卫星定位系统

卫星定位系统是以确定空间位置为目标面构成的相互关联的一个集合体或装置（部件）。它是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性美国的GPs、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧盟的“伽利略”系统和我国自主的北斗卫星导航系统并称全球四大卫星导航系统。

全球定位系统GPS(什么是GPS)

GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，它以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息。利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位，多被应用于车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能简单地说，卫星定位系统是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地GPS计划始于1973年，已于1994年进入完全运行状态。

GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），起始于1958年美国军方的一个项目，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的研制作了铺垫。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定位天线生产厂家）

为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为 Lineation的用12~18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划。并于1967年、1969年和1974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精确定位的基础。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、核爆监测和应急通信等一些军事目的。

美国空军则提出了以每星群4~5颗卫星组成3~4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，其强大的功能使得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二维定位，空军的计划能够提供高动态服务，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开支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年美国国防部将两者合二为一，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。（GPS天线原理是什么）

同步轨道是指卫星的軌道周期等于地球在惯性空间中的自转周期（23小时56分4秒），且方向亦与之一致，卫星在每天同一时间的星下点轨迹相同，当轨道与赤道平面重合时叫作地球静止軌道，即卫星与地面的位置相对保持不变。

伪随机码是指结构可以预先确定，可重复产生和复制，具有某种随机序列、随机特性的序列码。所谓“随机码”，就是无论这个码有多长都不会出现循环的现象，而“伪随机码”在码长达到一定程度时会从其第一位开始循环

随后，GPS计划在美国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°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6~9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°的6个轨道上，然面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60°的6条轨道上。这也是GPS卫星所使用的工作方式经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已布设完成1.系统组成套完整的GPS系统可分为空间部分、地面控制系统和用户设备部分

GPs的空间部分主要负责提供星历和时间信息、发射伪距和载表信号及其他辅助信息。它由24颗卫星组成（21颗工作卫星，3颗备用卫星），位于距地表20200km的上空，运行周期为12h，5个多小时出现在地平线以上。卫星均匀分布在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地面控制站负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离、大气校正等数据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）、注人站及通信辅助系统所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市Colorado Springfield）监测站：用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。5个监控站均为无人守值的数据采集中心。

主控站：接收各监测站的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。

注入站：接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星。

由于卫星钟、接收机钟的误羞以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离A与卫星到接收机的几何距离B有一定的差值，因此，一般称测量出的距离为伪距。

用户设备部分为GPs接收机，民用的定位精度可达10米内。其主要功能是捕获到按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