[科普中國]-定位系統(tǒng)

歷史發(fā)展

全球定位系統(tǒng)(GPS)是20世紀70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、 全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān) 衛(wèi)星定位工作原理

測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設完成。

前身GPS系統(tǒng)的前身為美軍研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過地球13次，并且無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀系統(tǒng)使得研發(fā)部門對衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗，并驗證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進行定位的可行性，為GPS系統(tǒng)的研制埋下了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對潛艇和艦船導航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

為此，美國海軍研究實驗室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網(wǎng)計劃，并于67年、69年和74年各發(fā)射了一顆試驗衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗了原子鐘計時系統(tǒng)，這是GPS系統(tǒng)精確定位的基礎。而美國空軍則提出了621-B的以每星群4到5顆衛(wèi)星組成3至4個星群的計劃，這些衛(wèi)星中除1顆采用同步軌道外其余的都使用周期為24h的傾斜軌道 該計劃以偽隨機碼(PRN)為基礎傳播衛(wèi)星測距信號，其強大的功能，當信號密度低于環(huán)境噪聲的1%時也能將其檢測出來。偽隨機碼的成功運用是GPS系統(tǒng)得以取得成功的一個重要基礎。海軍的計劃主要用于為艦船提供低動態(tài)的2維定位，空軍的計劃能供提供高動態(tài)服務，然而系統(tǒng)過于復雜。由于同時研制兩個系統(tǒng)會造成巨大的費用而且這里兩個計劃都是為了提供全球定位而設計的，所以1973年美國國防部將2者合二為一，并由國防部牽頭的衛(wèi)星導航定位聯(lián)合計劃局（JPO)領導，還將辦事機構(gòu)設立在洛杉磯的空軍航天處。該機構(gòu)成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代表。1

中國定位發(fā)展史根據(jù)中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟的定義，通過定位系統(tǒng)獲取位置信息是物聯(lián)化時代的重要研究課題。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對定位技術的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在：異構(gòu)網(wǎng)絡、多變環(huán)境下的精準定位；大規(guī)模應用；基于位置的服務（Location based Services）；位置信息帶來的信息安全和隱私保護問題。

北斗-1A

發(fā)射日期：2000年10月31日

衛(wèi)星類型：北斗一號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

北斗-1B

發(fā)射日期：2000年12月21日

衛(wèi)星類型：北斗一號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

北斗-1C

發(fā)射日期：2003年5月25日

衛(wèi)星類型：北斗一號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

北斗-1D

發(fā)射日期：2007年2月3日

衛(wèi)星類型：北斗一號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第一顆北斗導航衛(wèi)星(M1)

發(fā)射日期：2007年4月14日04時11分

運載火箭：長征三號甲

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第二顆北斗導航衛(wèi)星(G2)

發(fā)射日期：2009年4月15日

運載火箭：長征三號丙

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第三顆北斗導航衛(wèi)星(G1)

發(fā)射日期：2010年1月17日

運載火箭：長征三號丙

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第四顆北斗導航衛(wèi)星(G3)

發(fā)射日期：2010年6月2日夜間

運載火箭：長征三號丙

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第五顆北斗導航衛(wèi)星(I1)

發(fā)射日期：2010年8月1日05時30分

運載火箭：長征三號甲

火箭飛行次數(shù)：第126次

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第六顆北斗導航衛(wèi)星(G4)

發(fā)射日期：2010年11月1日00時26分

運載火箭：長征三號丙

火箭飛行次數(shù)：第133次

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第七顆北斗導航衛(wèi)星(I2)

發(fā)射日期：2010年12月18日04時20分

運載火箭：長征三號甲

火箭飛行次數(shù)：第136次

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第八顆北斗導航衛(wèi)星(I3)

發(fā)射日期：2011年4月10日04時47分

運載火箭：長征三號甲

火箭飛行次數(shù)：第137次

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第九顆北斗導航衛(wèi)星(I4)

發(fā)射日期：2011年7月27日05時44分

運載火箭：長征三號甲

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第十顆北斗導航衛(wèi)星(I5)

發(fā)射日期：2011年12月2日05時07分

運載火箭：長征三號甲

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第十一顆北斗導航衛(wèi)星

發(fā)射日期：2012年2月25日凌晨0時12分

運載火箭：長征三號丙

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第十二、第十三顆北斗導航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星（“一箭雙星”）

發(fā)射日期：2012年4月30日4時50分

運載火箭：長征三號乙

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第十四、十五顆北斗導航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星“一箭雙星”）

發(fā)射日期：2012年9月19日3時10分

運載火箭：長征三號乙

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

第十六顆北斗導航衛(wèi)星

發(fā)射日期：2012年10月25日23時33分

運載火箭：長征三號丙

火箭飛行次數(shù)：第170次

衛(wèi)星類型：北斗二號

發(fā)射地點：西昌衛(wèi)星發(fā)射中心2

在2020年前，有30多顆衛(wèi)星覆蓋全球。北斗二號將為中國及周邊地區(qū)的軍民用戶提供陸、海、空導航定位服務，促進衛(wèi)星定位、導航、授時服務功能的應用，為航天用戶提供定位和軌道測定手段，滿足導航定位信息交換的需要等。3

構(gòu)成GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分———GPS星座；地面控制部分———地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設備部分———GPS 信號接收機。

GPS定位技術具有高精度、高效率和低成本的優(yōu)點，使其在各類大地測量控制網(wǎng)的加強改造和建立以及在公路工程測量和大型構(gòu)造物的變形測量中得到了較為廣泛的應用。GPS導航儀 簡單地說，GPS導航儀就是能夠幫助用戶準確定位當前位置，并且根據(jù)既定的目的地計算行程，通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導用戶行至目的地的汽車駕駛輔助設備。

空間GPS的空間部分是由24 顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°。此外,還有4 顆有源備份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰ΑPS 衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼, 一組稱為C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一組稱為P 碼(Procise Code 10123MHz) ,P 碼因頻率較高,不易受干擾,定位精度高,因此受美國軍方管制,并設有密碼,一般民間無法解讀,主要為美國軍方服務。C/ A 碼人為采取措施而刻意降低精度后,主要開放給民間使用。

地面控制地面控制部分由一個主控站,5 個全球監(jiān)測站和3 個地面控制站組成。監(jiān)測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接受機。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù),包括電離層和氣象數(shù)據(jù),經(jīng)過初步處理后,傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù),計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數(shù),然后將結(jié)果送到3 個地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運行至上空時,把這些導航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS 衛(wèi)星每天一次,并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障,那么在衛(wèi)星中預存的導航信息還可用一段時間,但導航精度會逐漸降低。

用戶設備用戶設備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設備。GPS 接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內(nèi)和機外兩種直流電源。設置機內(nèi)電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電源時機內(nèi)電池自動充電。關機后，機內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失?，F(xiàn)今各種類型的接受機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。

注：

一部完整的GPS汽車導航儀是由芯片、天線、處理器、內(nèi)存、顯示屏、揚聲器、按鍵、擴展功能插槽、電子地圖、導航軟件10個主要部分組成。

判斷GPS導航儀的優(yōu)劣，導航儀所能接收到的GPS衛(wèi)星數(shù)量和路徑規(guī)劃能力是關鍵。導航儀所能接收到的有效衛(wèi)星數(shù)量越多，說明它當前的信號越強，導航工作的狀態(tài)也就越穩(wěn)定。如果一臺導航儀經(jīng)常搜索不到衛(wèi)星或者在導航過程中頻繁地中斷信號影響了正常的導航工作，那它首先質(zhì)量就不過關更談不上優(yōu)劣了。

預警器GPS預警器是通過GPS衛(wèi)星在GPS預警器中設定坐標來完成的，比如遇到一個電子眼，然后通過相關設備在電子眼的正下方設立一個坐標，這樣，使得裝上這個坐標點數(shù)據(jù)的預警器到達這個點時，在達到坐標點的前300米左右就會開始預警，告訴車主前面有電子眼測速，不能超速駕駛，這樣就起到一個預警作用。這樣的準確率跟數(shù)據(jù)點的多少是有關系的，主要就是利用衛(wèi)星的定位來實現(xiàn)了。

試機辨真假

GPS預警器：一個預警點報警一次，單向預警；定點報警，不受干擾；預警準確率可達98%以上。可選擇的音樂和語音種類多，音質(zhì)較好。

假GPS預警器：同一個預警點報警兩次（駛向預警點和離開預警點都報警）；會受某些公共設施如電塔干擾誤報警；多有漏報，準確性率低不足70%；報警音樂和語音單一，音質(zhì)較差

GPStar智能GPS系統(tǒng)

主要由兩大部分組成，即：本地的監(jiān)控中心軟件管理平臺和遠程的GPS智能車載終端。遠程的GPS智能車載終端將車輛所處的位置信息、運行速度、運行軌跡等數(shù)據(jù)傳回到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收到這些數(shù)據(jù)后，會立即進行分析、比對等處理，并將處理結(jié)果以正常信息或者報警信息兩類形式顯示給管理員，由管理員決定是否要對目標車輛采取必要措施。4

原理GPS導航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發(fā)射導航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼；每三十秒重復一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當用戶接受到導航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。

可見GPS導航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導航電文。然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。

GPS接收機可接收到可用于授時的準確至納秒級的時間信息；用于預報未來幾個月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預報星歷；用于計算定位時所需衛(wèi)星坐標的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛(wèi)星不同，隨時變化）；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。

GPS接收機對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機的距離，由于含有接收機衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。

GPS接收機對收到的衛(wèi)星信號，進行解碼或采用其它技術，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復載波。嚴格而言，載波相位應被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機本機振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始歷元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達到優(yōu)于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。

按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位。

在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時（大氣有明顯差別），應選用雙頻接收機。

相對論為GPS提供了所需的修正

全球定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星的定時信號提供緯度、經(jīng)度和高度的信息，精確的距離測量需要精確的時鐘。因此精確的GPS接受器就要用到相對論效應。

準確度在30米之內(nèi)的GPS接受器就意味著它已經(jīng)利用了相對論效應。華盛頓大學的物理學家Clifford M. Will詳細解釋說：“如果不考慮相對論效應，衛(wèi)星上的時鐘就和地球的時鐘不同步?！毕鄬φ撜J為快速移動物體隨時間的流逝比靜止的要慢。Will計算出，每個GPS衛(wèi)星每小時跨過大約1.4萬千米的路程，這意味著它的星載原子鐘每天要比地球上的鐘慢7微秒。

而引力對時間施加了更大的相對論效應。大約2萬千米的高空，GPS衛(wèi)星經(jīng)受到的引力拉力大約相當于地面上的四分之一。結(jié)果就是星載時鐘每天快45微秒， GPS要計入共38微秒的偏差。Ashby解釋說：“如果衛(wèi)星上沒有頻率補償，每天將會增大11千米的誤差?！?這種效應實事上更為復雜，因為衛(wèi)星沿著一個偏心軌道，有時離地球較近，有時又離得較遠。)

前景GPS定位系統(tǒng)具有性能好、全天候、精度高、應用廣和自動測量的特點，是迄今最好的導航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，如今已遍及國民經(jīng)濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。5

隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，美國政府在2000年至2006年期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到20米，這將進一步推動GPS技術的應用，提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學水平以及人們的生活質(zhì)量，刺激GPS市場的增長。據(jù)有關專家預測，在美國，單單是汽車GPS導航系統(tǒng)，2000年后的市場達到30億美元，而在我國，汽車導航的市場也達到50億元人民幣。可見，GPS技術市場的應用前景非常可觀。

功能應用應用領域全球定位系統(tǒng)的主要用途：

(1)陸地應用，主要包括車輛導航、應急反應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、 市政規(guī)劃控制等；

(2)海洋應用，包括遠洋船最佳航程航線測定、船只實時調(diào)度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；

(3)航空航天應用，包括飛機導航、航空遙 感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導彈制導、航空救援和載人航天器防護探測等。

主要是為船舶，汽車，飛機等運動物體進行定位導航。例如：

船舶遠洋導航和進港引水

飛機航路引導和進場降落

汽車自主導航

地面車輛跟蹤和城市智能交通管理

緊急救生

個人旅游及野外探險

個人通訊終端（與手機，PDA，電子地圖等集成一體）

電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡的時間同步

準確時間的授入

準確頻率的授入

各種等級的大地測量，控制測量

道路和各種線路放樣

水下地形測量

地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測

GIS應用

工程機械（輪胎吊，推土機等）控制

精細農(nóng)業(yè)

◆GPS在道路工程中的應用

GPS在道路工程中的應用，主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點等。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。如今，國內(nèi)已逐步采用GPS技術建立線路首級高精度控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設導線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點位誤差只有2厘米左右，達到了常規(guī)方法難以實現(xiàn)的精度，同時也大大提前了工期。GPS技術也同樣應用于特大橋梁的控制測量中。由于無需通視，可構(gòu)成較強的網(wǎng)形，提高點位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點也非常有效。GPS技術在隧道測量中也具有廣泛的應用前景，GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟和社會效益。

◆GPS在汽車導航和交通管理中的應用

三維導航是GPS的首要功能，飛機、輪船、地面車輛以及步行者都可以利用GPS導航器進行導航。汽車導航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎上發(fā)展起來的一門新型技術。汽車導航系統(tǒng)由GPS導航、自律導航、微處理機、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動器、LCD顯示器組成。GPS導航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網(wǎng)絡、計算機車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能。

GPS技術在導航儀中的應用舉例

國際領先GPS導航儀品牌：Ahada（艾航達）――源自美國硅谷，現(xiàn)已登錄中國！

Ahada（艾航達）――專注于發(fā)展先進的GPS衛(wèi)星導航便攜式設備供應商，公司產(chǎn)品線涉及便攜式導航、GPS手機導航及個人手持導航裝置等全系列GPS便攜產(chǎn)品。

Ahada（艾航達）――在美國硅谷、中國分別成立研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的機構(gòu)，匯集多位在GPS、通訊領域擁有多年經(jīng)驗的國際化一流科技精英，實現(xiàn)Ahada的領先技術和卓越品質(zhì)。

國內(nèi)上線首款產(chǎn)品：Ahada N310――高性價比機王（為商務精英和白領女性量身定做的GPS導航儀機型）

核心功能1) 地圖查詢

◎可以在操作終端上搜索你要去的目的地位置。

◎可以記錄你常要去的地方的位置信息，并保留下來，也和可以和別人共享這些位置信息。

◎模糊的查詢你附件或某個位置附近的如加油站，賓館、取款機等信息，

2) 路線規(guī)劃

◎GPS 導航系統(tǒng)會根據(jù)你設定的起始點和目的地，自動規(guī)劃一條線路。

◎規(guī)劃線路可以設定是否要經(jīng)過某些途徑點。

◎規(guī)劃線路可以設定是否避開高速等功能。

3) 自動導航

◎語音導航：

用語音提前向駕駛者提供路口轉(zhuǎn)向，導航系統(tǒng)狀況等行車信息，就像一個懂路的向?qū)Ц嬖V你如何駕車去目的地一樣。導航中最重要的一個功能，使你無需觀看操作終端，通過語音提示就可以安全到達目的地。

◎畫面導航：

在操作終端上，會顯示地圖，以及車子所在的位置，行車速度，目的地的距離，規(guī)劃的路線提示，路口轉(zhuǎn)向提示的行車信息。

◎重新規(guī)劃線路：

當你沒有按規(guī)劃的線路行駛，或者走錯路口時候，GPS 導航系統(tǒng)會根據(jù)你現(xiàn)在的位置，為你重新規(guī)劃一條新的到達目的地的線路。

種類根據(jù)型號分類測地型、全站型、定時型、手持型、集成型；

根據(jù)用途分類車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式。

按接收機的用途分類1．導航型接收機

此類型接收機主要用于運動載體的導航，它可以實時給出載體的位置和速度。這類接收機 一般采用C/A碼偽距測量，單點實時定位精度較低，一般為±10m，有SA影響時為±100m。 這類接收機價格便宜，應用廣泛。根據(jù)應用領域的不同，此類接收機還可以進一步分為：

車載型——用于車輛導航定位；

航海型——用于船舶導航定位；

航空型——用于飛機導航定位。由于飛機運行速度快，因此，在航空上用的接收機 要求能適應高速運動。

星載型——用于衛(wèi)星的導航定位。由于衛(wèi)星的速度高達7km/s以上，因此對接收機的要求更高。

補充：

車載型：當通過硬件和軟件做成GPS定位終端用于車輛定位的時候，稱為車載GPS,但光有定位還不行，還要把這個定位信息傳到報警中心或者車載GPS持有人那里，我們稱為第三方。所以GPS定位系統(tǒng)中還包含了GSM網(wǎng)絡通訊（手機通訊），通過GSM網(wǎng)絡用短信的方式把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到第三方。通過微機解讀短信電文，在電子地圖上顯示車輛位置。這樣就實現(xiàn)了車載GPS定位。 與此同時，在車上安裝相應的探測傳感器，利用車載GPS定位的GSM網(wǎng)絡通訊功能，同樣能把防盜報警信息發(fā)送到第三方，或者把這個報警電話、短信直接發(fā)送到車主手機上，完成車載GPS防盜報警。這里可以看出，車載GPS定位的GSM網(wǎng)絡部分實際上是一個智能手機，可以和第三方互相通訊，還可以把車輛被搶，司機被劫、被綁架等信息發(fā)送到第三方。 所以說車載GPS定位是定位、防盜、防劫的。

市場銷售很廣闊，經(jīng)常被大家提及的是一般的民用的導航gps，這樣的gps主要是給汽車定位，導航。越來越發(fā)達的道路，錯綜復雜的高架橋給駕駛者越來越難分辨道路。導航車載gps的確是給駕駛者帶來了極大的方便！

而且如今的導航gps還具有提前預警電子眼、查詢?nèi)珖糜尉包c、酒店等服務。的確是旅游帶來了極大的方便！

◆類似車載GPS

類似車載GPS終端的還有定位手機、個人定位器等。GPS衛(wèi)星定位由于要通過第三方定位服務，所以要交納不等的月/年服務費。

如今所有的GPS定位終端，都沒有導航功能。因為需要再增加硬件和軟件，成本提高。

我們在電視里看到的車載GPS廣告，和上述的車載GPS完全是兩回事。它是一種GPS導航產(chǎn)品，當需要導航時，首先定位，也就是導航的起點，這與真正的GPS定位是不同的，它不能把定位信息傳送到第三方和持有人那里，因為導航儀中缺少手機功能。比如你把導航儀放在車里，你朋友把車借開走了，導航儀不能發(fā)信息給你，那你就無法查找車輛位置。所以導航儀是不能定位的。

你說我買的是導航手機該行了吧，你想想，你把導航手機放在車上，如果車被盜了，那個手機會自己給你或第三方打電話發(fā)短信嗎？它是需要人來操作的。所以說導航終端都沒有定位功能。

導航終端可以導航路線，讓你在陌生的地方不迷路，劃出路線讓你到達目的地，告訴你自己當前位置，和周邊的設施等等。

中國在GPS應用上取得了很大的市場.其中有很多公司是導航的.但是也有在GPS行業(yè)做定位管理的。

各種GPS/GIS/GSM/GPRS車輛監(jiān)控系統(tǒng)軟件、GSM和GPRS移動智能車載終端、系統(tǒng)的二次開發(fā)車輛監(jiān)控系統(tǒng)整體搭建方案.系統(tǒng)廣泛應用于公安，醫(yī)療，消防，交通，物流等領域。該方案基于NXP的PNX1090 Nexperia移動多媒體處理器硬件和由NXP與合作伙伴ALK Technologies聯(lián)合開發(fā)的軟件。NXP聲稱，該方案提供了設計師搭建一個帶導航能力的低成本、多媒體功能豐富的便攜式媒體播放器所需的一切，這些多媒體功能包括：MP3播放、標準和高清晰度視頻播放和錄制、FM收音、圖像存儲和游戲。NXP以其運行于PNX0190上的swGPS Personal軟件來實現(xiàn)GPS計算，從而取代了一個GPS基帶處理器，進而降低了材料清單(BOM)成本并支持現(xiàn)場升級。

跟隨GPS 的一系列關聯(lián)的應用都設計到數(shù)學和算法，和GIS系統(tǒng)，地圖投影，坐標系轉(zhuǎn)換!

由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術，建立基準站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS（DGPS），定位精度可提高到5米。

2．測地型接收機

測地型接收機主要用于精密大地測量和精密工程測量。這類儀器主要采用載波相位觀測值 進行相對定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復雜，價格較貴。

測地型接收機根據(jù)使用用途和精度，又分為靜態(tài)（單頻）接收機和動態(tài)（雙頻）接收機即RTK.

在GPS技術開發(fā)和實際應用方面，國際上較為知名的生產(chǎn)廠商有美國Trimble（天寶）導航公司、瑞士Leica Geosystems（徠卡測量系統(tǒng)）、日本TOPCON（拓普康）公司、美國Magellan（麥哲倫）公司（原泰雷茲導航）、國內(nèi)有上海華測導航技術有限公司、南方測繪等。

Trimble（天寶）的GPS接收機產(chǎn)品主要有SPS751、SPS851、SPS781、SPS881、R8、R8GNSS、R7、R6及5800、5700等。其作為美國軍方控股企業(yè)，是世界上最早研究與生產(chǎn)的GPS的部分企業(yè)之一，其中，SPS881,R8GNSS為72通道GPS/WAAS/EGNOS接收機，它把三頻GPS接收機、GPS天線、UHF無線電和電源組合在一個袖珍單元中，具有內(nèi)置Trimble Maxwell 5芯片的超跟蹤技術。即使在惡劣的電磁環(huán)境中，仍然能用小于2.5瓦的功率提供對衛(wèi)星有效的追蹤。同時，為擴大作業(yè)覆蓋范圍和全面減小誤差，可以同頻率多基準站的方式工作。此外，它還與Trimble VRS網(wǎng)絡技術完全兼容，其內(nèi)置的WAAS和EGNOS功能提供了無基準站的實時差分定位。SPS751、SPS851、SPS551還具有接收星站差分改正信息的功能，最高單機定位精度可達到5cm。

Leica Geosystems（徠卡測量系統(tǒng)）是全球著名的專業(yè)測量公司，其不僅在全站儀、相機方面對行業(yè)產(chǎn)生了很大的影響，而且在測量型GPS的研發(fā)及GPS的應用上也做出了極大的貢獻，是快速靜態(tài)、動態(tài)RTK技術的先驅(qū)。其GPS1200系統(tǒng)中的接收機包括4種型號：GX1230 GG/ATX1230 GG、GX1230/ATX1230、GX1220和GX1210。

其中，GX1230 GG/ATX1230 GG為72通道、雙頻RTK測量接收機，接收機集成電臺、GSM、GPRS和CDMA模塊，具有連續(xù)檢核（SmartCheck+）功能，可防水（水下1m）、防塵、防沙。動態(tài)精度：水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm；靜態(tài)精度：水平5mm+0.5ppm，垂直10mm+0.5ppm。它在20Hz時的RTK距離能夠達到30km甚至更長，并且可保證厘米級的測量精度，基線在30公里時的可靠性是99.99%。

日本TOPCON（拓普康）公司生產(chǎn)的GPS接收機主要有GR-3、GB-1000、Hiper系列、Net-G3等。其中，GR-3大地測量型接收機可100%兼容三大衛(wèi)星系統(tǒng)（GPS+GLONASS+GALIEO）的所有可用信號，他不僅僅是世界上最早研發(fā)出能同時接收美國的GPS與俄羅斯GLONASS兩種衛(wèi)星信號的雙星技術的廠家，也是現(xiàn)今世界上唯一可以同時接收所有GNSS衛(wèi)星的接收機技術，有72個超級跟蹤頻道，每個通道都可獨立追蹤三種衛(wèi)星信號，采用抗2米摔落堅固設計，支持藍牙通訊，內(nèi)置GSM/GPRS模塊（可選）。靜態(tài)、快速靜態(tài)的精度：水平3mm+0.5ppm，垂直5mm+0.5ppm；RTK精度：水平10mm+1ppm，垂直15mm+1ppm；DGPS精度：優(yōu)于25cm。值得一提的是，該款接收機于2007年2月在德國獲得了2007年度iF工業(yè)設計大獎，這款儀器的外觀打破了測量型GPS的常規(guī)模式，更具科學性與人性化設計。

華測導航的GPS接收機產(chǎn)品主要有X60CORS、X20單頻接收機、X90一體化RTK、X60雙頻接收機等。國內(nèi)通過中華人民共和國制造計量器具許可證獲得的精度最高的產(chǎn)品，其中，X90為28通道雙頻GPS接收機，集成雙頻GPS接收機、雙頻測量型GPS天線、UHF無線電、進口藍牙模塊和電池，動態(tài)精度：水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm；靜態(tài)精度：水平5mm+1ppm，垂直10mm+1ppm，能達到10－30公里的作用范圍（因?qū)嶋H地域情況有所差別），既可以承受從3米高度跌落到堅硬的地面，也可浸入水下1米深處進行測量。X90具有靜態(tài)、快速靜態(tài)、RTK、PPK、碼差分等多種測量模式，精度范圍為毫米級到亞米級。 而且可與天寶，徠卡等主流品牌聯(lián)合作業(yè)。

南方測繪的GPS接收機產(chǎn)品主要有RTK S82、S86、藍牙靜態(tài)GPS、等。其中S82采用一體化設計，集成GPS天線、UHF數(shù)據(jù)鏈、OEM主板、藍牙通訊模塊、鋰電池，其RTK定位精度：平面±（2cm+1ppm），垂直±（3cm+1ppm）；靜態(tài)后處理精度：平面±（5mm+0.5ppm），垂直±（10mm+1ppm）；單機定位精度：1.5m(CEP)；碼差分定位精度：0.45m(CEP)。

3．授時型接收機

這類接收機主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標準進行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。

按接收機載波頻率分類單頻接收機

單頻接收機只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測值進行定位。由于不能有效消除 電離層延遲影響，單頻接收機只適用于短基線（