GPS全球定位系统及其应用简介

成绩

通信新技术展望论文

题目： GPS全球定位系统及其

应用简介

学生姓名陈杭洲

学号**********

专业通信工程

年级2013级

教务处制

摘要

21世纪是信息化的时代，而作为信息化产业技术方向的一部分，GPS在数字地球概念中扮演着重要的角色。GPS全球定位系统是一套具有全天候、全球性、连续性以及实时性的全球范围内的无线电定位系统，GPS全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，在今天已经被应用军事、生产甚至是生活中的各个领域，本文将简单介绍GPS全球定位系统及其特点、功能与应用。

关键词：GPS全球定位系统特点功能应用

GPS全球定位系统简介

GPS全球定位系统是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中进行高精度导航和定位要求而建立的，起初就是作为美国海军的TIMA工郎计划和美国空军的621B项目的综合结果而研制的。这两个计划在六十年代中期就已确定要用测距的方式来发展一种被动导航系统。它是新一代卫星导航与定位系统，具有全球性、全天候、连续的三维导航和定位能力，以及良好的抗干扰性和保密性。它己成为美国导航技术现代化的重要标志。

GPS定位系统的构成

GPS 系统由空间卫星星座、地面控制系统和用户设备三部分组成。

(1)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。

(2)空间部分

GPS的空问部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20 200kin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度。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、任何时问都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时问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；一组称为P 码，P码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民问无法解读，主要为美国军方服务。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。

(3)用户装置部分

用户装置部分即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，就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、时问等信息。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。

GPS的功能与特点

GPS的主要功能有以下三点：

(1)精密定位:能进行静态、动态等不同方式的精密定位测量, 能准确提供速度、时间、方向、距离的信息。可广泛用于地球科学研究、大地测量、工程测试、勘探测绘、电子地图、各种用途的位置监控等；

(2)精确导航:用于飞机、船舶、星际导航, 卫星轨道定位, 武器精密制导, 车辆的调度、监控与导航, 等等；

(3)准确授时:面向全球需要提供标准时间的用户进行准确授时。

GPS 的问世标志着星基导航技术发展到了一个辉煌的时代。与其它导航系统相比, GPS 具有一些明显的特点和优势：

(1)全球性:由于GPS 卫星的分布合理, 全球覆盖率达98%, 在覆盖范围内的地球上任何地点均可连续同步地观测到至少4 颗卫星；

(2)全天候:利用GPS 进行观测测量可在一天24h内的任何时间进行, 不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等任何气候因素的影响；

(3)高精度: GPS 可提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息, 采用差分技术其定位精度为厘米级, 速度误差小于0.01m/s, 授时精度达到20ns；

(4)高效率:随着GPS 系统的不断完善和软件的不断更新, 一般静态定位仅需几分钟; 在流动站与基准站相距在15km 以内的差分定位中, 流动站观测

时间只需1～2min; 完成一次快速的动态定位或测速仅需数秒钟；

(5)应用广泛:可用于与定位、导航、授时有关的所有应用, 是继通信、互联网之后的第三大高科技应用技术；

(6)操作简便:GPS 是单向测距的被动式定位, 只要能接收到GPS 信号就可进行定位, 操作简便; 同时GPS 接收机的自动化程度越来越高, 极大地减轻了

测量的工作量和劳动强度。

GPS的实际应用

GPS技术的应用主要包括以下四方面:

(1)GPS技术的陆地应用

各种车辆的行驶状态监控；旅游者或旅游车的景点导游；应急车辆(如公安、急救车等)的快速引导行驶；高精度时间比对和频率控制；大气物理观测；地球物理资源勘探；工程建设的施工放样测量；大型建筑和煤气田的沉降检测；板内运动状态和地壳形变测量；陆地以及海洋大地测量基准的测定；工程、区域、国家等各种类型大地测量控制网的测量和建设；请求救援在途实时报告；引导盲人行走；平整路面的实时监控，精细农业。

(2)GPS技术的海洋应用

远洋船舶的最佳航线测定；远洋船队在途中航行的实时调度和监测；内河船只的实时调度和自主导航测量；海洋救援的搜索和定点测量；远洋渔船的结队航行

和作业调度；海洋油气平台的就位和复位测定；海底沉船位置的精确探测；海底管道铺设测量；海岸地球物理勘探；水文测量；海底大地测量控制网的布测；海底地形的精细测量；船运货物失窃报警；净化海洋(如海洋溢油的跟踪报告)；海洋纠纷或海损事故的定点测定；浮筒抛设和暗礁爆破等海洋工程的精确定位；港口交通管制；海洋灾难检测。

(3)GPS技术的航空应用

民航飞机的在途自主导航；飞机精密着陆；飞机空中加油控制；飞机编队飞行的安全保护；航空援救的搜索和定点测量；机载地球物理勘探；飞机探测灾区大小和标定测量；摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量。

(4)GPS在军事上的应用

在信息化时代，GPS已成为高技术战争的重要支持系统。它极大地提高了美军的指挥控制、多军兵种协同作战和快速反应能力，大幅度地提高了武器装备的打击精度和效能。

总结与展望

随着GPS的应用越来越广泛，GPS设备普及速度也将大大加快，在我们国内GPS 产业才刚刚起步，GPS产业的兴起势必也将大大的推进GPS在民间的应用。GPS 已在各个领域发挥了重要的作用，为促进人类发展作出了不可估量的贡献。

参考文献：

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[2]刘美生.全球定位系统及其应用综述（二).中国测试技术[J]，2006.11

[3]曹来发.卫星导航定位系统(二).科技情报开发与经济[J], 2005

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