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GPS系统简介

2024-11-24


GPS系统,即全球卫星定位系统,GPS系统由三大部分组成,空间部分-GPS卫星,地面控制部分-地面监控系统,用户设备部分-GPS信号接收机。GPS系统能实时监控车辆,它是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维速度和精确时间的需要。


空间部分GPS的空间部分由24颗工作卫星组成,它们位于距地表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°。此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。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,并能保持良好定位解算的几何图形。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

地面控制部分地面控制部分由主控站、监测站、信息注入站和通讯辅助系统(数据传输)组成。主控站负责收集各监测站的观测资料,计算各卫星的星历、钟差等参数,并将这些数据编制成导航电文,传送到注入站,再注入给卫星。监测站设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机、环境数据传感器等设备。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。信息注入站设有计算机、信息注入设备和通讯设备等。主要任务是将主控站计算的数据注入到相应卫星的存储系统。通讯辅助系统(数据传输)负责主控站与监测站、注入站之间的数据传输。

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。用户主要的技术指标是灵敏度、多路径效应、通道数、码跟踪门限、动态响应、数据输率和数据处理方式等。

GPS系统具有高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活和易于使用等特点,因此被广泛应用于军事、民用交通(汽车导航、海上和航空导航)、测量、救援(地震救援、海上救援、野外救援)、农业(农业播种、收割等)、气象预报、城市规划、时间传递和测速等领域。