(yīng)用。二、應(yīng)用規(guī)模和水平GPS是現(xiàn)代高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)軍民兩用的一個(gè)成功范例。GPS已逐步演變?yōu)橐环N世界性的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在GPS應(yīng)用領(lǐng)域中，車輛應(yīng)用所占的比重在各項(xiàng)應(yīng)用中數(shù)它最大，約占總數(shù)的50％左右。GPS車輛應(yīng)用系統(tǒng)一般分為兩大業(yè)：車輛跟蹤系統(tǒng)和車輛導(dǎo)航系統(tǒng)。我國(guó)GPS車輛跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用走過(guò)了極其起伏而緩慢的發(fā)展道路。經(jīng)歷了幾

3、起幾落的艱難歷程。1994-95年間是第一波，當(dāng)時(shí)有成十上百家公司都來(lái)?yè)屨糋PS車輛跟蹤系統(tǒng)市場(chǎng)，其中也不乏有幾家具備經(jīng)濟(jì)實(shí)力的公司，但真正成功者不多。不少公司只好退出這個(gè)行業(yè)。是GPS車輛跟蹤系統(tǒng)市場(chǎng)的整頓、鞏固、充實(shí)、提高時(shí)期，1998年-2000年GPS車輛跟蹤系統(tǒng)市場(chǎng)出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，此時(shí)的市場(chǎng)逐步趨于成熟，我國(guó)的GPS車輛跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)有了較大的提高與發(fā)展，作為系統(tǒng)的卡脖子問(wèn)題的通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)采用GSM公眾網(wǎng)的短信息服務(wù)找到了新的出路，這對(duì)上檔次上規(guī)模無(wú)疑是大有益處的，對(duì)GPS車輛跟蹤系統(tǒng)市場(chǎng)造成一定

4、的負(fù)面影響。在此同時(shí)，原先的常規(guī)網(wǎng)和集群網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年的歷煉，系統(tǒng)與車臺(tái)產(chǎn)品日趨成熟，達(dá)到上千輛，甚至數(shù)千輛的規(guī)模，至2000年底全國(guó)累計(jì)有近300個(gè)左右車輛跟蹤網(wǎng)絡(luò)，入網(wǎng)車輛為5-6萬(wàn)輛。如果把它從特種車輛應(yīng)用擴(kuò)展到私家車輛和公眾車輛應(yīng)用，特別是長(zhǎng)途運(yùn)輸車輛的應(yīng)Page1of620083211李英男用，則在未來(lái)的幾年之內(nèi)每年能達(dá)到10萬(wàn)輛車以上的裝車量每年的相關(guān)產(chǎn)值有可能達(dá)到7-10個(gè)億。衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品確實(shí)可以形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)，其中車輛應(yīng)用產(chǎn)品所占的份額接近50％，據(jù)相應(yīng)的預(yù)測(cè)表明，2006年OEM接收板的產(chǎn)量達(dá)到1

5、50萬(wàn)片，其中極大部分用于車輛應(yīng)用系統(tǒng)。中國(guó)是個(gè)GPS應(yīng)用大國(guó)，所有的GPS芯片和OEM接收板幾乎都是靠進(jìn)口，在GPS車輛跟蹤系統(tǒng)上，我國(guó)在應(yīng)用面和規(guī)模上在國(guó)際上居于有特色的先行者地位，但是從系統(tǒng)的技術(shù)水平和產(chǎn)品的質(zhì)量和成熟程度來(lái)說(shuō)，我們還處在往上發(fā)展時(shí)期。三、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過(guò)記錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到

6、用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR）：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡(jiǎn)稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m；P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘

7、改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來(lái)，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5個(gè)子幀每幀長(zhǎng)6s。前三幀各10個(gè)字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知?？梢奊PS

8、導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來(lái)。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。Page2of620083211李英男GPS接收機(jī)可接收到可用于授時(shí)的準(zhǔn)確至納秒