GPS 是英文Global Positioning System的简称,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。 现在GPS在生活中已广泛应用。　　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。 　　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,这使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。　　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。 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: 上述四个方程式中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数,其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。 　 di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。 　　 △ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。 　 c为GPS信号的传播速度(即光速)。 　　 四个方程式中各个参数意义如下: 　　 x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。 　　 xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标, 可由卫星导航电文求得。Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差,由卫星星历提供。 　　 Vto为接收机的钟差。 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。 GPS在汽车方面的应用又叫汽车GPS定位系统,主要有如下功能。 1.跟踪定位 　　监控中心能全天侯24小时监控所有被控车辆的实时位置、行驶方向、行驶速度,以便最及时的掌握车辆的状况。 　　2.轨迹回放 　　监控中心能随时回放近段时间内的自定义时段车辆行程、轨迹记录。 　　3.报警 　　3.①超速报警:车辆行驶速度超出监控中心预设的速度时,及时上报监控中心。 　　 ②区域报警(电子围栏):监控中心设定区域范围,车辆超出或驶入预设的区域会向监控调度中心给出相应的报警。 　 ③停车报告:调度中心可对车辆的历史停车记录以文字形式生成报表,其中描述车辆的停车地点、时间和开车时间等信息,并可对其进行打印。 　　4.地图制作功能 　　根据查看需要,客户可以添加修改自定义地图线路,以更好服务企业运行。 　　5.车辆信息管理 　　方便易用的管理平台,提供了车辆、驾驶人员、车辆图片等信息的设定,以方便调度人员的工作。 　　6.短信通知功能 　　将被控车辆的各种报警或状态信息在必要时发送到管理者手机上,以便随时随地掌握车辆重要状态信息。 　　7.车辆远程控制 　　监控中心可随时对车辆进行远程断油断电,锁车功能。 　　8.油耗检测 　　实时监控车辆的油耗变化,并生成历史时段油量变化报表或油量曲线图,进而直观反映出油量的正常消耗与非正常消耗及加油数量不足等现象,达到油耗高水平管理,杜绝不良事件的发生。(需搭配油量传感器) 　　9.车辆调度 　　调度人员确定调度车辆或者在地图上画定调度范围,GPS系统自动向车辆或者画定范围内的所有车辆发出调度命令,被调度车辆及时回应调度中心,以确定调度命令的执行情况。GPS系统还可对每辆车成功调度次数进行月统计。　　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。　　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。 　　3. 全球、 全天候工作。 　　4. 高效率、多功能、操作简便、应用广泛等GPS应用范围 　　一、GPS的应用都是基于两个基本服务 　　1.空间位置服务 　　①.定位:如汽车防盗、地面车辆跟踪和紧急救生。 　　②.导航:如船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、智能交通、汽车自主导航及导弹制导。 　　③测量:主要用于测量时间、速度、及大地测绘,如水下地形测量、地壳形变测量,大坝和大型建筑物变形监测及浮动车数据,利用GPS定期记录车辆的位置和速度信息。从而计算道路的拥堵情况。 　　2、时间服务 GPS导航仪 　　①系统同步:如CDMA通信系统和电力系统 　　②授时:准确时间的授入、准确频率的授入 GPS导航仪 　　二、实例　 　　1.GPS在巡线车辆管理的运用 　　●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提出,并在2010广州亚运会对中国电信巡线车辆成功运用。 　　2.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%。 　　3.GPS在道路工程中的应用 GPS卫星 　　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。 　　4.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 语音彩信gps定位器 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。 　　5、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 GPS应用 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。 　　6、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: GPS导航仪 　　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: GPS导航仪 ◎画面导航: 　　◎重新规划线路: