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GPS导航详细介绍及GPS在山野中应用

时间:2017-10-09 09:26来源:北箭官网客服 作者:admin 点击:
GPS(Global Positioning System)是全球定位系统的简称,原本是美国国防部为其星球大战计划投资100多亿美元建立的,其作用是为美军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。在海湾战争中,涌现了大量高科技装备,GPS全球卫星定位系统则是使用最为广泛的一种
GPS(Global Positioning System)是“全球定位系统”的简称,原本是美国国防部为其星球大战计划投资100多亿美元建立的,其作用是为美军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。在海湾战争中,涌现了大量高科技装备,GPS全球卫星定位系统则是使用最为广泛的一种。

  GPS全球定位系统是一项工程浩繁、耗资巨大的工程,被称为继阿波罗飞船登月、航天飞机之后的第三大空间工程。海湾战争期间,GPS系统尚未完全建成,但初步使用已显神威。随着1993年GPS太空卫星网的完全建成,其应用领域不断扩大。美国1994年宣布在10年内向全世界免费提供GPS全球定位系统的使用权,使世界各国争相利用这一系统。1996年2月29日,美国政府正式宣布将GPS开放为军民两用系统,但仍实行SA(可用性选择)政策,故意劣化定位精度,使民用用户的应用受到限制。直到2000年5月1日,美国总统宣布将SA置为零,这无疑在很大程度上促进了民用GPS应用的发展和普及。

 

  GPS业界流行这样一句话,“GPS的应用只受到人们想象力的限制”。目前GPS的民用领域已经包括了陆地运输、海洋运输、民用航空、通信、测绘、建筑、采矿、农业、电力系统、医疗应用、科研、家电、娱乐等等。如今,GPS的定位精度范围已从10m级达到mm级。

  GPS是美国国防部发射的24颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统。GPS之所以能够定位导航,是因为每台GPS接收机无论在任何时刻,在地球上任何位置都可以同时接收到最少4颗GPS卫星发送的空间轨道信息。接收机通过对接收到的每颗卫星的定位信息的解算,便可确定该接收机的位置,从而提供高精度的三维(经度、纬度、高度)定位导航及授时信息。

  从整体上说,GPS主要由三大部分组成:空间部分、控制部分、用户部分。空间部分由卫星星座构成,控制部分由地面卫星控制中心进行管理;用户部分则由军用和民用研发厂商开发、销售、服务。空间部分和控制部分目前均由美国国防部掌握。

  据美国商务部统计,2000年全球 GPS用户机的年销售额为80 - 90亿美元。到2003年,GPS民用产品将超过160亿美元。可以毫不夸张地说,到达2010年以后,GPS的应用产品将逐渐成为人们日常生活中不可缺少的一部分,也是各类产品研发的基础平台。

  无论从军事竞争的需要还是民用的需求分析,GPS皆已引起世界各国决策领导层的关心,他们都意识到,谁能拥有覆盖全球的GPS星际卫星网和GPS控制网络,谁就大大增强了国家基础实力和拥有了巨大的商业市场。前苏联早在1982年就开始建立自己的全球卫星定位系统(GLONASS),后来俄罗斯继续执行这一系统工程计划,尽管前几年经济不太景气,也仍发射了9颗属于GLONASS 系统的全球导航卫星。而欧洲也加快步伐筹建自己的全球导航卫星系统----Galileo系统。

  GPS的发展:
  在卫星定位系统出现之前,远程导航与定位主要用无线导航系统。

  1、无线电导航系统
  ● 罗兰--C:工作在100KHZ,由三个地面导航台组成,导航工作区域2000KM,一般精度200-300M。
  ● Omega(奥米茄):工作在十几千赫。由八个地面导航台组成,可覆盖全球。精度几英里。
  ● 多卜勒系统:利用多卜勒频移原理,通过测量其频移得到运动物参数(地速和偏流角),推算出飞行器位置,属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。
缺点:覆盖的工作区域小;电波传播受大气影响;定位精度不高

  2、卫星定位系统
  最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统(Transit),1958年研制,64年正式投入使用。由于该系统卫星数目较小(5-6颗),运行高度较低(平均1000KM),从地面站观测到卫星的时间隔较长(平均1.5h),因而它无法提供连续的实时三维导航,而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定了GPS计划。

  3、GPS发展历程
  GPS实施计划共分三个阶段:
  第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年,共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
  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颗试验卫星,研制了各种用途接收机。实验表明,GPS定位  精度远远超过设计标准。
  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,表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成,今后将根据计划更换失效的卫星。

  GPS定位原理:

  1、GPS系统的组成
  GPS由三个独立的部分组成:
  ● 空间部分:21颗工作卫星,3颗备用卫星。
  ● 地面支撑系统:1个主控站,3个注入站,5个监测站。
  ● 用户设备部分:接收GPS卫星发射信号,以获得必要的导航和定位信息,经数据处理,完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

  2、GPS的原理
GPS的基本定位原理是:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息,用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置,三维方向以及运动速度和时间信息。

  目前GPS系统提供的定位精度是优于10米,而为得到更高的定位精度,我们通常采用差分GPS技术:将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数,并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时,也接收到基准站发出的改正数,并对其定位结果进行改正,从而提高定位精度。
差分GPS分为两大类:伪距差分和载波相位差分。

  DGPS原理:
  1. 伪距差分原理
  这是应用最广的一种差分。在基准站上,观测所有卫星,根据基准站已知坐标和各卫星的坐标,求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较,得出伪距改正数,将其传输至用户接收机,提高定位精度。
这种差分,能得到米级定位精度,如沿海广泛使用的“信标差分”

  2.载波相位差分原理
  载波相位差分技术又称RTK(Real Time Kinematic)技术,是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机,进行求差解算坐标。
载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。

 

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