GPS原理介绍

牛公

GPS介绍
    GPS介绍
全球定位系统（NAVSTAR GPS，NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System，以下简称GPS）原是美国国防部为了军事定时、定位与导航的目的所发展，希望以卫星导航为基础的技术可构成主要的无线电导航系统，未来并能满足下一个世纪的应用。第一颗GPS卫星在1978年发射，首十颗卫星称为BLOCK I试验型卫星，从1989年到1993年所发射的卫星称为BLOCK II/IIA量产型卫星，第二十四颗BLOCK II/IIA卫星在1994年发射后，GPS已达到初步操作能力（Initial Operational Capability，IOC），24颗GPS卫星提供全世界24小时全天候的定位与导航信息。美国空军太空司令部于1995年4月27号宣布GPS已达到完整操作能力（Full Operational Capability），将BLOCK I卫星加以汰换而24颗卫星全部为BLOCK II/IIA卫星，之后又发射四颗BLOCK IIA及一颗BLOCK IIR卫星，成功地满足军事实务的操作。由于此技术的迅速发展，使得民间应用的需求与日遽增，对于传统导航方式更有革命性的影响。
全球卫星定位系统介绍
+ f8 d. \: i& {* f2 s& T全球卫星定位系统实际上是由24颗卫星所组成，其中有3颗为备用卫星，这些卫星分布于距地表20,200公里的上空，而且分属于6个轨道面；卫星轨道面倾斜角为55度﹐提供全球全天候﹐每秒一次﹐持续不断的定位讯号。这些卫星每11小时58分环绕地球一次，即每天绕过您的头顶二次，就像是月球一样不停地绕着地球旋转，其速度约每秒1.8哩。这些卫星需要地面管制站随时加以监控是否GPS卫星在其正确的轨道上及正常运作，另外监控中心可上传资料给卫星，卫星再将这些信息下传给GPS使用者使用。地面共有五个监控中心，四个上传资料站及一个控制中心，这些控制站以纬度来划分其所控制的卫星。在概念上﹐GPS是代表着整个系统﹐包括天空上的卫星、地面控制站及GPS接收机。不过一般而言﹐GPS即意指一个GPS接收机﹐这是因为我们在使用上多半只会接触GPS接收机的缘故。一般所使用之GPS接收机在任何时刻接收到4颗或更多的卫星。
; ]  V: t; _# C; t    GPS定位原理
简单的说GPS如何运作：每一颗卫星会告诉您使用的接收机三件事，我是第几号卫星，我现位置在那里，我什么时候送这讯息给您。当您的GPS接收机接收到这些资料后会将星历资料及Almanac存起来使用，这些资料也用做修正GPS接收机上的时间。GPS接收机比较每一卫星讯号接收到的时间及本身接收机的时间的不同，而计算出每一卫星道接收机的距离。接收机若在接收到更多卫星时，它可利用三角公式计算出接收机所在位置。三颗卫星可做所谓2D定位(经度及纬度)，四颗或更多卫星可做所谓3D定位(经度、纬度及高度)。接收机继续不段地更新您的位置，所以它可计算出您的移动方向及速度。
     
% N8 v9 `5 ]2 |    GPS和GIS
! K' U0 j5 N# S7 b% ?0 e# Z    绝大多数单独的GPS接收机以经纬度和GPS高度表示位置。但是坐标如北纬24度，东经121度和100公尺高对你决定所在位置并不很好用，你还需要知道你在地图上的位置。GIS地理信息系统是存于计算机中的地图数据库(Database)，GIS能比纸上地图更为精致复杂。它可以是三度空间以显示地形图，也可包括其它有用的信息，如加油站、旅游胜地的照片等等，汽车导航系统就是GPS和GIS之组合，这种应用被人看好是21世纪GPS市场中最庞大的一部分。另需特别注意GPS的高度。它并不是真正距地面上的高度，也不是海平面上的高度，因为GPS接收机不是GIS，并不知道外面世界的真象。
! S/ Q/ w7 ~8 J8 \- Z9 y% F    GPS系统
; \' B7 P6 J8 X6 N0 L+ `0 V9 p5 S% a    GPS系统包含三大主要部分：（1）太空部分（2）地面部分（3）使用者部分。
（1）太空部分：包括27颗卫星，其装备有相当高精确度的铯或铷原子钟，其精确度可到达3ns（3x10-9秒），精确的测时是相当重要的，因为接收机必须知道信号从卫星上发射到接收机接收所花的时间，藉此精确的时间方可得到从卫星到接收机精确的距离。当可收到四颗卫星时，可做三维空间的定位。
$ k1 c; O  p& g  r* p/ z（2）地面部分：包括一个主控制站，三个地面天线及五个监视站。五个监视站均匀分布在全球各地，主控制站位元元于Colorado Springs。五个监视站中之三个同时亦为地面天线所在。每个监视站均有一个GPS双频接收机、标准原子钟、传感器及数据处理机，且其坐标均经过美国国防部制图局精密测量而得。每个监视站，每天24小时不停地连续追踪观测每一颗卫星，并将每1.5秒之虚拟距离观测量及观测所得之气象资料及电离层资料联合求解得每15分钟一组之匀化数据，然后将数据再传送到主控制站，主控制站即统合各监视站之资料并据以计算卫星星历、卫星时表改正量及电离层改正系数等，并且将所得结果汇集成导航信息先传递到地面天线处，再由地面天线传回到各卫星上，用以更新卫星内之资料。地面天线利用S频道之无线电波传送资料到卫星。正常情形下每隔8小时就会传一次资料回到卫星上。
（3）使用者部分：可以是一个手持型或是安装于载具上的GPS接收机，其装备之接收机时钟不如卫星时钟精确，这是考虑到成本问题，所以在之后所提到的伪距公式中会多出一项接收机时表误差。
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    GPS的应用介绍
# I6 @/ v* V" N3 E5 Y4 z    (1)、资源调查﹐土地探测
; q* v) j. n6 n" t2 B7 B　　例如﹕森林区、山坡地违规开发查报工作。使用GPS可顺利导航至可疑之变异点﹐并直接查询调阅地籍图等相关资料以利研判。
    (2)、导航定位：车辆，航空，航海
　　例如﹕汽车卫星导航系统﹐于美国日本已相当风行﹐台湾仍在萌芽阶段。在可预见的未来﹐所有的飞行器将使用GPS做导航的标准设备﹐在飞机起降的时候﹐无须依赖机场地面的导航设备。
& T$ ?- w" X  @   (3)、大地测量﹐一般测量

秀秀

我都有少少明白，公司车有用到

牛公

应该可以，大家学习了解下应该没问题吧

yupopp

好详细，我是明白了，不知个D外行能否睇得明。。。。