GPS定位系统的发展历史及应用前景

GPS定位系统的进展历史及应用前景首先，我们来了解一下GPSo全球定位系统（GlobalPositioningSystem通常简称GPS）是美国国防部研制的一种全天候的，空间基准的导航系统，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续地准确地确定三位位置和三位运动准时间的需要它是一个中距离圆型轨道卫星导航系统它可以为地球外表绝大局部地区〔98%）供给准确的定位、测速和高精度的时间标准该系统由三局部组成空间局部太空中的24颗GPS卫星；地面掌握局部地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站；用户设备局部GPS信号接收机最少只需其中4颗卫星，就能快速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越准确GPS信号分为民用的标准定位效劳（spsstandardpositioningservice）和军规的周密定位效劳Ipssprecisepositioningservice）两类民用讯号中加有误差，其最终定位准确度或许在100米左右；军规的精度在十米以下2022年以后，克林顿政府打算取消对民用信号所加的误差因此，现在民用GPS也可以到达十米左右的定位精度进展历史首先，我们来了解一下GPS系统的前身子午卫星导航系统［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试验室开头研制，于64年建成的“海军导航卫星系统（NavyNavigationSatelliteSystem）0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个掌握中心；2个注入站；1个天文台〔海军天文台子午卫星导航系统的缺乏之处一次定位所需时间过长，无法满足高速用户的需要一次测量定位的过程中，要求卫星对于测点的起、止观测角度必需在90°左右因此一次定位一般需要连续观测一颗卫星通过的时间约为15〜18分钟这么长的间隔时间中，即使是较慢的运动物体也可能运行了一段不小的距离，于是解算时必需依据导航载体的运动速度将观测值归算至同一时刻，明显这会影响导航定位精度卫星消灭时间间隔过长，无法满足连续导航的需要由于技术上的缘由，同一时刻多普勒接收机只能接收一颗子午卫星的信号并且在同一天区假设消灭两颗以上的子午卫星，就会导致定位信号的相互干扰为了防止这一点，卫星数量就比较少，中纬度地区平均

1.5小时左右可以观测到一颗卫星，低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星，这使得该系统不能成为连续导航系统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GPS的诞生由于上述种种缘由，该系统投入运行后不久，美国海陆空三军及民用部门就感到迫切需要一种的卫星导航系统为此，美国海军争论试验室NRL提出了名为Tinmation的用12至I」18颗卫星组成10000km高度的全球定位网打算，并于67年、69年和74年各放射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统准确定位的根底而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的打算，这些卫星中除1颗承受同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道该打算以伪随机码PRN为根底传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要根底海军的打算主要用于为舰船供给低动态的2维定位，空军的打算能供供给高动态效劳，然而系统过于简单由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个打算都是为了供给全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合打算局〔JPO领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处该机构成员众多，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打算最初的GPS打算在联合打算局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星这样，粗码精度可达100m精码精度为10m由于预算压缩，GPS打算不得不削减卫星放射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上然而这一方案使得卫星牢靠性得不到保障1988年又进展了最终一次修改21颗工作星和3颗备份星工作在互成30度的6条轨道上这也是现在GPS卫星所使用的工作方式打算实施GPS打算的实施共分三个阶段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承受双子座火箭放射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20220kmo这一阶段主要研制了地面接收机及建立地面跟踪网，结果令人满足其次阶段为全面研制和试验阶段从1979年到1984年，又间续放射了7颗称为BLOCKI的试验卫星，研制了各种用途的接收机试验说明，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米第三阶段为有用组网阶段1989年2月4日第一颗GPS工作卫星放射成功，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月其次代BlockII第一批9颗放射完成1990年11月开头放射其次代其次批卫星BlockIIA1993年底系统卫星全部放射完成1997年其次代其次批卫星放射完毕1997年开头放射第三代卫星BlockHRBlockIIIGPS的应用前景美国进展其次代卫星导航系统其初衷是用于导航、收集情报等军事目的但是，后来的应用开发说明，GPS系统不仅可以到达上述目的，而且经载波信号相位测量的开发利用，GPS系统还可以进展厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位，分米级至亚分米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量和毫秒级精度的时间测量因此GPS系统呈现了极其宽阔的应用前景在军事上，用GPS信号可以进展海、陆、空全天候准确导航，战术战略的准确制导；在大地测量工程测量中可以进展静态、动态的准确定位，对于测绘领域，GPS定位技术已经用于建立高精度的全国性大地测量掌握网建立陆地海洋大地测量基准，进展高精度的海岛陆地联测和海洋测绘；用于测定全球性的地球动态参数，监测地球板块运动状态和地壳变形；在公安、公交、物流等方面可利用车载GPS系统，进展长距离的交通管制和调度；在科学争论方面可利用GPS系统进展高精度守时，或气象要素的监测；在航空航天遥感方面可利用机载、星载GPS进展摄影瞬间的照相光心定位，实现地面无掌握点的快速成图，导致地理信息系统、全球环境遥感监测的划时代技术革命。