GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。
中文名 全球定位系統(tǒng) 外文名 Global Positioning System 縮    寫 GPS
目錄
1 簡介
2 GPS系統(tǒng)
3 車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)
4 定位原理
5 GPS應(yīng)用
6 NMEA協(xié)議
7 應(yīng)用舉例
8 GPS系統(tǒng)的特點
9 GPS系統(tǒng)的構(gòu)成
? 空間部分
? 地面控制系統(tǒng)
? 用戶設(shè)備部分
簡介編輯
目前世界使用最多的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是美國的GPS系統(tǒng)，一共由24顆
GPS系統(tǒng)
GPS系統(tǒng)
衛(wèi)星組成。它采用時間測距定位原理，可對地面車輛、海上船只、飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星和飛船等各種移動用戶進(jìn)行全天侯的、實時的高精度三維定位測速和精確授時。
GPS系統(tǒng)編輯
GPS系統(tǒng)是由分布在6個軌道面上的24顆衛(wèi)星組成的星座。GPS衛(wèi)星的軌道高度為20000km，星上裝有10-13高精確度的原子鐘。地面上有一個主控站和多個監(jiān)控站，定期地對星座的衛(wèi)星進(jìn)行精確的位置和時間測定，并向衛(wèi)星發(fā)出星歷信息。用戶使用GPS接收機(jī)同時接收4顆以上衛(wèi)星的信號，即可確定自身所在的經(jīng)緯度、高度及精確時間。
車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)編輯
車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，其內(nèi)置的GPS天線會接收到來自環(huán)繞地球的24顆GPS衛(wèi)星中的至少3顆所傳遞的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合儲存在車載導(dǎo)航儀內(nèi)的電子地圖，通過GPS衛(wèi)星信號確定的位置坐標(biāo)與此相匹配，進(jìn)行確定汽車在電子地圖中的準(zhǔn)確位置，這就是平常所說的定位功能。
GPS系統(tǒng)的軍用定位精度<10m，民用定位精度<100m。美國在海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中廣泛使用了GPS系統(tǒng)。
俄羅斯也有類似的系統(tǒng)，名叫GLONASS系統(tǒng)。但由于俄經(jīng)濟(jì)困難，且衛(wèi)星壽命短，星座不能保持足夠數(shù)目，影響了其正常功能。
定位原理編輯
靜態(tài)定位中，GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機(jī)高精度地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。而動態(tài)定位則是用GPS接收機(jī)測定一個運(yùn)動物體的運(yùn)行軌跡。GPS信號接收機(jī)所位于的運(yùn)動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走的車輛等）。載體上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對地球而運(yùn)動，接收機(jī)用GPS信號實時地測得運(yùn)動載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。
GPS應(yīng)用編輯
在長途班車、旅游客車、危險品運(yùn)輸車輛上安裝車載GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)后，通過中心監(jiān)控系統(tǒng)可以對車輛進(jìn)行實時監(jiān)控，對管理部門監(jiān)督駕駛員超速行車、疲勞駕駛、提高運(yùn)輸生產(chǎn)組織水平等具有積極的輔助管理作用；同時監(jiān)控中心可對與正處于超速、拋錨等情況的長途營運(yùn)車實施報警功能，從而降低交通事故的發(fā)生率，提高運(yùn)輸安全生產(chǎn)具有積極的意義。目前車載GPS系統(tǒng)已被相關(guān)管理部門和企業(yè)所認(rèn)識并正在積極推廣應(yīng)用中。
接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分。對于測地型接收機(jī)來說，兩個單元一般分成兩個獨立的部件，觀測時將天線單元安置在測站上，接收單元置于測站附近的適當(dāng)?shù)胤?，用電纜線將兩者連接成一個整機(jī)。也有的將天線單元和接收單元制作成一個整體，觀測時將其安置在測站點上。
GPS接收機(jī)一般用蓄電池做電源。同時采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外電池的過程中，機(jī)內(nèi)電池自動充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止丟失數(shù)據(jù)。
NMEA協(xié)議編輯
NMEA協(xié)議是為了在不同的GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的BTCM（海事無線電技術(shù)委員會）標(biāo)準(zhǔn)，由美國國家海洋電子協(xié)會（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通訊協(xié)議。GPS接收機(jī)根據(jù)NMEA-0183協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到PC機(jī)、PDA等設(shè)備。
NMEA-0183協(xié)議是GPS接收機(jī)應(yīng)當(dāng)遵守的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是目前GPS接收機(jī)上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的GPS接收機(jī)、GPS數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件都遵守或者至少兼容這個協(xié)議。 不過，也有少數(shù)廠商的設(shè)備使用自行約定的協(xié)議比如GARMIN的GPS設(shè)備（部分GARMIN設(shè)備也可以輸出兼容NMEA-0183協(xié)議的數(shù)據(jù)）。
應(yīng)用舉例編輯
國際領(lǐng)先GPS導(dǎo)航儀品牌：Ahada（艾航達(dá)）――源自美國硅谷，現(xiàn)已登錄中國！
Ahada（艾航達(dá)）――專注于發(fā)展先進(jìn)的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航便攜式設(shè)備供應(yīng)商，公司產(chǎn)品線涉及便攜式導(dǎo)航、GPS手機(jī)導(dǎo)航及個人手持導(dǎo)航裝置等全系列GPS便攜產(chǎn)品。
Ahada（艾航達(dá)）――在美國硅谷、中國分別成立研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的機(jī)構(gòu)，匯集多位在GPS、通訊領(lǐng)域擁有多年經(jīng)驗的國際化一流科技精英，實現(xiàn)Ahada的領(lǐng)先技術(shù)和卓越品質(zhì)。
國內(nèi)上線首款產(chǎn)品：Ahada N310――高性價比機(jī)王（為商務(wù)精英和白領(lǐng)女性量身定做的GPS導(dǎo)航儀機(jī)型）產(chǎn)品核心功能：
1） 地圖查詢
◎可以在操作終端上搜索你要去的目的地位置。
◎可以記錄你常要去的地方的位置信息，并保留下來，也和可以和別人共享這些位置信息。
◎模糊的查詢你附件或某個位置附近的如加油站，賓館、取款機(jī)等信息，
2）路線規(guī)劃
◎GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)會根據(jù)你設(shè)定的起始點和目的地，自動規(guī)劃一條線路。
◎規(guī)劃線路可以設(shè)定是否要經(jīng)過某些途徑點。
GPS系統(tǒng)
GPS系統(tǒng)
◎規(guī)劃線路可以設(shè)定是否避開高速等功能。
3）自動導(dǎo)航
◎語音導(dǎo)航：
用語音提前向駕駛者提供路口轉(zhuǎn)向，導(dǎo)航系統(tǒng)狀況等行車信息，就像一個懂路的向?qū)Ц嬖V你如何駕車去目的地一樣。導(dǎo)航中最重要的一個功能，使你無需觀看操作終端，通過語音提示就可以安全到達(dá)目的地。
◎畫面導(dǎo)航：
在操作終端上，會顯示地圖，以及車子現(xiàn)在的位置，行車速度，目的地的距離，規(guī)劃的路線提示，路口轉(zhuǎn)向提示的行車信息。
◎重新規(guī)劃線路：
當(dāng)你沒有按規(guī)劃的線路行駛，或者走錯路口時候，GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)會根據(jù)你現(xiàn)在的位置，為你重新規(guī)劃一條新的到達(dá)目的地的線路。
GPS系統(tǒng)的特點編輯
全球定位系統(tǒng)的主要特點：
(1)全球、 全天候工作。
①定位精度高。單擊定位精度優(yōu)于10m，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級和毫米級。
②功能多，應(yīng)用廣。
GPS系統(tǒng)的特點：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應(yīng)用廣泛等。
1、定位精度高
應(yīng)用實踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50KM以內(nèi)可達(dá)10-6，100-500KM可達(dá)10-7，1000KM可達(dá)10-9。在300-1500M工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm,校差中誤差為0.3mm。
2、觀測時間短
隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。
GPS系統(tǒng)的構(gòu)成編輯
空間部分
GPS的空間部分是由21顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°。此外,還有3 顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星,并能在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息。GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導(dǎo)航精度會逐漸降低。
地面控制系統(tǒng)
地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、
gps系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
gps系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
地面天線(Ground Antenna)所組成,主控制站位于美國科羅拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息,并計算衛(wèi)星星歷、相對距離,大氣校正等數(shù)據(jù)。
用戶設(shè)備部分
用戶設(shè)備部分即GPS 信號接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設(shè)備。GPS 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外電源時機(jī)內(nèi)電池自動充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前各種類型的接受機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。其次則為使用者接收器,現(xiàn)有單頻與雙頻兩種,但由于價格因素,一般使用者所購買的多為單頻接收器。