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一.全球定位系统GPS简介
全球定位系统(GlobalPositioningSystem,简称GPS)是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。
它可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。
系统由美国国防部研制和维护,可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。
该系统包括太空中的24颗GPS卫星;地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。
最少只需其中4颗卫星,就能迅速确定用户端在地球上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精确。
该系统是由美国政府于20世纪70年代开始进行研制于1994年全面建成。
使用者只需拥有GPS接收机,无需另外付费。
GPS信号分为民用的标准定位服务(SPS,StandardPositioningService)和军规的精确定位服务(PPS,PrecisePositioningService)两类。
由于SPS无须任何授权即可任意使用,原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击,故在民用讯号中人为地加入误差以降低其精确度,使其最终定位精确度大概在100米左右;军规的精度在十米以下。
2000年以后,克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。
因此,现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。
GPS系统拥有如下多种优点:
全天候,不受任何天气的影响;全球覆盖(高达98%);三维定速定时高精度;快速、省时、高效率;应用广泛、多功能;可移动定位;不同于双星定位系统,使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性,提高了其军事应用效能。
(一)GPS的概念
被过滤广告从事交通物流行业的很多人都在说GPS,很多私家车车主在购买新车时也选配GPS系统,那么GPS到底是什么?
据上海森泰克公司专业从事GPS产品研发的人员介绍,GPS是Glob
alPositioningSystem的简称,即全球卫星定位系统。
目前除美国外,还有俄罗斯、欧盟全球定位系统,而我们通常意义上的G
PS是指美国全球卫星定位系统。
它通过接受美国发射的24颗卫星中任意3颗以上卫星所发射的导航信号,可以在任何地点、任何时候准确地测量到物体瞬时的位置,确切地说是物体的经纬度、高度、速度等位置信息。
GPS最初只是运用于军事领域。
目前GPS已被广泛应用于交通行业,它利用GPS的定位技术结合无线通信技术(GSM或CDMA)、地理信息管理系统(GIS)等高新技术,实现对车辆的监控,经过GSM网络的数字通道,将信号输送到车辆监控中心,监控中心通过差分技术换算位置信息,然后通过GIS将位置信号用地图语言显示出来,最终可通过服务中心实现车辆的定位导航、防盗反劫、服务救援、远程监控、轨迹记录等功能。
国外GPS已被广泛应用于公交、地铁、私家车等各方面,目前,国内GPS的应用还处于萌芽状态,但发展势头迅猛,交通运输行业已充分意识到它在交通信息化管理方面的优势。
目前,国内主要是通过语音导航,车主可以通过车辆的监控中心得到车辆所在位置。
同时也可以向该中心查询行走路线。
这种语音导航与国外的电子地图相比,虽然并不完美,但它可以减轻车主边开车边看地图的压力,车主只要通过免提电话,便可以轻松得到指引。
(二)全球卫星定位系统的发展历程
全球定位系统(GlobalPositioningSystem,简称GPS),又称全球卫星定位系统,是一个中距离圆形轨道卫星导航系统。
它可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。
系统由美国国防部研制和维护,可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和计时的需要。
GPS系统包括太空中的24颗GPS卫星,地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。
最少只需其中3颗卫星,就能迅速确定用户端在地球上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
的位置就越精确。
该系统由美国政府于20世纪70年代开始进行研制并于1994年全面建成。
使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务,无需另外付费。
GPS信号分为民用的标准定位服务(SPS,StandardPositioningService)和军规的精确定位服务(PPS,PrecisePositioningService)两类。
由于SPS无须任何授权即可任意使用,原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击,故在民用信号中人为地加入误差(即SA政策,SelectiveAvailability)以降低其精确度,使其最终定位精确度大概在100m左右;军规的精度在10m以内。
2000年以后,克林顿政府决定取消对民用信号的干扰。
因此,现在民用GPS也可以达到10m左右的定位精度
GPS系统拥有如下多种优点:
全天候,不受任何天气的影响;全球覆盖(高达98%);三维定速定时高精度;快速、省时、高效率;应用广泛、多功能;可移动定位;不同于双星定位系统,使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性,提高了其军事应用效能。
GPS系统发展历程
自1978年以来已经有超过50颗GPS和NAVSTAR卫星进入轨道。
GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit),1958年研制,1964年正式投入使用。
该系统用5~6颗卫星组成的星网工作,每天最多绕过地球13圈,并且无法给出高度信息,在定位精度方面也不尽如人意。
然而,子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验,并验证了由卫星系统进行定位的可行性,为GPS系统的研制埋下了铺垫。
由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。
美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
二.GPS计划实施的三个阶段
计划实施
GPS计划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采用双子座火箭发射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20000km。
这一阶段主要研制了地面接收机及建立地面跟踪网,结果令人满意。
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颗称为blocki的试验卫星,研制了各种用途的接收机。
实验表明,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。
第三阶段为实用组网阶段。
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功,这一阶段的卫星称为blockii和block。
此阶段宣告GPS系统进入工程建设状态。
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。
(一)GPS的组成
1.空间部分
GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星;3颗备用卫星),它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗),轨道倾角为55°。
卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能在卫星中预存导航信息,GPS的卫星因为大气摩擦等问题;随着时间的推移,导航精度会逐渐降低。
2.地面控制系统
地面控制系统由监测站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天线(GroundAntenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(ColoradoSpring)。
地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。
3.用户设备部分
用户设备部分即GPS信号接收机。
其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。
当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。
根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。
GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。
接收机一般采用机内和机外两种直流电源。
设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。
在用机外电源时机内电池自动充电。
关机后机内电池为RAM存储器供电,以防止数据丢失。
目前各种类型的接受机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测使用。
(二)GPS的工作原理
GPS的工作原理,简单地说来,是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。
首先我们假定卫星的位置为已知,而我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离,那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。
进一步,我们又测得点A至另一卫星的距离,则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。
我们还可测得与第三个卫星的距离,就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。
根据一些地理知识,可以很容易排除其中一个不合理的位置。
当然也可以再测量A点至另一个卫星的距离,也能精确进行定位。
以上所说,要实现精确定位,要解决两个问题:
其一是要确知卫星的准确位置;
其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。
下面我们看看怎样来做到这点。
怎样确知卫星的准确位置
要确知卫星所处的准确位置。
首先,要通过深思熟虑,优化设计卫星运行轨道,而且,要由监测站通过各种手段,连续不断监测卫星的运行状态,适时发送控制指令,使卫星保持在正确的运行轨道。
将正确的运行轨迹编成星历,注入卫星,且经由卫星发送给GPS接收机。
正确接收每个卫星的星历,就可确知卫星的准确位置。
这个问题解决了,接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。
卫星是远在地球上层空间,又是处在运动之中,我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量,那么又是如何来做的呢?
如何测定卫星至用户的距离
我们过去都学过这样的公式:
时间X速度=距离。
我们也从物理学中知道,电波传播的速度是每秒钟三十万公里,所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间,就能利用速度乘时间等于距离这个公式,来求得距离。
所以,问题就归结为测定信号传播的时间。
要准确测定信号传播时间,要解决两方面的问题。
一个是时间基准问题。
就是说要有一个精确的时钟。
就好比我们日常量一张桌子的长度,要用一把尺子。
假如尺子本身就不标准,那量出来的长度就不准。
另一个就是要解决测量的方法问题。
(三)GPS功能介绍
GPS即全球卫星定位系统,GPS系统的特点:
高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。
1.船舶远洋导航和进港引水2.飞机航路引导和进场降落3.汽车自主导航4.地面车辆跟踪和城市智能交通管理5.紧急救生6.个人旅游及野外探险7.个人通讯终端(与手机,PDA,电子地图等集成一体)1.电力,邮电,通讯等网络的时间同步2.准确时间的授入3.准确频率的授入1.各种等级的大地测量,控制测量2.道路和各种线路放样3.水下地形测量4.地壳形变测量,大坝和大型建筑物变形监测类似车载GPS终端的还有定位手机、个人定位器等。
GPS卫星定位由于要通过第三方定位服务,所以要交纳不等的月/年服务费。
目前所有的GPS定位终端,都没有导航功能。
因为再需要增加硬件和软件,成本提高。
我们在电视里看到的车载GPS广告,和上述的车载GPS完全是两回事。
它是一种GPS导航产品,当需要导航时,首先定位,也就是导航的起点,这与真正的GPS定位是不同的,它不能把定位信息传送到第三方和持有人那里,因为导航仪中缺少手机功能。
比如你把导航仪放在车里,你朋友把车借开走了,导航仪不能发信息给你,那你就无法查找车辆位置。
所以导航仪是不能定位的。
你说我买的是导航手机该行了吧,你想想,你把导航手机放在车上,现在车被盗了,那个手机会自己给你或第三方打电话发短信吗?
它是需要人来操作的。
所以说目前的导航终端都没有定位功能。
导航终端可以导航路线,让你在陌生的地方不迷路,划出路线让你到达目的地,告诉你自己当前位置,和周边的设施等等。
中国目前在GPS应该上取得了很大的市场.其中有很多公司是导航的.但是也有在GPS行业做定位管理的。
各种GPS/GIS/GSM/GPRS车辆监控系统软件、GSM和GPRS移动智能车载终端、系统的二次开发车辆监控系统整体搭建方案.系统广泛应用于公安,医疗,消防,交通,物流等领域。
该方案基于NXP的PNX1090移动多媒体处理器硬件和由NXP与合作伙伴ALKTechnologies联合开发的软件。
NXP声称,该方案提供了设计师搭建一个带导航能力的低成本、多媒体功能丰富的便携式媒播放器所需的一切,这些多媒体功能包括:
MP3播放、标准和高清晰度视频播放和录制、FM收音、图像存储和游戏。
NXP以其运行于PNX0190上的Persona软件来实现GPS计算,从而取代了一个GPS基带处理器,进而降低了材料清单(BOM)成本并支持现场升级。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,以及人为的SA保护政策,使得民用GPS的定位精度只有100米。
为提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技术,建立基准站(差分台)进行GPS观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。
接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。
实验表明,利用差分GPS(DGPS),定位精度可提高到5米。
三.GPS车载导航
主要由主机、显示屏、操作键盘(遥控器)和天线组成。
它实现了野外踏勘、出游旅行的数字化智能导航。
它具有准确的地图、地理信息,清晰的行进路线。
全球全天候适时性的应用,永无盲区,免费的卫星资源更使用户随心所欲,畅心使用。
多种的数据信息,位置坐标,航行路程、航行时间、方位、偏航方位角、偏航距离、预设报警。
无论您在茫茫的阔野草原、野花飘香、溪水叮咚的青山幽谷,还是繁华喧嚣的都市,他都能使您在工作、畅游之际随时准确到达目的地。
GPS汽车应用系统的未来似乎是无可限量,技术进步带来的梦想也是没有止境的。
对于现代人而言,GPS已经不是一个陌生的名词了。
虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的,但很快在民用方面得到了极大的发展。
通过商业通信卫星,把GPS应用到车辆导航上面,为汽车驾车人指路,就成为了车载导航系统(又称为汽车导航系统,可简写为CIPS)。
另一方面,传统的地图常常不能够跟得上街道的变化,又难以辨认,往往使得开车的人无法获得准确的指令。
所以,能够利用高空上的卫星信号为汽车准确而又及时导航定位的卫星导航系统,就成了无价之宝。
目前,人们不但可以在购买新车时选择导航系统作为选择配置,还可以在已有的汽车上安装该设备,甚至可以配置一台移动式的卫星导航系统,开那辆车就把它放到那辆车上,或者带着它去野游、爬山。
目前市场上的GPS导航仪种类很多,消费者选购时需注意,作为成熟的GPS车载导航设备,应具有的基本功能包括:
GPS卫星导航定位、电子地图浏览查询、智能的路线规划、全程的语音提示。
其中,电子地图的数据量与详细程度最为重要,除了丰富的城市地图外,全国的公路网图也是不可或缺的,否则导航仪
车载导航系统
可就出城不认路了。
此外,机器的外形、安装方式、物理性能也是值得注意的,选择安装程序简便、外形美观、防水抗震、收星稳定的GPS车载导航仪会令使用者得心应手。
赣西科技职业学院
毕业论文(设计)
题目:
全球卫星定位系统GPS的现状与应用
学号:
091142055
姓名:
韩秀贤
年级:
2009级
系别:
汽车工程系
专业:
汽车检测与维修
指导老师:
简文渊
完成日期:
2011年10月20日
课程设计(论文)诚信声明
本人郑重声明:
所呈交的课程设计(论文)是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
就我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果,也不包含为获得赣西科技职业学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。
如在文中涉及抄袭或剽窃行为,本人愿承担由此而造成的一切后果及责任。
本人签名:
韩秀贤_____
导师签名:
2011年11月日
摘要
GPS是指全球卫星定位系统,车载GPS,顾名思义,它是由"GPS"和"车载"两个词所形成的。
其中,"车载"的意思就是指装在车上的或者应于车上的意思,这里所指的车有摩托车、火车、汽车等等。
GPS在我国的应用现状还处在一个初步启动的阶段,其主要就是应用于车载导航,由于中国人口庞大,GPS的市场也非常之巨大。
本文通过对车载GPS进行简介,从而分析我国车载GPS系统的应用现状,及其对其在中国的发展前景.
全球卫星定位系统(GPS)的全面建成与发展,导致了导行和测绘行业的一场深刻的技术革命。
GPS的用途非常广泛:
军事气象地震水利农林测绘等等。
利用GPS监测现代板块运动状态,捕获地震信息,并与航测快速成图技术相结合,必须导致地理信息系统全球坏境遥感监测和自然灾害遥感实时监测的
革命技术。
关键词:
全球卫星定位;工作原理;用途广范;展望
Taketo
GPSisaglobalsatellitepositioningsystem,vehicleGPS,justasitsnameimplies,itisby"GPS"and"vehicle"twowordsformedby.Amongthem,"vehicle"meansthatisinstalledonthevehicleorinthevehicleshouldmean,referredtohereasacar,train,automobileandmotorcycle.GPSapplicationcurrentsituationinourcountryisstillinapreliminarystageofitsstart,ismainlyappliedtovehiclenavigation,becauseofChina'shugepopulation,GPSmarketistremendous.ThisarticlethroughtothecarGPSbriefly,andanalyzesourcountrycarGPSsystemapplicationstatus,anditsdevelopmentprospectinchina.
Globalpositioningsystem(GPS)iscomprehensivebuildwithdevelopment,ledtothenavigationandsurveyingandmappingindustryaprofoundtechnologyrevolution.GPSuseisveryextensive:
militarymeteorologyearthquakewaterconservancyforestrymappingandsoon.UsingGPStomonitorthestateofmodernplatetectonicmotioncapture,seismicinformation,andaerialrapidmappingtechnology,mustleadtogeographicinformationsystemglobalenvironmentremotesensingmonitoringandnaturaldisasterremotesensingmonitoring
Revolutionarytechnology.
Keywords:
theglobalpositioningsatellite;workingprinciple;widepros目录
1.全球定位系统GPS简介.................................................................................
(1)
(一)GPS的概念...................................................................................................
(1)
(二)全球卫星定位系统的发展历程...................................................................
(2)
二.GPS计划实施的三个阶段...............................................................................(3)
(一)GPS的组成...................................................................................................(4)
(二)GPS的工作原理...........................................................................................(5)
(三)GPS功能介绍...............................................................................................(6)
三.GPS车载导航...................................................................................................(7)
(一)汽车GPS定位原理........................................................................................(9)
(二)GPS卫星跟踪定位器....................................................................................(10)
四.GPS系统应用现状及前景................................................................................(11)
五.GPS卫星定位装置的主要用途是什么?
........................................................(13)
六.GPS卫星定位系统的应用.............................................................................(15)
七.中国车载GPS技术发展趋势及展望............................................................(19)
致谢........
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