Admin全球卫星定位导航系统(Global Positioning System-GPS)是在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科,从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
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。
全球卫星导航系统由三个独立的部分组成:
1.空间部分:21颗工作卫星,3颗备用卫星。
2.地面支撑系统:1个主控站,3个注入站,5个监测站。
3.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。
上述四个方程式中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数,其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。
di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。
△ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。
c为GPS信号的传播速度(即光速)。
四个方程式中各个参数意义如下:
x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。
xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标,
可由卫星导航电文求得。
Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差,由卫星星历提供。
Vto为接收机的钟差。
由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。
1、全球,全天候工作:
能为用户提供连续,实时的三维位置,三维速度和精密时间。不受天气的影响。
2、定位精度高:
单机定位精度优于10米,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。
3、功能多,应用广:
随着人们对GPS认识的加深,GPS不仅在测量,导航,测速,测时等方面得到更广泛的应用,而且其应用领域不断扩大。
1. 航空:欧盟的Galileo便是新建的全球导航星座,它与GPS配合起来,可以大大提高导航卫星的可用性,使单一的GPS市区可用性从55%提高到GPS/Galileo共用时的95%。GPS技术建立广域增强系统(WAAS)逐步代替原先的微波着陆/仪表着陆系统,美国的WAAS系统计划在2003年下半年运营,地面改正数据可以通过静地卫星转发给飞机。
2. 航海:卫星导航接收机广泛地用于海上行驶的各类船只,DGPS则广泛地用于沿岸与进港,以及内河行驶的船只,精度可达到2-3m。在卫星导航接收机与无线通信手段集成后,该系统便成为一个位置报告系统和紧急救援系统。许多渔船将GPS与雷达和鱼探器结合在一起,产生明显的经济效益。
3. 通信与导航的融合:卫星导航接收机与无线电通信机的结合是自然发生的,这种融合产生的意义是非常深远的。实际上,这是移动计算机(PDA)、蜂窝电话和GPS接收机的系统集成和完美整合。
4. 人员跟踪:个人跟踪的应用需求与E911这类导航手机或称定位手机思路相似,但其产品类型和主要功能定位则与它们大相径庭。首先要求其体积和功耗要小,便于隐藏或佩带,如手表之类。其应用功能可以由中心加以激活或启动,以利于获取佩带者所在位置。
5. 消费娱乐:徒步旅行者、猎人、越野滑雪者,野外工作人员和户外活动者现在常应用袋式GPS定位器,配上电子地图,可以在草原、大漠、乡间、山野或无人区内找到自己的目的地。
6. 测绘:GPS测绘还可用于绘图、地藉测量、地球板块测量、火山活动监测、GIS领域、大桥监测、水坝监测、滑坡监测、大型建筑物监测等。这种测量技术的实时动态化(RTK)可以用于海洋河道公路测量,以及矿山、大型工程建设工地等作为自动化管理和机械控制。
7. 授时:GPS设备还用于作为时间同步装置,特别是作为交易处理定时(如在ATM机中)和通信网络中应用。
8. 车辆监控管理
9. 汽车导航与信息服务
全球卫星导航系统及其产业当前正经历前所未有的三大转变:从单一的GPS时代转变为多星座并存兼容的GNSS新时代,导致卫星导航体系全球化和增强多模化;从以卫星导航为应用主体转变为PNT(定位、导航、授时)与移动通信和因特网等信息载体融合的新阶段,导致信息融合化和产业一体化;从经销应用产品为主逐步转变为运营服务为主的新局面,导致应用规模化和服务大众化。三大趋势发展的直接结果是使应用领域扩大,应用规模跃升,大众化市场和产业化服务迅速形成。
从GPS发展到系统之系统的GNSS,应该说是一种巨大的进步。实际上,GPS从投入正式工作后,于1996年便开始其现代化计划,2000年5月1日取消其人为恶化民用信号精度的可用性选择(SA)之举措,标志着现代化计划进入实施阶段,并预计在2013年完成,现在已经启动新一代的GPSIII,后者计划在2020年完成,星座卫星数量为30个,届时有可能继续成为世界上最先进的系统。GLONASS正在逐步恢复阶段,预计在2011年达到额定24颗星的工作状况,GLONASS也在开展现代化计划,在2010年发射其利用CDMA编码的GLONASS-K,实现与GPS/GALILEO在L1频点上的兼容与互用,其现代化计划预计在2017年完成,星座卫星数量达到30颗。GALILEO系统预期在2013年完成部署,投入运行,它将与GPS在L1和L5频点上实现兼容和互用。我国的BD-2区域卫星导航系统,由12颗卫星组成,计划在2010年建成,并择机启动全球系统建设,估计建成期为2020年,星座卫星数量为30个。
未来的全球系统,应具有四大特点:一是多层次增强,在全球系统之外,有区域系统和局域系统对其进行增强;二是多系统兼容,通过GNSS兼容与互用的合作,实现L1和L5上的民用信号的互用共享;三是多模化应用,除了导航外,还用于定位、授时、测向,充分发挥其功能与能力;四是多手段集成,除了卫星导航及其增强外,还利用非卫星导航手段,如蜂窝移动通信(UMTS)网络、WIFI网络、INTERNET网络、惯性导航、伪卫星、无线电信标等。采取如此众多的对策措施,旨在形成一个以GNSS为主体的PNT应用服务体系,真正做到任何时候、任何地方、全时段全空间的无缝服务,实现产业的全球化、规模化、规范化和大众化发展。面对BD-2、GPS、GLONASS、GALILEO四大系统100余颗工作卫星在天空中盘旋的局面,用户有个最优化选择和最佳化应用的问题,而四大系统及其它卫星导航服务提供者的各大强国必须认真思考和实现GNSS的兼容与互用,以及探索新一代民用GNSS体系的建设方式和实施办法,在可能的条件下酝酿共建共享的问题。
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