GPS原理和应用.

谈到全球定位系统（Gps），我们中的某些人在这个学期可能还比较陌生，每个人都应该熟悉伊拉克战争. 2003年3月20日，伊拉克战争爆发. 大批轰炸机和战斗机冲向伊拉克首都巴格达，用准确摧毁了一座建筑物. 操作代号: “斩首操作”； 4月，一架B-1B“长”轰炸机被临时接收，并用炸毁了另一座建筑物. 他们的目标都是一个人: 萨达姆·侯赛因，而他们使用的都是: 联合攻击（JDAM）. 这些之所以能够准确地击中目标，是因为它们都通过了卫星定位. 由24颗美国卫星组成的全球定位系统提供了这种定位服务-GPS. GPS是英文GLOBAL POSITIONING SYSTEM的缩写. 它是前身为“导航之星”（NAVSTAR）的，是美国国防部于1973年11月共享的第二代卫星导航系统，并开始由海军，陆军和空军开发. 它是美国仅次于阿波罗登月飞船和航天飞机的第三次. 大空间工程. 它于1994年完工，历时20年，耗资300亿美元. GPS全球定位系统是一种空间定位系统，它使用导航卫星和地面站来提供全天候，高精度，连续，实时的三维坐标（纬度，经度，海拔），三维速度和向世界定位信息. 位置可用于定位和导航.

GPS系统包括三个部分: 空间部分-GPS卫星星座；地面控制部分-地面监视系统；和用户设备部分-GPS信号. 空间部分-GPS卫星星座. GPS空间部分使用24颗高度约20,200公里的卫星构成一个卫星星座，其中包括21颗工作卫星和3颗在轨卫星，以形成GPS卫星星座，表示为（21 + 3）GPS星座. 24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，轨道倾角为55度，轨道平面相隔60度，即轨道的提升点相差60度. 每个轨道平面中的卫星之间的上升角距离相差90度，并且一个轨道平面中的卫星比西方相邻轨道平面中的相应卫星提前30度. 卫星的分布使您可以在世界任何地方的任何时间观测多于四颗的卫星，并以良好的定位解决方案精度维护几何图形（DOP）. 这样可以及时提供连续的全局导航功能. 地面控制部分地面监控系统. 地面监控部分包括四个监控室，一个上游注入站和一个主控制站. 监控站配备有GPS用户，原子钟，收集本地气象数据的传感器以及用于进行初步数据处理的计算机. 监视站的主要任务是获取卫星观测数据并将这些数据传输到主控制站. 主要控制站位于范登堡空军基地.

它完全控制地面监视部门. 主控站的主要任务是从每个监视站收集所有GPS卫星的观测数据，并使用这些数据来计算每个GPS卫星的轨道和卫星时钟的校正值. 向上注射站也位于范登堡空军基地. 其任务主要是在每颗卫星都在空中时，将来自主控站的导航数据和命令注入到卫星中. 每天对每个GPS卫星执行一次注入，最后一次注入在卫星离开注入站的范围之前执行. 用户设备部分-GPS信号GPS可以接收精确到纳秒的时间信息，可用于计时；预测星历表，用于预测未来几个月的卫星大致位置；它用于计算定位时间所需卫星坐标的广播星历，精度为几米到几十米（与每个卫星不同，随时变化）；和GPS系统信息，例如卫星状态. GPS可以测量代码以获得卫星到的距离. 由于它包含接收机卫星时钟误差和大气传播误差，因此称为伪距. 为0A码测得的伪距称为UA码伪距，准确度约为20米. 为P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米. GPS对接收到的卫星信号进行解码或使用其他技术去除在载波上调制的信息，然后可以恢复载波. 严格说来，载波相位应称为载波拍频相位，即接收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本地振荡产生的信号相位之差.

通常，在由时钟确定的纪元时间测量，跟踪卫星信号，可以记录相变值，但是和卫星振荡器的相位的初始值在开始时观察未知. 是的，起始时期的相位整数也不知道，也就是说，整个星期的歧义只能作为数据处理中的一个参数来解决. 相位观测值的精度高达毫米，但前提是要解决整个圆周的模糊性. 因此，仅在有相对观测值和连续观测值的情况下才可以使用相位观测值，并且仅可以使用相位观测值而优于仪表水准仪的定位精度. 根据定位方法，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）. 单点定位是一种根据的观测数据确定位置的方法. 它只能使用伪距观测，并且可以用于车辆和船舶的粗略导航和定位. 相对定位（差分定位）是一种基于两个以上的观测数据确定观测点之间相对位置的方法. 它可以使用伪距观测或相位观测. 应使用大地测量或工程测量. 使用相位观测值进行相对定位. GPS观测包括误差，例如卫星与之间的时钟差，大气传播延迟和多径效应. 在定位计算过程中，它们还会受到卫星广播星历误差的影响，而最常见的误差也会受到相对定位的影响. 取消或减弱，将大大提高定位精度. 双频接收机可以根据两个频率的观测值消除大气中电离层误差的主要部分. 当精度要求很高且接收机之间的距离较远（大气差异很大）时，应使用双频接收机.

例如: 某品牌汽车端子的技术参数（1）电源: 12VDC，300mA（待机状态下的典型值）； 24VDC，150mA（待机状态下的典型值），省电模式下小于33mA. （2）电源的反接特性: <28V（3）尺寸: 170mm×110mm×55mm（4）重量: 0.5kg（5）数字信号传输指标: 传输方式: GPRS传输速率: 9600bps传输频带: 900 MHz / 1800 MHz GSM通信模块: SONY-ERICSSON工业级模块GR47频带: 900MHz / 1800 MHz输出功率: 2W电流消耗: 发射: 150mA平均空闲: 35mA平均工作温度: -20〜60℃GPS性能具有GPRS功能索引接收板结构: 美国SIRF汽车级模块12通道C / A代码L1频段定位精度: <25米（无SA）差速10米以内最大加速度: 4g最大速度: 545米/秒热开始时间: <8秒典型的重新捕获时间: 1秒天线: 有源微带扁平天线接收板电源要求: 25mA 5VDC. 工作温度: -40〜85℃（7）工作温度: -20〜60℃（8）存放温度: -40〜85℃（9）相对湿度: ≤93％GPS不仅用于导弹的导航和定位航天器，但也广泛用于飞机，汽车，轮船，，银行，医疗，消防等领域的导航和定位. 它建立了监视，警报和救援系统. 企业使用它来建立现代物流管理系统. 农业，林业，环境保护，资源调查，物理勘探，电信等都与导航和定位密不可分，尤其是与卫星导航集成在一起时. 随着各种将通信，计算机和GPS集成在一起的个人信息终端的出现，卫星导航技术已经从应用转变为大众应用，成为继通信和互联网之后的IT第三新增长点.

以GPS为代表的卫星导航和定位应用行业越来越受到关注. 有关专家预测，到“十一五”末，我国卫星导航定位应用市场总产值将突破100亿元，导航定位运营服务产值将突破30亿元. 卫星导航定位产业是中国发展空间巨大的朝阳产业. 以上是GPS的原理. 让我们谈谈在实际应用中如何实现GPS系统. GPS系统仅仅是单个定位系统，它需要与GSM和其他通信网络系统结合以实现定位信息的传输. GSM（全球移动通信系统）是一个开放且不断发展的系统. 该系统最强大的优势之一就是能够进行国际漫游. 消费者可以在全球超过159个国家/地区使用同一号码获得相同质量的电话服务. GSM标准将继续发展和完善，并且随着无线，卫星和移动系统的发展，它将提供大量增加的服务，包括高速多媒体数据服务，对服务的同时使用的内置支持以及互联网和固定网络的完美结合. 传统的定位信息是通过短信SM传输的，现在有了新的分组数据承载业务，即GPRS. GPRS是“通用分组无线服务”的英文缩写.

让我们首先介绍传递位置信息的传统SM方法. ①移动交换中心（MSC）连接到公共有线网络（PSTN），短消息中心（SMS），并通过有线进行监视和维护；蜂窝基站（BSS）通过有线或无线（如微波）连接. ②蜂窝基站（BSS）和移动单元（MS）通过无线方式相互连接，无线工作频段为900M. ③短消息中心（SMS）是用于发送和接收短消息的信息平台. 基站和移动单元之间的数据传输是通过无线信令信道进行的. GPS系统的工作流程为: 移动目标监控中心①移动目标接收GPS卫星信号，求解该位置的位置信息； ②移动目标通过无线信令信道将计算出的位置信息发送给蜂窝基站； ③蜂窝基站接收移动目标发送的信息，并通过短信中心将数据信息传递给监控中心； ④监控中心利用短信中心的数据信息，实现对移动目标的定位监控. 监控中心移动目标①监控中心执行相关监控指令； （例如: 位置查询命令，监视命令，断电命令等）②监视命令通过短信中心发送到蜂窝基站； ③蜂窝基站调制监控命令信息Transmit，通过信令信道传递给移动目标； ④移动目标接收蜂窝基站发送的信息并执行相关指令. 监视中心由服务器，短信接口机，通信中心管理机，数据中心管理机和监视代理组成. 可以添加GPRS接口和国家网络接口，还可以添加分支中心和远程代理.

我们稍后将讨论GSM模式和GPRS模式之间的比较. 刚才我们介绍了监控中心的组成. 当汽车在道路上时，我们可以通过监视代理程序监视车辆的位置. 要在监视地图上查看被监视的车辆gps的原理，必须安装MapX软件. MapX是ActiveInfo控件产品，具有MapInfo提供给用户的强大的地图分析功能. 它可以基于位置信息以高清可视化效果显示和分析数据，从而可以将车辆的位置清晰，准确地反映在计算机中. 服务用户. 在监视代理程序中，它具有调用地图的功能. MapInfo Professional是世界领先的地图和地理分析软件. 它可用于创建高度精确的地图. 您可以随意修改地图软件，也可以添加新的道路和地图，而无需绘制详细的位置. 在监视代理程序中，它具有修改地图的功能. GSM定位应用系统与GPRS定位应用系统的比较1技术GSM传统的数据通信方法包括短消息SM模式和DATA模式. SM模式的缺点是延迟大（通常在6-8秒内），通道有阻塞等. DATA模式的缺点是拨号时间长（约10秒），并且通讯成本高. GSM是移动通信中的2G（第二代）技术. GPRS与GSM的传统电路交换技术不同，GPRS使用分组交换技术，具有“始终”，“自由切换”和“高速传输”的优点. 它属于移动通信中的2.5G（2.5代）技术，可以全面提高. 对于移动数据通信服务，理论上当前的下行传输速率可以达到40 kbit / s，上行传输速率可以达到9.6 kbit / s. 它特别适用于突发性gps的原理，小数据流量和大总体数据流量（如GPS系统）. 实时性能需要高级移动数据通信应用程序.

2覆盖范围GPRS取决于GSM系统，需要在GSM系统上进行改造才能实现GPRS. 目前，只有中国移动采用了GPRS技术（中国联通选择了CDMA技术）. 根据中国移动的网络部署计划，GPRS已在大中城市普及，GPRS网络的质量也在不断优化. 在某些地区，GPRS服务尚未开放. 3通信费用GPRS使用按月订阅+流量计费，可以始终，并根据接收和发送的数据量付费，也可以按月计费. 由于可以自由选择计费方式，因此可以为需要密切追踪的车辆选择每月支付方式，并且可以为不需要密切追踪的车辆使用计费方法，从而降低了使用成本整个系统. 根据不同的指示，GPS数据的长度不完全相同. 平均计算为60个字节，再加上打包数据，每次传输大约100个字节. 如果要求汽车每天监视10个小时并每月每30天每分钟自动返回位置信息，则每月GPRS信息量为: 100字节* 10小时* 60分钟* 30天= 1,800，000字节= 1.8 M，当使用每月20元的订阅时，大约每月28元. 但是，如果选择SM方法，则成本为: 1个项目/分钟* 60 *分钟* 10小时* 30天* 0.1元/项目= 1800元. 因此，GPRS特别适合那些需要频繁发送数据且总数据流较大的场合.

4系统设备GPRS系统设备相对复杂. 与GSM GPS系统相比，需要增加GPRS通信接口. 因为必须考虑到在GPRS通信失败时系统仍然可以与车辆平台保持联系，并且还必须添加GSM / GPRS通信切换程序. 在接入方式上，GSM系统可以采用点对点，DDN，INTERNET等方式. GPRS系统取决于当地中国移动的接入条件. 有些需要固定IP，有些仅需要访问INTERNET. 目前，在未来，一种方式正变得越来越流行. 5个汽车码头

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