什么是GPS？

也就是全球定位系统。简单来说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这种系统可以保证在地球上的任意一点上随时可以观测到四颗卫星，从而保证卫星可以采集到观测点的经纬度和高度，从而实现导航、定位和授时的功能。这项技术可以用来引导飞机、船只、车辆和个人沿着选定的路线安全、准确地到达目的地。

全球定位系统(GPS)是20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。其主要用途是为陆、海、空提供实时、全天候和全球导航服务，并用于情报收集、核爆炸监测和应急通信等一些军事用途。它是美国全球主导战略的重要组成部分。经过20多年的研究和实验，耗资300亿美元。到1994年3月，已经布设了24个全球覆盖率98%的GPS卫星星座。

GPS全球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信号接收器。

GPS的前身

GPS系统的前身是美军研制的子午线卫星定位系统(Transit)，1958年研制，64年投入使用。该系统采用5至6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕地球13次，不能给出高度信息，定位精度不尽如人意。然而，子午系统使R&D部获得了卫星定位的初步经验，并验证了卫星系统定位的可行性，为GPS系统的发展奠定了基础。由于卫星定位在导航方面显示出巨大的优势，而子午系统在潜艇和舰船导航方面有很大的缺陷。美国陆军、海军、空军和民用部门都迫切需要一种新的卫星导航系统。因此，美国海军研究实验室(NRL)提出了一个名为Tinmation的全球定位网络计划，由12到18颗卫星组成，高度为10000km。1967年、1969年和1974年分别发射了一颗实验卫星，在这些卫星上初步测试了原子钟授时系统，这是GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-b的方案，每个星座由4到5颗卫星组成。这些卫星除1外，全部采用周期为24小时的倾斜轨道。这种方案基于伪随机码(PRN)传播卫星测距信号，其强大的功能在信号密度低于1%的环境噪声时也能被检测到。伪随机码的成功应用是GPS系统成功的重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态二维定位，而空军的计划可以提供高动态服务，但系统过于复杂。因为同时开发两个系统会造成巨大的开支，而这里的两个计划都是为了提供全球定位，所以在1973年，美国国防部将两个系统合并为一个，由国防部领导的卫星导航定位联合规划局(JPO)负责，办公室设在洛杉矶的空军航天办公室。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。

1。空间部分

GPS的空间部分由24颗工作卫星组成，位于地面以上20±200km，均匀分布在6个轨道平面上(每个轨道平面4颗)，轨道倾角为55°。此外，在轨还有四颗现役备份卫星。卫星的分布使得随时观测全球任何地方的四颗以上卫星成为可能，并保持良好定位精度的几何图像。这提供了在时间上连续的全局导航能力。GPS卫星产生两套码，其中一套叫C/ A码(Coase/Acquisition Code 11023 MHz)；一组称为P码(PROCISE码10123 MHz)。由于其频率高，不易被干扰，定位精度高，所以受美军控制，有密码，一般人无法解读，主要为美军服务。C/ A码主要由人们在采取措施故意降低其准确性后使用。

2。地面控制部分

地面控制部分由一个主控站、五个全球监测站和三个地面控制站组成。监测站配备了精确的铯原子钟和接收器，可以连续测量所有可见的卫星。监测站获得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后传输到主控站。主控站收集各个监测站的跟踪数据，计算卫星的轨道和时钟参数，然后将结果发送到三个地面控制站。地面控制站将这些导航数据和主控制站的命令注入每颗运行在头顶上的卫星。这种注入是每颗GPS卫星每天一次，最后一次注入是在卫星离开注入站范围之前进行的。如果某个地面站出现故障，卫星预存的导航信息还能使用一段时间，但导航精度会逐渐下降。

3。用户设备部分

用户设备部分是GPS信号接收器。其主要功能是捕获按照一定的卫星截止角选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行情况。当接收机捕获到被跟踪的卫星信号时，可以测量接收天线到卫星的伪距和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理器可以根据位置计算方法计算出位置，计算出用户地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件、内部软件和GPS数据后处理软件包构成了一个完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为两部分:天线单元和接收单元。接收机一般采用内置和外置两种DC电源。设置内部电源的目的不是为了在更换外部电源时中断连续观察。使用非车载电源时，电池会自动充电。关机后，机器中的电池向RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前，各种类型的接收器越来越小，越来越轻，便于现场观察。

GPS的主要特点是:(1)全天候；(2)全球覆盖；(3)三维定速计时精度高；(4)快速、省时、高效；(5)用途广泛，功能多样。

GPS的主要用途:(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急响应、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，包括远洋船舶最佳航行路线的确定、船舶实时调度与导航、海上救援、海洋宝藏勘探、水文地质调查、海上平台定位、海平面波动监测等。(3)航天应用，包括飞行器导航、遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人飞船防护探测。

GPS卫星接收机有很多种，按型号分为测地型、全站型、授时型、手持式和集成型。按用途分为车载、船载、机载、卫星载、导弹载。

经过20多年的实践证明，GPS系统是一种高精度、全天候、全球多功能的无线电导航、定位和授时系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多模式的国际高技术产业。

全球定位系统

GPS导航系统的基本原理是测量已知位置的卫星与用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可以知道接收机的具体位置。为了达到这个目的，可以根据星上时钟记录的时间，在卫星星历中查出卫星的位置。用户与卫星的距离是通过记录卫星信号传播到用户处的时间，然后乘以光速得到的(由于大气中电离层的干扰，这个距离不是用户与卫星的真实距离，而是伪距(PR):当GPS卫星正常工作时，它会不断地发送由1和0的二进制符号组成的伪随机码(简称伪随机码)的导航电文。GPS系统中使用的伪码* * *有两种，分别是民用C/A码和军用P(Y)码。C/A码的频率为1.023MHz，重复周期为一毫秒，码间距为1微秒，相当于300m；P码频率为10.23MHz，重复周期为266.4天，码距为0.1微秒，相当于30m。y码是在P码的基础上形成的，具有更好的安全性能。导航电文包括卫星星历、工作条件、时钟修正、电离层延迟修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调出来的，并以50b/s调制在载波频率上发送。导航消息的每个主帧包含五个子帧，每个子帧长6s。前三帧10字；每30秒重复一次，每小时更新一次。最后两帧***15000b。导航电文的内容主要包括遥测码、转换码、数据块1、2、3，其中最重要的是星历数据。当用户收到导航电文时，通过提取卫星时间并与自己的时钟进行比较，就可以知道卫星与用户之间的距离，然后利用导航电文中的卫星星历数据，就可以计算出发送电文时卫星的位置，就可以知道用户在WGS-84大地坐标系中的位置和速度。

可以看出，GPS导航系统的卫星部分的作用是不断地传输导航电文。但是由于用户接收机使用的时钟和卫星时钟不可能总是同步的，所以除了用户的三维坐标X、Y、Z之外，还要引入一个δ T，也就是卫星和接收机的时间差，作为一个未知数，然后用四个方程求解这四个未知数。所以如果你想知道接收器在哪里，你必须能够接收到至少四颗卫星的信号。

GPS应用范围

主要用于船舶、汽车、飞机等移动物体的定位导航。例如:

1.船舶远洋航行和港口分流

2.飞机航线引导和进场着陆

3.自动自主导航

4.地面车辆跟踪与城市智能交通管理

5.紧急救生

6.个人旅行和野外探险

7.个人通信终端(集成手机、PDA和电子地图)

1.电力、邮电、通信等网络的时间同步

2.准确时间的输入

3.精确频率的输入

1.各种等级的大地测量、控制测量

2.道路和各种线路放样

3.水下地形测量

4.地壳形变测量，大坝和大型建筑物的变形监测

5.地理信息系统应用

6.控制施工机械(轮胎起重机、推土机等)。)

7.精准农业

GPS在道路工程中的应用

目前，GPS在道路工程中的应用主要用于建立各种道路工程控制网，确定航测外部控制点。随着高等级公路的快速发展，对勘测技术提出了更高的要求。由于线路长，知识点少，用常规的测量方法不仅难以布网，而且难以满足高精度的要求。目前国内已逐步采用GPS技术建立一级高精度控制网，然后采用常规方法加密导线。实践证明，几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以达到的精度，同时大大提前了工期。GPS技术也应用于特大桥的控制测量。因为不需要通视，所以可以形成很强的网形，提高点位精度，对于检测常规测量的支点也很有效。GPS技术在隧道测量中也有广阔的应用前景。GPS测量不需要通视，减少了常规方法的中间环节。因此快速准确，具有明显的经济效益和社会效益。

GPS在汽车导航和交通管理中的应用

三维导航是GPS的首要功能。飞机、轮船、地面车辆和行人都可以使用GPS导航仪导航。汽车导航系统是在全球定位系统(GPS)基础上发展起来的新技术。车载导航系统由GPS导航、自主导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、光驱和液晶显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线通信网络和计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等多种功能。

(1)车辆跟踪

利用GPS和电子地图，可以实时显示车辆的实际位置，并可以随意放大、缩小、还原和改变。可以随目标移动，使目标始终停留在屏幕上；而且可以实现多窗口、多车辆、多屏幕的同时跟踪。该功能可用于跟踪和运输重要的车辆和货物。

(2)提供旅游路线规划和导航。

提供出行路径规划是汽车导航系统的重要辅助功能，包括自动路径规划和人工路径设计。自动路线规划是驾驶员确定起点和终点，计算机软件根据要求自动设计最佳行驶路线，包括计算最快路线、最简单路线和通过高速公路路段次数最少的路线。人工路线设计是驾驶员根据自己的目的地设计起点、终点和经过点，自动建立路线库。路线规划完成后，显示器可以在电子地图上显示设计路线，同时显示汽车的行驶路径和方法。

(3)信息查询

为用户提供主要地标的数据库，如旅游景点、酒店、医院等。，用户可以在电子地图上显示他们的位置。同时，监控中心可以使用监控控制台查询区域内任意目标的位置，车辆信息将以数字形式显示在控制中心的电子地图上。

(4)交通指挥

指挥中心可以监控区域内车辆的运行状态，合理调度被监控车辆。指挥中心还可以随时与被跟踪目标通话，实施管理。

(5)紧急援助

通过GPS定位和监控管理系统，可以向处于危险或事故中的车辆提供紧急援助。监控站电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优救助方案，并以报警声光提醒值班人员进行紧急处理。

全球定位系统的其他应用

除了导航、定位和测量之外，由于GPS系统的空间卫星上有精确的时钟，GPS还可以发布时间和频率信息。因此，基于空间卫星上的精确时钟，在地面监测站的监测下，传输精确的时间和频率是GPS的另一个重要应用，可以控制精确的时间或频率，为许多工程实验服务。此外，GPS还可用于获取一些实验和工程应用的气象数据。

全球定位系统(GPS)是今年发展起来的最前沿的高科技技术之一，其全球、全方位、全天候的导航、定位、授时、测速等优势必将越来越广泛地应用于诸多领域。在发达国家，GPS技术已经应用于交通运输和交通工程。目前，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用刚刚起步。随着我国经济的发展，高等级公路的快速建设和GPS技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用将会更加广泛和深入，发挥更大的作用。

GPS前景

GPS技术以其全天候、高精度、自动化测量的特点，作为一种先进的测量手段和新的生产力，已经融入到国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

随着冷战的结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布在保证美国国家安全的前提下，从2000年到2006年取消选择性可用，全球范围内GPS民用信号精度提高。使用C/A码的单点定位精度从100米提高到20米，这将进一步促进GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平和人民生活质量，激发GPS。据有关专家预测，在美国，仅车载GPS导航系统的市场在2000年后就将达到30亿美元，而在中国，车载导航的市场也将达到50亿元。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。

汽车全球定位系统

当GPS定位终端由硬件和软件组成，用于车辆定位时，称为车载GPS，但仅仅定位是不够的，还要将这些定位信息传输给报警中心或车载GPS持有者，称为第三方。因此，GPS定位系统还包括GSM网络通信(手机通信)，通过GSM网络通信将卫星定位信息以短信方式发送给第三方。短消息由微机解释，车辆位置显示在电子地图上。这样就实现了车载GPS定位。

同时在车内安装相应的检测传感器，还可以利用车载GPS定位的GSM网络通信功能，将防盗报警信息发送给第三方，或者将报警电话和短信直接发送到车主手机上，完成车载GPS防盗报警。可以看到，车辆GPS定位的GSM网络部分其实就是一部智能手机，可以和第三方通信，也可以向第三方发送车辆被劫、司机被劫、绑架等信息。

所以车辆GPS定位就是定位、防盗、防劫。

类似车载GPS终端，还有定位手机和个人定位器。因为GPS卫星定位需要第三方定位服务，所以要支付不同的月/年服务费。

目前所有的GPS定位终端都没有导航功能。因为需要增加硬件和软件，增加了成本。

我们在电视上看到的车载GPS广告和上面的车载GPS完全不一样。它是一种GPS导航产品。需要导航时，先定位，这是导航的起点。这和真正的GPS定位是不一样的。它不能将定位信息传递给第三方和持有者，因为导航仪缺少手机的功能。比如你把导航仪放在车里，你朋友借了车，导航仪不能给你发信息，那你就找不到车的位置。所以导航仪无法定位。

你说我买了导航手机是吧？想想吧。你把导航手机放在车里，现在车被偷了。那个手机会打电话给你或者第三方发短信吗？它需要人来操作。所以现在的导航终端都没有定位功能。

导航终端可以导航路线，让你在陌生的地方不迷路，画出到达目的地的路线，告诉你现在的位置，周边的设施等等。