GPS定位系统的发展历史及应用前景.docx

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1、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（Global Positioning System,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

2、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（sps,standard positioning service）和军规的周密定位效 劳Ipss,precise positioning service）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

3、开头研制，于64年建成的“海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System） 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1518分钟。这么长的间隔时间中，即使是较慢的运动物 体也

4、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

5、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I18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

6、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

7、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

8、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BLOCK I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BLOCK II和BLOCK IIA。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(Block II)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(Block IIA)1993年底系统卫星全部放射完成1997年其次代其次批

9、卫星放射完毕1997年开头放射第三代卫星(Block HR, Block III)GPS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。