美國GPS系統(tǒng)介紹
http://www.hxud.cn 2008-06-03 12:03 中企顧問網(wǎng)
本文導(dǎo)讀：美國的GPS 系統(tǒng)是現(xiàn)在最常見和最成熟的全球定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)由美國歷時16 年、耗資130億美元建成，由軍方控制并資助，共24 顆衛(wèi)星組網(wǎng)。目前，全球眾多國家都在使用這個系統(tǒng)對地面的汽車、海上的船只和天空的飛行器以及衛(wèi)星、導(dǎo)彈進行全天候的和實時的準(zhǔn)確定位，其定位
美國的GPS 系統(tǒng)是現(xiàn)在最常見和最成熟的全球定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)由美國歷時16 年、耗資130億美元建成，由軍方控制并資助，共24 顆衛(wèi)星組網(wǎng)。目前，全球眾多國家都在使用這個系統(tǒng)對地面的汽車、海上的船只和天空的飛行器以及衛(wèi)星、導(dǎo)彈進行全天候的和實時的準(zhǔn)確定位，其定位精度為10 米。
GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的縮寫，它是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收三大部分組成。空間衛(wèi)星由24 顆衛(wèi)星組成一個分布網(wǎng)絡(luò)，分別分布在6 條離地面2 萬公里、傾斜角為55°的地球準(zhǔn)同步軌道上，每條軌道上有4 顆衛(wèi)星。GPS 衛(wèi)星每隔12 小時繞地球一周，使地球上任一地點都能夠同時接收7～9 顆衛(wèi)星的信號。
地面共有1 個主控站和5 個監(jiān)控站負責(zé)對衛(wèi)星的監(jiān)視、遙測、跟蹤和控制。它們負責(zé)對每顆衛(wèi)星進行觀測，并向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。主控站收到數(shù)據(jù)后，計算出每顆衛(wèi)星在每一時刻的精確位置，并通過3 個注入站將它傳送到衛(wèi)星上去，衛(wèi)星再將這些數(shù)據(jù)通過無線電波向地面發(fā)射。
汽車GPS 系統(tǒng)主要由GPS 接收板、通訊模塊、天線和電路主板組成, 系統(tǒng)中的GPS 信號接收器接收衛(wèi)星發(fā)送的信號，根據(jù)衛(wèi)星信號計算出地面接收機的當(dāng)前位置。如果地面接收機同時收到4 顆以上的衛(wèi)星信號，就能根據(jù)衛(wèi)星的精確位置及發(fā)送信號的時刻，通過計算求得當(dāng)前地點的位置。車載GPS 利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時間等信息來完成對各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測，具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作簡便和使用廣泛等顯著特點，隨著GPS 的日益普及和GPS 產(chǎn)業(yè)的形成，GPS 將改變?nèi)藗兊某鲂泻蜕畹姆绞健?br />GPS 實施計劃共分三個階段：
第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973 年到1979 年，共發(fā)射了4 顆試驗衛(wèi)星，研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。
第二階段為全面研制和試驗階段。從1979 年到1984 年，又陸續(xù)發(fā)射了7 顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS 定位精度遠遠超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989 年2 月4 日第一顆GPS 工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS 系統(tǒng)進入工程建設(shè)階段。1993 年底實用的GPS 網(wǎng)即（21+3）GPS 星座已經(jīng)建成，以后根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。
GPS 由三個獨立的部分組成：
空間部分：21 顆工作衛(wèi)星，3 顆備用衛(wèi)星。
目前的24 顆衛(wèi)星均勻分布在傾角為55 度的6 個軌道上，即各軌道的升交點（與赤道的交點）之間的角距為60 度，每個軌道均勻分布4 顆衛(wèi)星，相鄰軌道間衛(wèi)星彼此叉開40 度，以保證全球覆蓋的要求。3 顆備用衛(wèi)星可隨時代替故障衛(wèi)星。
地面支撐系統(tǒng)：包括1 個主控站，5 個監(jiān)控站，3 個注入站。
主控站即衛(wèi)星操控中心，位于科羅拉多斯普林斯的佛肯空軍基地，任務(wù)是收集各監(jiān)控站送來的數(shù)據(jù)，計算衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)并發(fā)送到各注入站，其本身也是監(jiān)控站。
監(jiān)控站共5 個，除了主控站外，分別位于美國的夏威夷、北太平洋的卡瓦加蘭島、印度洋的迭哥加西亞島、大西洋的阿松森島。主控站的作用主要是監(jiān)測和跟蹤衛(wèi)星。
注入站共3 個，與三大洋的監(jiān)控站并置，主要作用是將主控站送來的衛(wèi)星星歷和鐘差信息每天一次注入衛(wèi)星的存儲器中。存儲器的存儲能力是14 天，精度隨注入時間間隔擴大而降低。
用戶設(shè)備部分：主要是接收機。作用是接收GPS 衛(wèi)星發(fā)射信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS 接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。
目前提供GPS 的廠家可大致區(qū)分為四類：
第一類是只提供芯片(GPS Chipset)然后支持客戶研發(fā)終端產(chǎn)品(end product)的廠家，如Infineon、Phillip、 IBM、 A&D、ST 等。
第二類是提供GPS 模塊的廠家，如Trimble、Motorola、 Rockwell 。
第三類是指提供一般商用終端產(chǎn)品的廠家，這類的終端產(chǎn)品有汽車導(dǎo)航器、船用/飛機用/個人用導(dǎo)航器，其特點就是含有方便的導(dǎo)航軟件，友善的人機接口(如LCD、顯示器、Keypad)，甚至再加上2 路收發(fā)器（在此泛指GSM CDPD Trunk Radio WCDMA 等），如Trimble、Garmin、Magellen。
第四類廠家指的是生產(chǎn)高精確度的GPS 接收器，也就是得到P 碼授權(quán)的廠商，如Leica。當(dāng)然也有少數(shù)提供IP 整合方案的廠商如Parthus。
整個系統(tǒng)可分成三個主要部分，車載GPS終端、GSM網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)察調(diào)度中心，
GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的縮寫，它是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收三大部分組成。空間衛(wèi)星由24 顆衛(wèi)星組成一個分布網(wǎng)絡(luò)，分別分布在6 條離地面2 萬公里、傾斜角為55°的地球準(zhǔn)同步軌道上，每條軌道上有4 顆衛(wèi)星。GPS 衛(wèi)星每隔12 小時繞地球一周，使地球上任一地點都能夠同時接收7～9 顆衛(wèi)星的信號。
地面共有1 個主控站和5 個監(jiān)控站負責(zé)對衛(wèi)星的監(jiān)視、遙測、跟蹤和控制。它們負責(zé)對每顆衛(wèi)星進行觀測，并向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。主控站收到數(shù)據(jù)后，計算出每顆衛(wèi)星在每一時刻的精確位置，并通過3 個注入站將它傳送到衛(wèi)星上去，衛(wèi)星再將這些數(shù)據(jù)通過無線電波向地面發(fā)射。
汽車GPS 系統(tǒng)主要由GPS 接收板、通訊模塊、天線和電路主板組成, 系統(tǒng)中的GPS 信號接收器接收衛(wèi)星發(fā)送的信號，根據(jù)衛(wèi)星信號計算出地面接收機的當(dāng)前位置。如果地面接收機同時收到4 顆以上的衛(wèi)星信號，就能根據(jù)衛(wèi)星的精確位置及發(fā)送信號的時刻，通過計算求得當(dāng)前地點的位置。車載GPS 利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時間等信息來完成對各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測，具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作簡便和使用廣泛等顯著特點，隨著GPS 的日益普及和GPS 產(chǎn)業(yè)的形成，GPS 將改變?nèi)藗兊某鲂泻蜕畹姆绞健?br />GPS 實施計劃共分三個階段：
第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973 年到1979 年，共發(fā)射了4 顆試驗衛(wèi)星，研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。
第二階段為全面研制和試驗階段。從1979 年到1984 年，又陸續(xù)發(fā)射了7 顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS 定位精度遠遠超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989 年2 月4 日第一顆GPS 工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS 系統(tǒng)進入工程建設(shè)階段。1993 年底實用的GPS 網(wǎng)即（21+3）GPS 星座已經(jīng)建成，以后根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。
GPS 由三個獨立的部分組成：
空間部分：21 顆工作衛(wèi)星，3 顆備用衛(wèi)星。
目前的24 顆衛(wèi)星均勻分布在傾角為55 度的6 個軌道上，即各軌道的升交點（與赤道的交點）之間的角距為60 度，每個軌道均勻分布4 顆衛(wèi)星，相鄰軌道間衛(wèi)星彼此叉開40 度，以保證全球覆蓋的要求。3 顆備用衛(wèi)星可隨時代替故障衛(wèi)星。
地面支撐系統(tǒng)：包括1 個主控站，5 個監(jiān)控站，3 個注入站。
主控站即衛(wèi)星操控中心，位于科羅拉多斯普林斯的佛肯空軍基地，任務(wù)是收集各監(jiān)控站送來的數(shù)據(jù)，計算衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)并發(fā)送到各注入站，其本身也是監(jiān)控站。
監(jiān)控站共5 個，除了主控站外，分別位于美國的夏威夷、北太平洋的卡瓦加蘭島、印度洋的迭哥加西亞島、大西洋的阿松森島。主控站的作用主要是監(jiān)測和跟蹤衛(wèi)星。
注入站共3 個，與三大洋的監(jiān)控站并置，主要作用是將主控站送來的衛(wèi)星星歷和鐘差信息每天一次注入衛(wèi)星的存儲器中。存儲器的存儲能力是14 天，精度隨注入時間間隔擴大而降低。
用戶設(shè)備部分：主要是接收機。作用是接收GPS 衛(wèi)星發(fā)射信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS 接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。
目前提供GPS 的廠家可大致區(qū)分為四類：
第一類是只提供芯片(GPS Chipset)然后支持客戶研發(fā)終端產(chǎn)品(end product)的廠家，如Infineon、Phillip、 IBM、 A&D、ST 等。
第二類是提供GPS 模塊的廠家，如Trimble、Motorola、 Rockwell 。
第三類是指提供一般商用終端產(chǎn)品的廠家，這類的終端產(chǎn)品有汽車導(dǎo)航器、船用/飛機用/個人用導(dǎo)航器，其特點就是含有方便的導(dǎo)航軟件，友善的人機接口(如LCD、顯示器、Keypad)，甚至再加上2 路收發(fā)器（在此泛指GSM CDPD Trunk Radio WCDMA 等），如Trimble、Garmin、Magellen。
第四類廠家指的是生產(chǎn)高精確度的GPS 接收器，也就是得到P 碼授權(quán)的廠商，如Leica。當(dāng)然也有少數(shù)提供IP 整合方案的廠商如Parthus。
整個系統(tǒng)可分成三個主要部分，車載GPS終端、GSM網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)察調(diào)度中心，
