| 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS |
| 2012-10-9 中國冷鏈物流網www.brandimcreative.com |
一、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS簡介
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是美軍70年代初在'子午儀衛(wèi)星導航定位'技術上發(fā)展起來的具有全球性、全能性、全天侯性優(yōu)勢的導航定位、定時、測速系統(tǒng)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS由三大子系統(tǒng)構成：空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶接收系統(tǒng)。
1、空間衛(wèi)星系統(tǒng)
空間衛(wèi)星系統(tǒng)由均勻分布在6個軌道平面上的24顆高軌道工作衛(wèi)星構成，各軌道平面相對于赤道平面的傾角為55°，軌道平面間距60°。在每一軌道平面內，各衛(wèi)星生交角距差90°，任一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的相應衛(wèi)星超前30°。空間系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星每12小時沿近圓形軌道繞地球一周，由星載高精度原子鐘控制無線電發(fā)射機在"低躁音窗口"附近發(fā)射L1、L2兩種載波，向全球的用戶接收系統(tǒng)連續(xù)的播發(fā)GPS導航信號。GPS工作衛(wèi)星組網保障全球任一時刻、任一地點都可對4顆以上的衛(wèi)星進行觀測，實現(xiàn)連續(xù)、實時地導航和定位。
2、地面監(jiān)控系統(tǒng)
地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監(jiān)測站、一個主控站和三個注入站構成。該系統(tǒng)的功能是：對空間衛(wèi)星系統(tǒng)進行監(jiān)控、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導航電文。地面監(jiān)測站的主要任務是用GPS接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象數(shù)據，并將觀測數(shù)據傳送給主控點。5個監(jiān)控站均為無人職守的數(shù)據采集中心。主控站接受各監(jiān)測站的GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據、衛(wèi)星工作壯態(tài)數(shù)據、各監(jiān)測站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據。根據上述各類數(shù)據，及時編算每顆衛(wèi)星的導航電文傳送給注入站?？刂坪蛥f(xié)調監(jiān)測站間、注入站間的工作，檢驗注入衛(wèi)星的導航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將電文發(fā)給了GPS用戶系統(tǒng)。診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置和姿態(tài)，調整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。注入站接受主控站送達的各衛(wèi)星導航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。
3、用戶接收系統(tǒng)
用戶接收系統(tǒng)主要由以無線電傳感和計算機技術支撐的GPS衛(wèi)星接收機GPS數(shù)據處理軟件構成。GPS接收機能捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收放大GPS信號并對信號進行解調和濾波處理，還原出GPS衛(wèi)星發(fā)送的導航電文，解求信號在站星間的傳播時間和載波相位差，實時地獲得導航定位數(shù)據或采用后處理的方式，獲得定位、測速、定時等數(shù)據
目前，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)已廣泛用于軍事和民用等眾多領域中。GPS技術按待定點的狀態(tài)分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩大類。靜態(tài)定位是指待定點的位置在觀測過程中固定不變，如GPS在大地測量中的應用。動態(tài)定位是指待定點在運動載體上，在觀測過程中是變化的，如GPS在船舶導航中的應用。靜態(tài)相對定位的精度一般在幾毫米幾厘米范圍內，動態(tài)相對定位精度一般在幾厘米到幾米范圍內。
二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS在交通運輸中的運用
1、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS在道路工程中的應用
GPS在道路工程中的應用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網及測定航測外控點等。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術提出了更高的要求，由于線路長，以知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國內已逐步采用GPS技術建立線路首級高精度控制網，然后用常規(guī)方法布設導線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內的點位誤差只有2厘米左右，達到了常規(guī)方法難以實現(xiàn)的精度，同時也大大提前了工期。GPS技術也同樣應用于特大橋梁的控制測量中。由于無需通視，可構成較強的網形，提高點位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點也非常有效。GPS技術在隧道測量中也具有廣泛的應用前景，GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經濟和社會效益。
2、GPS在汽車導航和交通管理中的應用
三維導航是GPS的首要功能，飛機、輪船、地面車輛以及步行者都可以利用GPS導航器進行導航。汽車導航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎上發(fā)展起來的一門新型技術。汽車導航系統(tǒng)由GPS導航、自律導航、微處理機、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅動器、LCD顯示器組成。GPS導航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網絡、計算機車輛管理信息系統(tǒng)相結合，可以實現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能。
?。?）車輛跟蹤
利用GPS和電子地圖可以實時顯示出車輛的實際位置，并可任意放大、縮小、還原、換圖；可以隨目標移動，使目標始終保持在屏幕上；還可實現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時跟蹤。利用該功能可對重要車輛和貨物進行跟蹤運輸。
?。?）提供出行路線規(guī)劃和導航
提供出行路線規(guī)劃是汽車導航系統(tǒng)的一項重要的輔助功能，它包括自動線路規(guī)劃和人工線路設計。自動線路規(guī)劃是由駕駛者確定起點和目的地，由計算機軟件按要求自動設計最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡單的路線、通過高速公路路段次數(shù)最少的路線的計算。人工線路設計是由駕駛員根據自己的目的地設計起點、終點和途經點等，自動建立路線庫。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設計路線，并同時顯示汽車運行路徑和運行方法。
?。?）信息查詢
為用戶提供主要物標、如旅游景點、賓館、醫(yī)院等數(shù)據庫，用戶能夠在電子地圖上顯示其位置。同時，監(jiān)測中心可以利用監(jiān)測控制臺對區(qū)域內的任意目標所在位置進行查詢，車輛信息將以數(shù)字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來。
?。?）話務指揮
指揮中心可以監(jiān)測區(qū)域內車輛運行狀況，對被監(jiān)控車輛進行合理調度。指揮中心也可隨時與被跟蹤目標通話，實行管理。
?。?）緊急援助
通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對遇有險情或發(fā)生事故的車輛進行緊急援助。監(jiān)控臺的電子地圖顯示求助信息和報警目標，規(guī)劃最優(yōu)援助方案，并以報警聲光提醒值班人員進行應急處理。
3、GPS的其它應用
GPS除了用于導航、定位、測量外，由于GPS系統(tǒng)的空間衛(wèi)星上載有的精確時鐘可以發(fā)布時間和頻率信息，因此，以空間衛(wèi)星上的精確時鐘為基礎，在地面監(jiān)測站的監(jiān)控下，傳送精確時間和頻率是GPS的另一重要應用，應用該功能可進行精確時間或頻率的控制，可為許多工程實驗服務。此外，據國外資料顯示，還可利用GPS獲得氣象數(shù)據，為某些實驗和工程應用。
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是今年以來開發(fā)的最具有開創(chuàng)意義的高新技術之一，其全球性、全能性、全天侯性的導航定位、定時、測速優(yōu)勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。在發(fā)達國家，GPS技術已經開始應用于交通運輸和交通工程。目前，GPS技術在我國道路工程和交通管理中的應用還剛剛起步，隨著我國經濟的發(fā)展，高等級公路的快速修建和GPS技術的應用研究的逐步深入，其在道路工程中的應用也會更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用。 |
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