GPS定位系统的设计剖析.doc

1 绪论 自从GPS定位体系诞生以后，便在定位等领域取得了快速的发展，同时也吸引了世界各地投资者的眼球。GPS定位系统的定位效率与精度都比较高，能够全天候的对全球进行定位的覆盖，该系统有较多的功能，且操作方式也较为简单。GPS定位系统广泛的用于车辆跟踪定位与城市交通管理方面。 众所周知，自人造卫星出现以来，立即就引起了各个国家的军事集团极度的重视。美国海军武器实验室于1958年底开始建立为美国的军用舰艇提供定位的系统，即海军定位卫星系统。系统中卫星的运行都经过地极，所以子午（Transit）卫星系统。此系统建成于1964年，系统完成后便在开始运用于美国的军方，在1967年美国决定解密该系统，并将此系统提供给民众使用。因为此系统运作时不受气候的影响，并有较高的自动化程度，且定位的精度较高，所以他的建成同时也引起了地测学家的广大关注。在这个系统提供给大众使用之后，于大地测量等领域取得了众多令人瞩目的成就。 卫星定位技术的将逐步取代无线电定位、天文定位一些较传统的定位，定位的精度，全天候、实时性方面都的进步。现在该系统不但运用于大地勘测，电离层勘测与航天器的定位等众多民用领域，在军事的方面更是得到了广泛的使用，卫星定位的技术在导弹、野外指挥、弹道精确测量以及等领域都大量的用。GPS海、陆、空进行定位，为导弹，为大地测量和工程测量进行精密定位，同时还进行时间与速度的测量等，对于测绘领域，建立度的大地测量控制网GPS卫星定位技术。由于卫星定位定位技术在明用与军事等领域的重要作用，使其备受众多国家的重视。 。，。随着科技的进步，这些设备的功能越来越多几乎每个月都会出现新的功能，但价格在下跌，设备的尺寸也越来越小了。在两三年前，GPS设备还像奢侈品一样令人望而止步，而现在大众终于能用上一款GPS设备了，并带有许多先进的功能。在全球范围内都可以通过GPS定位系统接收GPS卫星信号并经过处理对用户进行实时的定位跟踪，该系统广泛应用于中国的水利，电力，交通，资源勘探，工程测量，大地测量和定位等方面。 目前，全球八大无线工业中GPS产业便是其中之一，该产业的发展速度也极快，这片市场也被世界各国所看好。与此同时，我国也加快了GPS产业化的发展脚步，并已经自主研发出了我国独有的“北斗”卫星定位系统。 近几年来，我国的汽车工业发展越来越快，私家车也已经开始进入每家每户，同时也带动了我国GPS行业的发展。到目前为止，我国估计的汽车所有量可能已达到8000万以上，数据仅次于美国。在未来，中国的汽车产业还会有巨大的发展，专家估计在未来我国的汽车数量可能会达到4.9亿量以上。GPS定位系统能够通过接收的GPS卫星信号在市内道路、高速公路，甚至在荒无人烟的沙漠与戈壁滩上为汽车提供定位，司机可以通过定位信息找到到达目的地的正确路线。GPS定位系统这一市场也因汽车产业的发达得到快速的发展。因此，我国的GPS市场将会巨大的发展，在未来的几年，我国有望成为全世界最大的GPS市场，定位设备将被更多的消费者所接受，设备的价格也将逐步下跌。 GPS系统的三大要素是由GPS卫星星座组成空间部分，地面监控系统组成的地面控制部分与GPS信号接收机组成的用户设备部分构成的。 （1）GPS卫星星座 由21颗常用卫星与3个常备卫星组成了GPS卫星星座[2]。GPS卫星向地面发送两个157.42MHz与1227.60MHz波段的载波信号，分别被称为L1波段与L2波段，为了确保稳定的频率，人们将具有很高精度的原子钟安装在卫星上，能够为全球范围内的用户提供全天候的连续高精度的实时三维定位、测速与授时的服务。 （2）地面监控系统 由设在美国本土以及分布于全球范围内的5个监控站组成的GPS地面控制系统，不间断的监测GPS卫星的信息，并将预报和计算的数据由注入站更新卫星的信息。主控站坐落在美国科罗拉多州的斯平士[3]。 GPS卫星定位系统的地面监控系统一共分为三个部分，分别是1个主控站，分布在美国美军基地上。 监测站：卫星的伪距与距离差用GPS接收系统来测，气象数据，主控站采集到的数据 主控站：主控站主要是监测站的GPS卫星采集的数据、卫星工作状态信息、每个监测站和注入站的工作状态信息。根据的各数据，及时编算卫星的定位数据传送到注入站，监测站之间注入站之间控制和协调的工作，诊断卫星的工作，完成各种相关的工作。 注入站：各个卫星定位电文主控站发出并将其注入在其上空的每颗卫星。 系统的工作流程（1）搜寻到可被使用的卫星并接收该卫星的信号，同时与接收到的卫星信号进行同步，得到有关于定位的信息。 （2）计算位置所需要的信息可从定位电文中取得，时钟信息与星历信息都包含在这些信息内。 （3）计算出卫星位置的正确信息，这些信息中包含卫星目前的高度与方位角，从而对对流层进行必要的校正。 （4）算出伪距，校正电离层等