GPS

GPS应用
   GPS应用
  GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称,而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义:产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS.另外一种解释为G/s(GB per s)。

概述

·定义

  利用卫星,在全球范围内实时进行定位、导航的系统,称为全球定位系统,简称GPS

·GPS简介

  GPS功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素;这三个要素缺一不可;通过这三个要素,可以提供车辆防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。

·GPS前身

  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,64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作,每天最多绕过地球13次,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。
GPS导航仪
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  为此,美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划,并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星,在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统,这是GPS系统精确定位的基础。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个星群的计划,这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道 该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号,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。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位,空军的计划能供提供高动态服务,然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的,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计划局(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。

·计划

  最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了,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计划不得不减少卫星发射数量,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可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改:21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。

工作原理

·GPS导航系统的基本原理

  GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的,卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰,这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离,而是伪距(PR):当GPS卫星正常工作时,会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种,分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒,码间距1微秒,相当于300m;P码频率10.23MHz,重复周期266.4天,码间距0.1微秒,相当于30m.而Y码是在P码的基础上形成的,保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来,以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s.前三帧各10个字码;每三十秒重复一次,每小时更新一次。后两帧共15000b.导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块,其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时,提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离,再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置,用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。  可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而,由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步,所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数,然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置,至少要能接收到4个卫星的信号。  GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息;用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历;用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历,精度为几米至几十米(各个卫星不同,随时变化);以及GPS系统信息,如卫星状况等。  GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离,由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差,故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距,精度约为20米左右,对P码测得的伪距称为P码伪距,精度约为2米左右。  GPS接收机对收到的卫星信号,进行解码或采用其它技术,将调制在载波上的信息去掉后,就可以恢复载波。严格而言,载波相位应被称为载波拍频相位,它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测,保持对卫星信号的跟踪,就可记录下相位的变化值,但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的,起始历元的相位整数也是不知道的,即整周模糊度,只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米,但前提是解出整周模糊度,因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值,而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。  按定位方式,GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式,它只能采用伪距观测量,可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法,它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量,大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。  在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差,在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响,在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱,因此定位精度将大大提高,双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分,在精度要求高,接收机间距离较远时(大气有明显差别),应选用双频接收机。

·GPS定位原理

  GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。如图所示,假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机,可以测定GPS信号到达接收机的时间△t,再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式)

主要功能

  1.跟踪定位  2.轨迹回放  3.超速报警  4.里程统计  5.拖车报警  6.车辆远程控制  7.紧急报警  8.车辆调度

组成部分

·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。
GPS导航仪
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·地面控制系统

  地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。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。

·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。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。

GPS术语

  1.GPS Generalized Processor Sharing 通用处理器共享  2.GPS Global Positioning System 全球定位卫星/系统  3.[GPSS]General Purpose Systems Simulator通用系统模拟器  4.[DGPS]Differential GPS差分GPS,差分全球定位系统  5.GPS General Phonetic Symbols 捷易读注音符

计划实施

  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“BLOCK I”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“BLOCK II” 和 “BLOCK IIA”.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。

相对论为GPS提供了所需的修正

  全球定位系统GPS卫星的定时信号提供纬度、经度和高度的信息,精确的距离测量需要精确的时钟。因此精确的GPS接受器就要用到相对论效应。  准确度在30米之内的GPS接收机就意味着它已经利用了相对论效应。华盛顿大学的物理学家Clifford M. Will详细解释说:“如果不考虑相对论效应,卫星上的时钟就和地球的时钟不同步。”相对论认为快速移动物体随时间的流逝比静止的要慢。Will计算出,每个GPS卫星每小时跨过大约1.4万千米的路程,这意味着它的星载原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。  而引力对时间施加了更大的相对论效应。大约2万千米的高空,GPS卫星经受到的引力拉力大约相当于地面上的四分之一。结果就是星载时钟每天快45微秒, GPS要计入共38微秒的偏差。Ashby解释说:“如果卫星上没有频率补偿,每天将会增大11千米的误差。”(这种效应事实上更为复杂,因为卫星沿着一个偏心轨道,有时离地球较近,有时又离得较远。)

·GPS前景

  由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点,作为先进的测量手段和新的生产力,已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。  随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展,美国政府宣布2000年至2006年期间,在保证美国国家安全不受威胁的前提下,取消SA政策,GPS民用信号精度在全球范围内得到改善,利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米,这将进一步推动GPS技术的应用,提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量,刺激GPS市场的增长。据有关专家预测,在美国,单单是汽车GPS导航系统,2000年后的市场将达到30亿美元,而在中国,汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见,GPS技术市场的应用前景非常可观。

·GPS特点

  全球定位系统的主要特点:  (1)全球、 全天候工作。  ①定位精度高。单机定位精度优于10m,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。  ②功能多,应用广。  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.定位精度高  应用实践已经证明,GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6,100-500KM可达10-7m,1000KM可达10-9m.在300-1500M工程精密定位中,1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm,与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较,其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm.  2.观测时间短  随着GPS系统的不断完善,软件的不断更新,目前,20KM以内相对静态定位,仅需15-20分钟;快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距在15KM以内时,流动站观测时间只需1-2分钟,然后可随时定位,每站观测只需几秒钟。

应用

  主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。例如:  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  5.GIS应用  6.工程机械(轮胎吊,推土机等)控制  7.精细农业  GPS在巡线车辆管理的特定运用  ●概述  巡线车辆监控调度方案服务于需要通过车辆巡逻来监控线路状态的服务型企业或管理型部门。方案将线路的规划和实际的巡线工作结合起来,以业务关键点为核心,通过GPS实时监控获得车辆的位置信息来考察车辆的巡线任务完成情况,通过各车辆距离事发关键点的距离和车辆当前的状态自动进行可调度车辆的选取。最终结合车辆分析和周密的统计报表,行成可计划、可执行、可评价的巡线车辆监控调度方案。该方案由目前行业中的成功实践者666GPS提出,并在2010广州亚运会对中国电信巡线车辆成功运用。  GPS首次出现在军事应用  1989年,一群认真专注的工程师和一个伟大的产品构想,造就了今日全球卫星定位导航系统的领导品牌GARMIN-兼具最佳的销售成绩与专业技术。由制造当初在波斯湾战争中被联军采用的第一台手持GPS,到现今成为GPS 的第一品牌,GARMIN的产品以更优良的功能和用途远远超越传统GPS接收器,并为GPS立下一崭新的里程碑。  为了缓解当时“沙漠风暴”行动时军用GPS接收装置短缺的问题,美军考虑购买民用GPS接收装置。民用接收装置的导航功能和军用装置完全一样,只不过不能识别军用加密信号而已。因此,到了“沙漠盾牌”军事行动的时候,美国国防部就提前购买了数千套民用GPS接收装置装备各参战部队,占到了所有的5300套接收装置的85%.  GPS在道路工程中的应用  GPS在道路工程中的应用,目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展,对勘测技术提出了更高的要求,由于线路长,已知点少,因此,用常规测量手段不仅布网困难,而且难以满足高精度的要求。目前,国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网,然后用常规方法布设导线加密。实践证明,在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右,达到了常规方法难以实现的精度,同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视,可构成较强的网形,提高点位精度,同时对检测常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景,GPS测量无需通视,减少了常规方法的中间环节,因此,速度快、精度高,具有明显的经济和社会效益。  GPS在个人定位中的应用  国内首款语音彩信GPS定位器-- 昱读全资科技语音彩信GPS定位器为列,它内置全国的地图数据,无需后 台支持,结合了GPS全球定位系统、GSM通信技术、嵌入式语音播报技术、GIS技术、GIS搜索引擎、图像处理技术和图像传输技术,直接回复终端中文地址、彩信、或语音播报地理位置  GPS在汽车导航和交通管理中的应用  三维导航是GPS的首要功能,飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合,可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。  GPS技术在导航仪中的应用举例  国际领先GPS导航仪品牌:Ahada(艾航达)――源自美国硅谷,现已登录中国!  产品核心功能:  1) 地图查询  ◎可以在操作终端上搜索你要去的目的地位置。  ◎可以记录你常要去的地方的位置信息,并保留下来,也和可以和别人共享这些位置信息。  ◎模糊的查询你附件或某个位置附近的如加油站,宾馆、取款机等信息,  2) 路线规划  ◎GPS 导航系统会根据你设定的起始点和目的地,自动规划一条线路。  ◎规划线路可以设定是否要经过某些途径点。  ◎规划线路可以设定是否避开高速等功能。  3) 自动导航  ◎语音导航:  ◎画面导航:  ◎重新规划线路:

GPS种类

  GPS卫星接收机种类很多,根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型;根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

·按接收机的用途分类

  1. 导航型接收机  此类型接收机主要用于运动载体的导航,它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量,单点实时定位精度较低,一般为±10m,有SA影响时为±100m.这类接收机价格便宜,应用广泛。根据应用领域的不同,此类接收机还可以进一步分为:  车载型--用于车辆导航定位;  航海型--用于船舶导航定位;  航空型--用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快,因此,在航空上用的接收机要求能适应高速运动。  星载型--用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上,因此对接收机的要求更高。  2. 测地型接收机  测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位,定位精度高。仪器结构复杂,价格较贵。  3. 授时型接收机  这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时,常用于天文台及无线电通讯中时间同步。  按接收机的载波频率分类  单频接收机  单频接收机只能接收L1载波信号,测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响,单频接收机只适用于短基线(<15km)的精密定位。  双频接收机  双频接收机可以同时接收L1,L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样,可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响,因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。  按接收机通道数分类  GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号,为了分离接收到的不同卫星的信号,以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测,具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为:  多通道接收机  序贯通道接收机  多路多用通道接收机  按接收机工作原理分类  码相关型接收机  码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。  平方型接收机  平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号,通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差,测定伪距观测值。  混合型接收机  这种仪器是综合上述两种接收机的优点,既可以得到码相位伪距,也可以得到载波相位观测值。  干涉型接收机  这种接收机是将GPS卫星作为射电源,采用干涉测量方法,测定两个测站间距离。  经过20余年的实践证明,GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。  类似车载GPS  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 Nexperia移动多媒体处理器硬件和由NXP与合作伙伴ALK Technologies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体播放器所需的一切,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swGPS Personal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。  跟随GPS 的一系列关联的应用都设计到数学和算法,和GIS系统,地图投影,坐标系转换!  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。

·GPS预警器

  GPS预警器是通过GPS卫星在GPS预警器中设定坐标来完成的,比如遇到一个电子眼,然后通过相关设备在电子眼的正下方设立一个坐标,这样,使得装上这个坐标点数据的预警器到达这个点时,在达到坐标点的前300米左右就会开始预警,告诉车主前面有电子眼测速,不能超速驾驶,这样就起到一个预警作用。这样的准确率跟数据点的多少是有关系的,主要就是利用卫星的定位来实现了。这种利用电子眼的经纬度信息进行预警的方式,关键在于电子眼数据的及时更新。这种产品的缺点在于不能测到流动性测速,目前有些反测速型的GPS导航仪,如凯旋智能预警GPS,配有反测速雷达机系统,GPS预警和反测速雷达机预警,两套系统同时工作,能够全面的实现电子眼预警的功能。

·GPStar智能GPS系统

  主要由两大部分组成,即;本地的监控中心软件管理平台和远程的GPS智能车载终端。远程的GPS智能车载终端将车辆所处的位置信息、运行速度、运行轨迹等数据传回到监控中心,监控中心接收到这些数据后,会立即进行分析、比对等处理,并将处理结果以正常信息或者报警信息两类形式显示给管理员,由管理员决定是否要对目标车辆采取必要措施。

GPS在新世纪的发展

  进入21世纪,全球定位系统(GPS)在各方面的应用都将加强和发展。本文对GPS走向21世纪时的最新发展情况,特别是当前国际GPS服务(1GS)的产品内容、应用和服务等方面作重点介绍。  一 、GPS连续运行站网和综合服务系统的发展? 在全球地基GPS连续运行站(约200个)的基础上所组成的IGS(International GPS Service),是GPS连续运行站网和综合服务系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息,如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的GPS信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目,包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、高分辨的推算地球自转速率及其变化、地壳运动等。  (1) IGS现在提供的轨道有三类:一是最终(精密)轨道,要在10-12天以后得到它,常用于精密定位;二是快报轨道,要在1天以后得到,它常用于大气的水汽含量、电离层计算等;还有一类是预报轨道。  关于对GPS星钟偏差方面的估计,目前只有两个IGS分析中心提供。IGS目前近200个永久连续运行的全球跟踪站中,使用的外部频率标准近70个,其中约30个使用氢钟,约20个使用铯原子钟,约20个使用铷原子钟,其余的使用GPS内部的晶体震荡器。  (2) IGS还提供极移和世界时信息。IGS公布的最终的每日极坐标(x,y),其精度为±0.1mas,快报的相应精度为±0.2mas.GPS作为一种空间大地测量技术,本身并不具备测定世界时(UT)的功能,但由于一方面GPS卫星轨道参数和UT相关,另一方面,也和测定地球自转速率有关,而自转速率又是UT的时间导数,因此IGS仍能给出每天的日长(LOD)值。IGS现在还能进一步求定章动项和高分辨率的极移(达每2小时1次,而不是现在的1天1次),后者主要源于IGS各观测站观测质量的提高,数据传输迅速和及时,以及数据处理方法的改进,并没有本质的改变,而前者却是技术上的一个跨跃。  (3) IGS提供的一个极为有用和重要的信息是IGS的那些连续运行站(跟踪站)的坐标、相应的框架、历元和站移动速度。前者精度好于1cm,后者精度好于1mm/y.IGS站坐标所采用的坐标参考框架是和IERS互相协调的。1993年末开始使用ITRF91,1994年使用ITRF92,1995年到1996年中期使用ITRF93,1996年中期到1998年4月一直使用ITRF94,1998年3月1日转而采用ITRF96,1999年8月1日开始IGS采用ITRF97.  (4) IGS在测定短期章动方面的新贡献。众所周知,地球自转轴在地球表面上的移动称为极移,而它在惯性空间中的运动称为岁差和章动。  GPS技术不能确定UT,而只能确定日长。同样这一原则也适用于章动,即GPS数据不能测定章动的经度和倾角,但能确定这些量的时间变率(对时间的导数)。基于这一原理,用了3年的每天的ψ和ε值的资料,估算短期章动项的章动振幅,并与VLBI结果作了比较。结论认为,就测定章动短周期项而言,GPS方法优于VLBI,而对超过1个月以上的长周期而言,VLBI较优。  由于对GPS技术的IGS作出了如此大的成绩和贡献,因此1999年9月各国的VLBI站和SLR站决定也组织类似于IGS的相应的IVS和IVRS.法国的DORIS和德国的PRARE也正在考虑成立类似模式的国际组织。力求使这类空间大地测量观测系统组织起来,提高效率、提高精度和可靠性。  就地区性的GPS连续运行站网和综合服务系统而言,发达国家也已做了很多这方面工作,取得了进展。在美国布设了GPS“连续运行参考站”(CORS)系统。它由美国大地测量局(NGS)负责,  该系统的当前目标是  1.使美国各地的全部用户能更方便的利用它来达到厘米级水平的定位和导航;  2.促进用户利用CORS来发展GIS;  3.监测地壳形变;  ④求定大气中水汽分布;  ⑤监测电离层中自由电子浓度和分布。  截止1999年9月CORS已有156个站,而美国NGS宣布为了强化CORS系统,从现在起,以每个月增加3个站的速度来改善该系统的空间覆盖率。此外,CORS的数据和信息包括接收的伪距和相位信息、站坐标、站移动速率矢量、GPS星气、站四周的气象数据等,用户可以通过信息网络,如Internet很容易下载而得到。  英国建立的“连续运行GPS参考站”(COGPS)系统的功能和目标类似于上述CORS,但结合英国本土情况还多了一项监测英伦三岛周围的海平面相对和绝对变化的任务。英国的COGPS由测绘局、环保局、气象局、农业部、海洋实验室共同负责。目前已有近30个GPS连续运行站,今后的打算是扩建COGPS系统和建立一个中心,其主要任务是传输、提供、归档、处理和分析GPS各站数据。  日本已建成全国近1200个GPS连续运行站网的综合服务系统。目前它在以监测地壳形变、预报地震为主功能的基础上,结合气象和大气部门开展GPS大气学的服务。  二、 GPS应用于电离层监测  GPS在监测电离层方面的应用,也是GPS空间气象学的开端。太空中充满了等离子体、宇宙线粒子、各种波段的电磁辐射,由于太阳常在1秒钟内抛出百万吨量级的带电物,电离层由此而受到强烈干扰,这是空间气象学研究的一个对象。通过测定电离层对GPS讯号的延迟来确定在单位体积内总自由电子含量(TEC),以建立全球的电离层数字模型。  GPS卫星发射L1和L2.两个载波。由这两个载波可以削弱电离层对GPS定位的影响,或者说可以求定电离层折射。因为这一折射和载波频率有关。  当人们建立地区或全球电离层数字模型时,总是作简化的假定,所有自由电子含量都表示在一个单层面上,该面离地面高为H.这样的话,电子含量正可以用在接收机和卫星连线与此单层面交点(刺入点)处的电子含量Es表示,它可以视为E与刺入点处天顶距Z‘的函数Ecos Z'=Es.可以将在球面上的电子浓度Es加以模型化,例如写成经纬度的球谐函数等,这方面有很多专家提出了各种模型。IGS提出了一种电离层地图的交换格式(10nosphere Map Exchange Format,IONEX-Format),它的作用是使基于各种理论和技术所获得的电离层地图能在统一规格的基础上进行综合和比较。电离层模型有各不相同的理论基础,而取得的数据来源的技术也不同,数据覆盖面也不完整,所以目前只能将IGS和全球各种TEC的图和GPS卫星讯号的差分码偏差(differential code biases-DCBS)用IONEX形式向全世界用户提供,下一步将通过比较,逐步联合起来。  三、 GPS应用于对流层监测  在GPS应用中,早期主要是轨道误差影响定位精度,而且早期的GPS基线相对来说比较短,高差不大,因此对对流层的研究没有给予很大的重视。直到近期由于GPS轨道精度大大提高后,对流层折射已成为限制GPS定位精度提高的一个重要障碍。假设一个高程基本为零的地区,接收机所接收的GPS讯号从天顶方向传来的话,其延迟可以达到2.2-2.6m这一量级,而2小时内这一延迟变化可达10cm不是少见的(所以IGS分析中心提供的对流层参数是用2小时间隔一次)。也由于这个实际情况,对流层折射要顾及其随机过程的变化来加以模型化。  在GPS应用于对流层研究中,IGS的快速轨道和预报轨道信息对于天气预报会起重大作用。此外,IGS通过德国GFZ的“IGS对流层比较和协调中心”提供的每2小时的对流层天顶延迟系列就象是控制点,对于区域性或局部性的对流层研究来说,可以起到对流层延迟绝对值的标定作用。  与地基GPS大气监测不同,星基或空基GPS掩星法测定气象的技术有覆盖面广,垂直分辨好,数据获取速度快的优点。这一技术的原理是将GPS接收机放在某一低轨卫星(LEO)或飞行器的平台上,该GPS接收机一方面起到对该卫星(或飞行器)精确定轨的作用,同时又应用GPS掩星技术起到大气探测器的作用。在1997年进行的GPS/MET研究项目,证实了这个设想是可行的。预定于2000年4月发射的CHAMP卫星要利用GPS掩星法进行全球对流层折射(包括大气可降水分)的测定。  在今后几年中,还有阿根廷的SAC-C,中国台湾的COS-MIC,这些LEO卫星都要用星载GPS来定轨和利用掩星法测大气。  今后利用星载GPS的气象和电子浓度截面数值,结合地面GPS站数据,作成层折图像提供使用。今后3年中GPS/MET项目研究还要进行6次,预计它将在天气预报、空间天气预报、气象监测方面做出巨大贡献。  四 、GPS作为卫星测高仪的应用  多路径效应是GPS定位中的一种噪音,至今仍是高精度GPS定位中一个很不容易解决的“干扰”.过去几年利用大气对GPS信号延迟的噪声发展了GPS大气学,目前也正在利用GPS定位中的多路径效应发展GPS测高技术,即利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号,求定海面或冰面地形,测定波浪形态,洋流速度和方向。通常卫星测高或空载测高测的是一个点,连续测量结果在反向面上是一个截面,而GPS测高则是测量有一定宽度的带,因此可以测定反射表面的起伏(地形)。据报告,试验时在空载平面安装2台GPS接收机,1台天线向上用于对载体的定位,1台天线向下,用于接收GPS在反射面上的讯号。美国在海上作了测定洋流和波浪的试验。丹麦在格凌兰作了测定冰面地形及其变化的试验。

中国GPS导航市场的发展

·中国GPS导航市场的现状

  中国GPS导航的市场潜力巨大。截至到2005年底,中国拥有车载导航设备的车辆不足10万辆,相对于3000万辆的汽车总数来说,普及率不到1%.而日本的汽车车载导航安装率高达59%,欧美约占25%.2006年便携导航市场应该有近5亿元的规模,而随着市场的高速发展及新品牌的层出不穷,预计2009年中国汽车GPS导航系统终端的销售额将接近100亿元。  2008年,被人们称为中国的“3G元年”.众所周知,目前在国内通信领域,最火的就是正在试运行的TD-SCDMA--3G标准。作为新一代的通信技术,3G带给人们非常多的期许。3G牌照的全面发放,也成了人们共同关注的焦点。其实在国内的GPS导航领域也在经历着一场蜕变,第三代PND类导航产品的应运而生,已经把人们带进了全新的导航时代。  卫星导航应用产业在国民经济中发挥着越来越重要的作用,将成为十一五“发展的亮点。在”十一五“期间,卫星导航在其它领域如航空、海路、铁路、建筑、电信、电力等方面的应用都会有很大的发展空间。  卫星导航技术的发展趋势主要表现在三方面:一是卫星导航的多系统并存,使系统可用性得以提高,应用领域将更广阔;二是多元组合导航技术正在得到推广应用,主要有GPS与移动通信基站定位、陀螺、航位推算技术等的组合应用;三是卫星导航与无线通信等其它高技术相结合,如GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式PC、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中,从根本上促进了IT技术的整体发展。

·中国GPS导航发展的主要趋势

  2010年,中国GPS市场发展迅速,无论是车载产品还是便携式产品,销量均较2009年有明显上升。另外,GPS产品价格在2010年出现明显下降,许多知名品牌也纷纷加大对低端市场的重视程度。从行业整体情况看,导航功能、相关增值服务正逐渐成为新的市场增长点,售后保障服务也更加规范,市场呈现良性发展趋势。  卫星导航技术的发展趋势主要表现在三方面:一是卫星导航的多系统并存,使系统可用性得以提高,应用领域将更广阔;二是多元组合导航技术正在得到推广应用,主要有GPS与移动通信基站定位、陀螺、航位推算技术等的组合应用;三是卫星导航与无线通信等其它高技术相结合,如GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式PC、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中,从根本上促进了IT技术的整体发展。  中国GPS导航系统市场的发展潜力非常巨大,在未来的数年内,中国将成为全球最大的车载GPS市场,由于导航卫星、车载导航设备商业化应用环境以及卫星导航应用标准的成熟,车载导航系统将被消费者更加广泛地接受,产品价格也会逐步下降,市场规模将不断扩大。

GPS如何选购

  一、质量过硬、认证齐全、安全第一  在选择GPS导航产品时,软件和硬件的配置非常重要。一般来说专业品牌厂商的硬件配置是比较值得信赖的。一些山寨的GPS厂商经常编造硬件的配置,在液晶屏、GPS芯片、处理器等方面难以保证产品质量。他们整个GPS产品的生产过程无非是将一些硬件进行简单的整合和组装。而正规GPS厂家的硬件配置往往要经过层层把关,并要通过ISO质量生产标准(主要是ISO2000质量认证、ISO14001环境认证)等的认证。对于汽车产品只有通过”ISO/TS TS16949标准认证“才能向奔驰、大众等汽车厂商供应产品和服务。  二、软件好用、数据精准丰富、附加功能多  而在软件方面最受关注的自然就是GPS导航地图数据的准确性和更新的及时性。地图的经常更新造成了电子地图的制作成本居高不下,因此许多不合格的GPS生产厂商就会减少地图更新或是盗版其他电子地图。消费者如果使用采用”假冒伪劣“的地图的机器导航,不仅容易”误入歧途“,甚至会有生命危险。  三、品牌卓越、售后有保障、值得信赖  实际上,品牌的重要性远远超过了其它。由于卫星导航产业在中国是一个处于发展期的高新科技行业,只有那些在市场上耕耘多年的专业厂商,才能保障产品技术方面的领先优势,同时也有资金和实力为用户提供全面、优秀的服务保障。  产品的价格和售后服务也是购买产品要考虑的主要因素。消费者都希望能买到质优价廉的产品,但结果却未必得偿所愿。现在市场上很多的导航产品 ”价廉“却并不”物美“.所以,在这里要提醒消费者,选购产品时,不要被单纯的不正常低价蒙蔽双眼。对于与自己驾驶出行、旅游探险息息相关的导航产品来说,一定不要吝啬为自己的”出行安全“买单。  作为GPS导航产品,产品技术的升级和地图数据的更新是非常重要的,只有专业品牌的厂家才能够为消费者及时提供这样的服务。  GPS技术在公路测量中的应用前景  随着中国国民经济的快速增长的西部大开发的实施,我省的高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇,这就对勘测设计提出了更高的要求,随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展,公路设计已实现CAD化,有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持;建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链,减少数据转抄、输入等中间环节,是公路勘测设计”内外业一体化“的要求,也是影响高等级公路设计技术发展的”瓶颈“所在。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备,但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制,作业强度大,且效率低,大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造,在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。  四 基于3S技术行业系统软件不同领域的应用  例如:基于移动3S技术研发而成的星瑞源森林资源调查系统除了拥有手持  GPS导航定位功能外还具有  1.统可以任意加载各种遥感影像图,扫描  地形图,传统矢量图并可以自动接边,缩略图智能生成。  2.资源调查属性库自  定义,点线面图层定义管理。  3.高精度面积测量,俩点距离精度测量。  4.小班实测编辑。  5.高精度野外测点与配准。  6.各种坐标相互转换,多种数  据格式转换。彻底实现了资源调查的无纸化和自动化。

GPS与国家安全

  在最近的国际新闻报道中,人们会发现,各国越来越多地利用高精尖技术获取他国的机密信息。以亚洲为例,天上有美、日等国的间谍卫星,海上有探测船,岛上有各国数以百计的监测站,基地里有超大型雷达。在这种背景下中国近年来连续发现有外国人在中国境内进行非法测绘。他们这么做的目的各不相同,但有一点是可以肯定的,那就是威胁到中国的国家安全。  去年四月份日本综合地球环境学研究所派遣了四个日本人私自到新疆西北部的艾比湖一带进行非法测绘。他们携带GPS(全球卫星定位系统),在艾比湖一带采集地理数据,这引起了当地警方的注意。国家测绘部门介入调查后发现,他们已经采集到了25个点的地理数据,违反了中国有关外国人在中国境内进行测绘的法律规定。这四个日本人已被限期离境,并处以罚款。事后该所所长田高敏龙专门到新疆表示道歉和反省。更为严重的一次发生在2006年,在日该国土情报技术研究所所长大林成行带领下、私自在距新疆和田机场不到100米的一户居民的房顶上架设了一台GPS定位设备作为固定站,另一台GPS接收机作为流动站,精确地获取了该区域地理位置的具体数据。  现在很多人有一个误区,觉得科技那么发达,像谷歌卫星地图都可以免费提供清晰度相当高的实地影像服务,山川地貌、平房高楼、公路铁路都可以看得很清楚,卫星定位也在逐步大量用于商业服务,地理数据还有什么秘密可言!?但实际上谷歌提供的只是影象图,只不过是俯视角度的影象而已,真正要用在军事上、科研上的必须要有平面坐标、海拔高度等具体数据才能正确确定目标和位置,在军事上才真正有命中目标的实用价值。  中国挖掘机行业中,安装和使用挖掘机专用的GPS智能服务系统的企业越来越多,越来越普遍。一方面是为了适应金融管理的需要,另一方面可为售后服务部门和挖掘机所有者实时远程提供设备的详细信息,使其能够及时了解挖掘机的工作状况和故障情况。但挖掘机专用的GPS智能服务系统具有三维精确定位、远程传输各种数据信息、以及远程锁车等功能。如果在中国国土上正在施工的挖掘机上大量安装由外方控制的GPS智能服务系统,将对中国家安全造成重大隐患,这些安装在挖掘机上的GPS智能服务系统极有可能成为泄露我重要战略情报内容的装置。由于GPS智能服务系统具有远程锁车功能,控制者随时可能使大量工程陷入瘫痪。以某日资企业为例,该公司每年生产和销售挖掘机数千台至上万,累计分散在中国960万平方公里土地上正在施工的挖掘机有数万台之多,大部分的挖掘机上都安装了GPS智能服务系统。由于支持该系统的服务器安置在国外,所有采集到的数据全部传送到日本,经过处理或过滤后的一小部分数据再传回中国,这是违反中国法律的严重事件,应引起其他企业重视。  全球四大GPS系统  全球定位系统(Global Positioning System)是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的,它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样,全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。 按目前的方案,全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道,运行周期约为11小时58分,分布在六个轨道面上(每轨道面四颗),轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到四颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP)。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。  地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据,利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。  全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点,是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进,硬、软件的不断完善,应用领域正在不断地开拓,目前已遍及国民经济各种部门,并开始逐步深入人们的日常生活。  GPS:时钟装置  时钟装置的GPS 是英文Global Positioning Satellite,是DCS系统的时钟装置,提供DCS系统工作站和DPU的时钟同步。同时扩展接口为电气设备提供GPS时间同步。