GPS定位系统

同组成员：王啓团、林志铭、施一帆、康超凡GPS定位系统Page2GPS的定义和介绍GPS的发展历程GPS的应用前景GPS的工作原理Page3GPS的定义和介绍全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。全球定位系统由三部分构成：(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；(2)空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；(3)用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。Page4GPS定位系统组成部分图示Page5全球定位系统的主要特点：(1)全天候；(2)全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率；(5)应用广泛多功能。全球定位系统的主要用途：(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。Page6GPS的发展历程首先，我们来了解一下GPS系统的前身：子午卫星导航系（NNSS）,该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于64年建成的“海军导航卫星系统”,这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。子午卫星导航系统的组成:（1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独立轨道的极轨卫星组成；（2）地面系统：地面设有4个卫星跟踪站、1个计算中心、1个控制中心、2个注入站、1个天文台（海军天文台）。Page7子午卫星导航系统的不足之处：（1）一次定位所需时间过长，无法满足高速用户的需要；（2）卫星出现时间间隔过长，无法满足连续导航的需要；（3）子午卫星导航系统的定位精度偏低，并且无法给出高度信息，系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷Page8由于上述种种原因，诞生了GPS计划，该计划的实施共分三个阶段：（1）第一阶段为方案论证和初步设计阶段：从1978年到1979年，由位于加利福尼亚的范登堡空军基地采用双子座火箭发射4颗试验卫星，卫星运行轨道长半轴为26560km，倾角64度。轨道高度20000km。这一阶段主要研制了地面接收机及建立地面跟踪网，结果令人满意；（2）第二阶段为全面研制和试验阶段：从1979年到1984年，又陆续发射了7颗称为BLOCKI的试验卫星，研制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准，利用粗码定位，其精度就可达14米；（3）第三阶段为实用组网阶段：1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，这一阶段的卫星称为BLOCKII和BLOCKIIA，此阶段宣告GPS系统进入工程建设状态；1989年2月到1990年10月第二代(BlockII)第一批9颗发射完成；1990年11月开始发射第二代第二批卫星（BlockIIA）；1993年底系统卫星全部发射完成；1997年第二代第二批卫星发射完毕；1997年开始发射第三代卫星（BlockIIR，BlockIII）。Page9GPS的工作原理24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。Page10事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。Page11GPS的应用前景1、汽车卫星导航系统简介：其内置的GPS天线会接收到来自环绕地球的24颗GPS卫星中的至少3颗所传递的数据信息，结合储存在车载导航仪内的电子地图，通过GPS卫星信号确定的位置坐标与此相匹配，进行确定汽车在电子地图中的准确位置，这就是平常所说的定位功能。Page12主要功能一、全球卫星定位智能防盗报警功能当车辆停车警戒后，再打开车门，一分钟未输入正确用户密码或汽车被非法移动（用拖车拖走50米），防盗系统自动向监控中心和车主设置的多个报警电话语音报警；监控指挥中心接收到报警车辆信息的同时，报警车辆的准确位置、速度、行驶方向会自动在电子地图上显示出来。二、紧急援助功能当车辆被劫持或车主被抢时，车主在抢劫毫无察觉的情况下，轻触紧急报警按钮，无声无息报警。监控指挥中心接警后，被抢劫车辆的位置、速度和运行方向等状态会自动在电子地图上直观显示出来。监控指挥中心配合警方对车辆进行实时监控、启动监听装置监听车内动静、锁定车辆位置、反控熄火、发出声光报警、保护车主安全。三、车载电话功能本系统融合了GSM技术，具备数字移动电话所有的拨打和接听本地网电话、国际、国内长途电话与漫游服务等基本功能和新业务。在GPS报警定位的同时，GSM数字电话仍可进行正常通话。Page13四、调度管理功能监控指挥中心可以主动了解机动车的地理位置及其具体信息，因此调度人员可根据机动车驾驶员的要求进行引路功能，指导机动车选择最佳路径行驶。五、电话启动功能严寒的冬天或酷热的夏日，驾车者可提前通过座机或手机启动发动机，打开车内空调，使车主上车后有一个舒适的驾车环境。六、智能语音以对话功能系统所有操作都有语音提示，使用方便，在卫星定位的情况下，还能用语音准确报出北京时间。七、网络查询功能安装本系统的车主可以通过电脑在Internet上进行网络查询，车主即使远隔重洋，只要登录“中国智能交通通信网络”输入用户名和密码，即可查询车辆的实时位置和状态，并可通过计算机对车辆进行控制。八、热线服务功能车主通过遥控器上的“热线”与车辆注册地的监控指挥中心联系，可享受到很多增值服务，如紧急候车、加油、导航、票务、酒店订座、订房等服务。Page142、物流运输GPS在物流运输行业中的作用：（1）优化企业资源配置；（2）提高企业市场竞争力；（3）降低企业成本、提高其服务水平；（4）为现代物流管理提供了强大而有效的工具等等。它能预设运输路线，对在途信息数据打包发回监控中心，客户坐在家中就能对自己的货物实时监控，在电子地图上如若发现偏移预设线路可紧急报警。它具有很强的防盗反劫功能。当遭遇劫匪时，司机只需按下报警开关，中心将会及时进入处警状态；同时司机还可以通过手机对车辆进行断油断电处理，迫使劫犯放弃抢劫计划，保证了人身及财产的安全Page153、北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统﹝BeiDouNavigationSatelliteSystem,缩写为BDS﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，缩写为BDS，与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。Page16四大功能：（1）短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息，可以达到一次传送达120个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。（2）精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。（3）定位精度：水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20米（类似差分状态）。工作频率：2491.75MHz。（4）系统容纳的最大用户数：540000户/小时。Page17北斗卫星导航系统图示18谢谢观赏