高精度无线电导航的全球定位系统介绍

[导读]全球定位系统(英文：Global Positioning System，GPS [14])，是美国研制发射的一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统。

全球定位系统(英文：Global Positioning System，GPS [14])，是美国研制发射的一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统。全球定位系统(GPS)在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度及精确的时间信息。GPS自问世以来，就以其高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活吸引了众多用户。GPS不仅是汽车的守护神，同时也是物流行业管理的智多星。随着物流业的快速发展，GPS有着举足轻重的作用，成为继汽车市场后的第二大主要消费群体。GPS是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统 [1]。美国拥有的GPS全球卫星定位系统在技术上领先。美国的GPS包括绕地球运行的24颗卫星，它们均匀地分布在6个轨道上。每颗卫星距地面约1.7万千米。

GPS是指利用GPS卫星，向全球各地全天候、实时性地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。GPS的前身是1958年美国军方研制的一种子午仪(Transit)卫星定位系统，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，子午仪卫星定位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，就为GPS的研制做了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性以及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷，美国陆、海、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 [3]。

‌GPS定位技术(Global Positioning System，简称GPS)是一种利用人造地球卫星进行高精度无线电导航的定位系统‌。它由美国国防部研制和维护，旨在为全球用户提供精确的位置、速度和时间信息。

GPS定位技术的基本原理

GPS定位技术通过接收卫星发送的信号来确定接收机的位置。当接收机接收到至少四颗卫星的信号时，可以通过计算信号传播时间来确定距离，进而计算出接收机的具体位置。这种技术利用了三角测量的原理，通过测量信号从卫星到接收机的传播时间来计算距离，从而确定接收机的三维坐标‌12。

GPS系统的组成

GPS系统主要由三部分组成：

‌空间部分‌：由24颗GPS卫星组成，均匀分布在6个轨道平面上，每个轨道平面内有4颗卫星，确保全球任何地方至少能同时观测到4颗卫星‌2。

‌地面控制部分‌：包括1个主控站、3个数据注入站和5个监测站，负责监控卫星状态并调整卫星时钟和轨道参数‌2。

‌用户设备部分‌：即GPS接收机，用户通过接收机接收卫星信号并计算自身位置‌2。

GPS定位技术的应用领域

GPS定位技术广泛应用于多个领域：

‌导航和定位‌：在车辆导航、无人机航行、地理测绘等方面有着重要应用‌3。

‌时间同步‌：提供高精度的时间标准，用于科学研究和工业应用。

‌军事应用‌：满足军事用户对精确位置、速度和时间的需求‌2。

历史背景和发展历程

GPS系统由美国政府于20世纪70年代开始研制，1994年全面建成。最初，GPS信号分为民用和军用两种，民用信号曾被人为加入误差以降低精度。2000年后，克林顿政府决定取消对民用信号的干扰，使得民用GPS的精度也达到了十米左右‌2。

什么是gps简述其组成及特点

GPS是全球定位系统

，由空间部分(卫星)、地面控制部分和用户设备部分组成。其特点包括全球性、全天候、高精度、实时性、多功能性和被动性。

什么是GPS?简述其组成及特点

GPS的定义与背景

GPS(Global Positioning System)即全球定位系统，是一种利用卫星进行导航和定位的技术。该系统最初由美国国防部于20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。GPS系统旨在为全球范围内的用户提供精确的位置、速度和时间信息，广泛应用于军事、民用、科研等多个领域。

GPS的组成结构

空间部分

GPS的空间部分由一组卫星组成，目前共有28颗卫星在轨运行

，其中24颗处于正常工作状态，其余4颗作为备用。这些卫星均匀分布在6个不同的轨道平面上，每个轨道平面有4颗卫星，以55°的倾角绕地球运行。这种分布方式确保了地球上任何地点、任何时间至少能观测到4颗卫星，从而实现了全球覆盖和连续导航能力。卫星的主要功能是向地球发送导航定位信号，这些信号包含时间戳和卫星的位置信息，是GPS定位的基础。

地面控制部分

地面控制部分包括主控站、监测站和地面控制站，负责监控GPS卫星并传输数据。主控站收集监测站的数据，计算卫星的轨道和时钟参数，确保卫星的精确运行。监测站则分布在全球各地，用于接收卫星信号并测量其传播时间，从而计算卫星的精确位置。地面控制站负责将主控站计算的数据注入到卫星中，确保卫星能够持续向地球发送准确的导航定位信号。

用户设备部分

用户设备部分即GPS信号接收机，它能够接收来自至少四颗卫星的信号，并通过测量信号传播时间来确定接收机的三维位置、速度和时间。GPS接收机通常具有轻便、小巧的特点，便于携带和搬运。随着技术的不断发展，GPS接收机已经广泛应用于智能手机、车载导航、无人机等各个领域。

GPS的主要特点

全球覆盖与全天候服务

GPS系统覆盖全球，无论陆地、海洋还是空中，都可以进行定位

。同时，GPS不受天气、时间或地理位置的限制，任何时间、任何地点都可以使用，实现了全天候服务。

高精度定位

在理想条件下，GPS可以提供非常精确的位置信息，误差通常小于几米。随着差分GPS技术的不断发展，GPS定位精度甚至可以达到厘米级。这使得GPS在测绘、地质勘探、农业精准作业等领域具有广泛的应用前景。

实时性与连续性

GPS接收器可以实时提供位置信息，无需等待或后处理。同时，由于GPS卫星的连续运行和地面控制部分的实时监控，GPS系统能够确保连续导航和定位服务。这对于动态目标如车辆、船舶、飞机等的实时跟踪和定位具有重要意义。

多功能性

除了定位，GPS还可以用于测速、导航、授时等多种应用。例如，在车辆导航系统中，GPS可以提供实时路况信息、最优路径规划等功能;在授时领域，GPS可以为各类电子设备提供精确的时间同步服务。