美國(guó)GPS系統(tǒng)介紹
http://www.diannaozhi.com 2008-06-03 12:03 中企顧問(wèn)網(wǎng)
本文導(dǎo)讀：美國(guó)的GPS 系統(tǒng)是現(xiàn)在最常見(jiàn)和最成熟的全球定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)由美國(guó)歷時(shí)16 年、耗資130億美元建成，由軍方控制并資助，共24 顆衛(wèi)星組網(wǎng)。目前，全球眾多國(guó)家都在使用這個(gè)系統(tǒng)對(duì)地面的汽車(chē)、海上的船只和天空的飛行器以及衛(wèi)星、導(dǎo)彈進(jìn)行全天候的和實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確定位，其定位
美國(guó)的GPS 系統(tǒng)是現(xiàn)在最常見(jiàn)和最成熟的全球定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)由美國(guó)歷時(shí)16 年、耗資130億美元建成，由軍方控制并資助，共24 顆衛(wèi)星組網(wǎng)。目前，全球眾多國(guó)家都在使用這個(gè)系統(tǒng)對(duì)地面的汽車(chē)、海上的船只和天空的飛行器以及衛(wèi)星、導(dǎo)彈進(jìn)行全天候的和實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確定位，其定位精度為10 米。
GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的縮寫(xiě)，它是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶(hù)接收三大部分組成。空間衛(wèi)星由24 顆衛(wèi)星組成一個(gè)分布網(wǎng)絡(luò)，分別分布在6 條離地面2 萬(wàn)公里、傾斜角為55°的地球準(zhǔn)同步軌道上，每條軌道上有4 顆衛(wèi)星。GPS 衛(wèi)星每隔12 小時(shí)繞地球一周，使地球上任一地點(diǎn)都能夠同時(shí)接收7～9 顆衛(wèi)星的信號(hào)。
地面共有1 個(gè)主控站和5 個(gè)監(jiān)控站負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星的監(jiān)視、遙測(cè)、跟蹤和控制。它們負(fù)責(zé)對(duì)每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并向主控站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。主控站收到數(shù)據(jù)后，計(jì)算出每顆衛(wèi)星在每一時(shí)刻的精確位置，并通過(guò)3 個(gè)注入站將它傳送到衛(wèi)星上去，衛(wèi)星再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波向地面發(fā)射。
汽車(chē)GPS 系統(tǒng)主要由GPS 接收板、通訊模塊、天線(xiàn)和電路主板組成, 系統(tǒng)中的GPS 信號(hào)接收器接收衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算出地面接收機(jī)的當(dāng)前位置。如果地面接收機(jī)同時(shí)收到4 顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，就能根據(jù)衛(wèi)星的精確位置及發(fā)送信號(hào)的時(shí)刻，通過(guò)計(jì)算求得當(dāng)前地點(diǎn)的位置。車(chē)載GPS 利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時(shí)間等信息來(lái)完成對(duì)各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測(cè)，具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便和使用廣泛等顯著特點(diǎn)，隨著GPS 的日益普及和GPS 產(chǎn)業(yè)的形成，GPS 將改變?nèi)藗兊某鲂泻蜕畹姆绞健?br />GPS 實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：
第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973 年到1979 年，共發(fā)射了4 顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。
第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從1979 年到1984 年，又陸續(xù)發(fā)射了7 顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS 定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989 年2 月4 日第一顆GPS 工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS 系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993 年底實(shí)用的GPS 網(wǎng)即（21+3）GPS 星座已經(jīng)建成，以后根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。
GPS 由三個(gè)獨(dú)立的部分組成：
空間部分：21 顆工作衛(wèi)星，3 顆備用衛(wèi)星。
目前的24 顆衛(wèi)星均勻分布在傾角為55 度的6 個(gè)軌道上，即各軌道的升交點(diǎn)（與赤道的交點(diǎn)）之間的角距為60 度，每個(gè)軌道均勻分布4 顆衛(wèi)星，相鄰軌道間衛(wèi)星彼此叉開(kāi)40 度，以保證全球覆蓋的要求。3 顆備用衛(wèi)星可隨時(shí)代替故障衛(wèi)星。
地面支撐系統(tǒng)：包括1 個(gè)主控站，5 個(gè)監(jiān)控站，3 個(gè)注入站。
主控站即衛(wèi)星操控中心，位于科羅拉多斯普林斯的佛肯空軍基地，任務(wù)是收集各監(jiān)控站送來(lái)的數(shù)據(jù)，計(jì)算衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)并發(fā)送到各注入站，其本身也是監(jiān)控站。
監(jiān)控站共5 個(gè)，除了主控站外，分別位于美國(guó)的夏威夷、北太平洋的卡瓦加蘭島、印度洋的迭哥加西亞島、大西洋的阿松森島。主控站的作用主要是監(jiān)測(cè)和跟蹤衛(wèi)星。
注入站共3 個(gè)，與三大洋的監(jiān)控站并置，主要作用是將主控站送來(lái)的衛(wèi)星星歷和鐘差信息每天一次注入衛(wèi)星的存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)能力是14 天，精度隨注入時(shí)間間隔擴(kuò)大而降低。
用戶(hù)設(shè)備部分：主要是接收機(jī)。作用是接收GPS 衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS 接收機(jī)硬件一般由主機(jī)、天線(xiàn)和電源組成。
目前提供GPS 的廠家可大致區(qū)分為四類(lèi)：
第一類(lèi)是只提供芯片(GPS Chipset)然后支持客戶(hù)研發(fā)終端產(chǎn)品(end product)的廠家，如Infineon、Phillip、 IBM、 A&D、ST 等。
第二類(lèi)是提供GPS 模塊的廠家，如Trimble、Motorola、 Rockwell 。
第三類(lèi)是指提供一般商用終端產(chǎn)品的廠家，這類(lèi)的終端產(chǎn)品有汽車(chē)導(dǎo)航器、船用/飛機(jī)用/個(gè)人用導(dǎo)航器，其特點(diǎn)就是含有方便的導(dǎo)航軟件，友善的人機(jī)接口(如LCD、顯示器、Keypad)，甚至再加上2 路收發(fā)器（在此泛指GSM CDPD Trunk Radio WCDMA 等），如Trimble、Garmin、Magellen。
第四類(lèi)廠家指的是生產(chǎn)高精確度的GPS 接收器，也就是得到P 碼授權(quán)的廠商，如Leica。當(dāng)然也有少數(shù)提供IP 整合方案的廠商如Parthus。
整個(gè)系統(tǒng)可分成三個(gè)主要部分，車(chē)載GPS終端、GSM網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)察調(diào)度中心，
GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的縮寫(xiě)，它是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶(hù)接收三大部分組成。空間衛(wèi)星由24 顆衛(wèi)星組成一個(gè)分布網(wǎng)絡(luò)，分別分布在6 條離地面2 萬(wàn)公里、傾斜角為55°的地球準(zhǔn)同步軌道上，每條軌道上有4 顆衛(wèi)星。GPS 衛(wèi)星每隔12 小時(shí)繞地球一周，使地球上任一地點(diǎn)都能夠同時(shí)接收7～9 顆衛(wèi)星的信號(hào)。
地面共有1 個(gè)主控站和5 個(gè)監(jiān)控站負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星的監(jiān)視、遙測(cè)、跟蹤和控制。它們負(fù)責(zé)對(duì)每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并向主控站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。主控站收到數(shù)據(jù)后，計(jì)算出每顆衛(wèi)星在每一時(shí)刻的精確位置，并通過(guò)3 個(gè)注入站將它傳送到衛(wèi)星上去，衛(wèi)星再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波向地面發(fā)射。
汽車(chē)GPS 系統(tǒng)主要由GPS 接收板、通訊模塊、天線(xiàn)和電路主板組成, 系統(tǒng)中的GPS 信號(hào)接收器接收衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算出地面接收機(jī)的當(dāng)前位置。如果地面接收機(jī)同時(shí)收到4 顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，就能根據(jù)衛(wèi)星的精確位置及發(fā)送信號(hào)的時(shí)刻，通過(guò)計(jì)算求得當(dāng)前地點(diǎn)的位置。車(chē)載GPS 利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時(shí)間等信息來(lái)完成對(duì)各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測(cè)，具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便和使用廣泛等顯著特點(diǎn)，隨著GPS 的日益普及和GPS 產(chǎn)業(yè)的形成，GPS 將改變?nèi)藗兊某鲂泻蜕畹姆绞健?br />GPS 實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：
第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973 年到1979 年，共發(fā)射了4 顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。
第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從1979 年到1984 年，又陸續(xù)發(fā)射了7 顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS 定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989 年2 月4 日第一顆GPS 工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS 系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993 年底實(shí)用的GPS 網(wǎng)即（21+3）GPS 星座已經(jīng)建成，以后根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。
GPS 由三個(gè)獨(dú)立的部分組成：
空間部分：21 顆工作衛(wèi)星，3 顆備用衛(wèi)星。
目前的24 顆衛(wèi)星均勻分布在傾角為55 度的6 個(gè)軌道上，即各軌道的升交點(diǎn)（與赤道的交點(diǎn)）之間的角距為60 度，每個(gè)軌道均勻分布4 顆衛(wèi)星，相鄰軌道間衛(wèi)星彼此叉開(kāi)40 度，以保證全球覆蓋的要求。3 顆備用衛(wèi)星可隨時(shí)代替故障衛(wèi)星。
地面支撐系統(tǒng)：包括1 個(gè)主控站，5 個(gè)監(jiān)控站，3 個(gè)注入站。
主控站即衛(wèi)星操控中心，位于科羅拉多斯普林斯的佛肯空軍基地，任務(wù)是收集各監(jiān)控站送來(lái)的數(shù)據(jù)，計(jì)算衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)并發(fā)送到各注入站，其本身也是監(jiān)控站。
監(jiān)控站共5 個(gè)，除了主控站外，分別位于美國(guó)的夏威夷、北太平洋的卡瓦加蘭島、印度洋的迭哥加西亞島、大西洋的阿松森島。主控站的作用主要是監(jiān)測(cè)和跟蹤衛(wèi)星。
注入站共3 個(gè)，與三大洋的監(jiān)控站并置，主要作用是將主控站送來(lái)的衛(wèi)星星歷和鐘差信息每天一次注入衛(wèi)星的存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)能力是14 天，精度隨注入時(shí)間間隔擴(kuò)大而降低。
用戶(hù)設(shè)備部分：主要是接收機(jī)。作用是接收GPS 衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS 接收機(jī)硬件一般由主機(jī)、天線(xiàn)和電源組成。
目前提供GPS 的廠家可大致區(qū)分為四類(lèi)：
第一類(lèi)是只提供芯片(GPS Chipset)然后支持客戶(hù)研發(fā)終端產(chǎn)品(end product)的廠家，如Infineon、Phillip、 IBM、 A&D、ST 等。
第二類(lèi)是提供GPS 模塊的廠家，如Trimble、Motorola、 Rockwell 。
第三類(lèi)是指提供一般商用終端產(chǎn)品的廠家，這類(lèi)的終端產(chǎn)品有汽車(chē)導(dǎo)航器、船用/飛機(jī)用/個(gè)人用導(dǎo)航器，其特點(diǎn)就是含有方便的導(dǎo)航軟件，友善的人機(jī)接口(如LCD、顯示器、Keypad)，甚至再加上2 路收發(fā)器（在此泛指GSM CDPD Trunk Radio WCDMA 等），如Trimble、Garmin、Magellen。
第四類(lèi)廠家指的是生產(chǎn)高精確度的GPS 接收器，也就是得到P 碼授權(quán)的廠商，如Leica。當(dāng)然也有少數(shù)提供IP 整合方案的廠商如Parthus。
整個(gè)系統(tǒng)可分成三個(gè)主要部分，車(chē)載GPS終端、GSM網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)察調(diào)度中心，
