全球定位系統(GPS)是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新壹代空間衛星導航定位系統。其主要用途是為陸、海、空提供實時、全天候和全球導航服務，並用於情報收集、核爆炸監測和應急通信等壹些軍事用途。它是美國全球主導戰略的重要組成部分。經過20多年的研究和實驗，耗資300億美元。到1994年3月，已經布設了24個全球覆蓋率達98%的GPS衛星星座。
GPS全球定位系統由三部分組成:空間部分——GPS星座；地面控制部分-地面監控系統；用戶設備部分-GPS信號接收器。
◆GPS的前身
GPS系統的前身是美軍研制的子午線衛星定位系統(Transit)，1958年研制，64年投入使用。該系統采用5至6顆衛星組成的星網工作，每天最多繞地球13次，不能給出高度信息，定位精度不盡如人意。然而，子午系統使R&D部獲得了衛星定位的初步經驗，並驗證了衛星系統定位的可行性，為GPS系統的發展奠定了基礎。由於衛星定位在導航方面顯示出巨大的優勢，而子午系統在潛艇和艦船導航方面有很大的缺陷。美國陸軍、海軍、空軍和民用部門都迫切需要壹種新的衛星導航系統。
因此，美國海軍研究實驗室(NRL)提出了壹個名為Tinmation的全球定位網絡計劃，由12到18顆衛星組成，高度為10000km。1967年、1969年和1974年分別發射了壹顆實驗衛星，在這些衛星上初步測試了原子鐘授時系統，這是GPS系統精確定位的基礎。而美國空軍則提出了621-b的方案，每個星座由4到5顆衛星組成。這些衛星除1外，全部采用周期為24小時的傾斜軌道。這種方案基於偽隨機碼(PRN)傳播衛星測距信號，其強大的功能在信號密度低於1%的環境噪聲時也能被檢測到。偽隨機碼的成功應用是GPS系統成功的重要基礎。海軍的計劃主要用於為艦船提供低動態二維定位，而空軍的計劃可以提供高動態服務，但系統過於復雜。因為同時開發兩個系統會造成巨大的開支，而這裏的兩個計劃都是為了提供全球定位，所以在1973年，美國國防部將兩個系統合並為壹個，由國防部領導的衛星導航定位聯合規劃局(JPO)負責，辦公室設在洛杉磯的空軍航天辦公室。該機構成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰隊、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代表。
構成
1。空間部分
GPS的空間部分由24顆工作衛星組成，位於地面以上20±200km，均勻分布在6個軌道平面上(每個軌道平面4顆)，軌道傾角為55°。此外，在軌還有四顆現役備份衛星。衛星的分布使得隨時觀測全球任何地方的四顆以上衛星成為可能，並保持良好定位精度的幾何圖像。這提供了在時間上連續的全局導航能力。GPS衛星產生兩套碼，其中壹套叫C/ A碼(Coase/Acquisition Code 11023 MHz)；壹組稱為P碼(PROCISE碼10123 MHz)。由於其頻率高，不易被幹擾，定位精度高，所以受美軍控制，有密碼，壹般人無法解讀，主要為美軍服務。C/ A碼主要由人們在采取措施故意降低其準確性後使用。
2。地面控制部分
地面控制部分由壹個主控站、五個全球監測站和三個地面控制站組成。監測站配備了精確的銫原子鐘和接收器，可以連續測量所有可見的衛星。監測站獲得的衛星觀測數據，包括電離層和氣象數據，經過初步處理後傳輸到主控站。主控站收集各個監測站的跟蹤數據，計算衛星的軌道和時鐘參數，然後將結果發送到三個地面控制站。地面控制站將這些導航數據和主控制站的命令註入每顆運行在頭頂上的衛星。這種註入是每顆GPS衛星每天壹次，最後壹次註入是在衛星離開註入站範圍之前進行的。如果某個地面站出現故障，衛星預存的導航信息還能使用壹段時間，但導航精度會逐漸下降。
3。用戶設備部分
用戶設備部分是GPS信號接收器。其主要功能是捕獲按照壹定的衛星截止角選擇的待測衛星，並跟蹤這些衛星的運行情況。當接收機捕獲到被跟蹤的衛星信號時，可以測量接收天線到衛星的偽距和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據，接收機中的微處理器可以根據位置計算方法計算出位置，計算出用戶地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件、內部軟件和GPS數據後處理軟件包構成了壹個完整的GPS用戶設備。GPS接收機的結構分為兩部分:天線單元和接收單元。接收機壹般采用內置和外置兩種DC電源。設置內部電源的目的不是為了在更換外部電源時中斷連續觀察。使用非車載電源時，電池會自動充電。關機後，機器中的電池向RAM存儲器供電，以防止數據丟失。目前，各種類型的接收器越來越小，越來越輕，便於現場觀察。
全球定位系統
GPS導航系統的基本原理是測量已知位置的衛星與用戶接收機之間的距離，然後綜合多顆衛星的數據就可以知道接收機的具體位置。為了達到這個目的，可以根據星上時鐘記錄的時間，在衛星星歷中查出衛星的位置。用戶與衛星之間的距離是通過記錄衛星信號傳播到用戶處的時間，然後乘以光速得到的(由於大氣中電離層的幹擾，這個距離不是用戶與衛星之間的真實距離，而是偽距(PR):GPS衛星正常工作時，會不斷地發送由1和0的二進制符號組成的偽隨機碼(簡稱偽隨機碼)的導航電文。GPS系統中使用的偽碼* * *有兩種，分別是民用C/A碼和軍用P(Y)碼。C/A碼的頻率為1.023MHz，重復周期為壹毫秒，碼間距為1微秒，相當於300m；P碼頻率為10.23MHz，重復周期為266.4天，碼距為0.1微秒，相當於30m。y碼是在P碼的基礎上形成的，具有更好的安全性能。導航電文包括衛星星歷、工作條件、時鐘修正、電離層延遲修正、大氣折射修正等信息。它是從衛星信號中解調出來的，並以50b/s調制在載波頻率上發送。導航信息的每個主幀包含五個子幀，每個子幀長6s。前三幀10字；每30秒重復壹次，每小時更新壹次。最後兩幀***15000b。導航電文的內容主要包括遙測碼、轉換碼、數據塊1、2、3，其中最重要的是星歷數據。當用戶收到導航電文時，通過提取衛星時間並與自己的時鐘進行比較，就可以知道衛星與用戶之間的距離，然後利用導航電文中的衛星星歷數據，就可以計算出發送電文時衛星的位置，就可以知道用戶在WGS-84大地坐標系中的位置和速度。
可以看出，GPS導航系統的衛星部分的作用是不斷地傳輸導航電文。但是由於用戶接收機使用的時鐘和衛星時鐘不可能總是同步的，所以除了用戶的三維坐標X、Y、Z之外，還要引入壹個δ T，也就是衛星和接收機的時間差，作為壹個未知數，然後用四個方程求解這四個未知數。所以如果妳想知道接收器在哪裏，妳必須能夠接收到至少四顆衛星的信號。
GPS前景
GPS技術以其全天候、高精度、自動化測量的特點，作為壹種先進的測量手段和新的生產力，已經融入到國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個應用領域。
隨著冷戰的結束和全球經濟的蓬勃發展，美國政府宣布從2000年到2006年，在確保美國國家安全不受威脅的前提下，在全球範圍內提高GPS民用信號的精度，將使用C/A碼的單點定位精度從100米提高到20米，這將進壹步促進GPS技術的應用，提高生產力、運行效率、科學水平和人民的生活質量，刺激。據有關專家預測，在美國，僅車載GPS導航系統的市場在2000年後就將達到30億美元，而在中國，車載導航的市場也將達到50億元。可見，GPS技術市場的應用前景非常可觀。
GPS特征
GPS的主要特點是:(1)全天候；(2)全球覆蓋；(3)三維定速計時精度高；(4)快速、省時、高效；(5)用途廣泛，功能多樣。
GPS功能
GPS的主要用途:(1)陸地應用，主要包括車輛導航、應急響應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監測、地殼運動監測、市政規劃控制等。(2)海洋應用，包括遠洋船舶最佳航行路線的確定、船舶實時調度和導航、海上救援、海洋寶藏勘探、水文地質調查、海上平臺定位、海平面波動監測等。(3)航天應用，包括飛行器導航、遙感姿態控制、低軌衛星定軌、導彈制導、航空救援和載人飛船防護探測。
GPS應用範圍
主要用於船舶、汽車、飛機等移動物體的定位導航。例如:
1.船舶遠洋航行和港口分流
2.飛機航線引導和進場著陸
3.自動自主導航
4.地面車輛跟蹤與城市智能交通管理
5.緊急救生
6.個人旅行和野外探險
7.個人通信終端(集成手機、PDA和電子地圖)
1.電力、郵電、通信等網絡的時間同步
2.準確時間的輸入
3.精確頻率的輸入
1.各種等級的大地測量、控制測量
2.道路和各種線路放樣
3.水下地形測量
4.地殼形變測量，大壩和大型建築物的變形監測
5.地理信息系統應用
6.控制施工機械(輪胎起重機、推土機等)。)
7.精準農業
◆GPS在道路工程中的應用
目前，GPS在道路工程中的應用主要用於建立各種道路工程控制網，確定航測外部控制點。隨著高等級公路的快速發展，對勘測技術提出了更高的要求。由於線路長，知識點少，用常規的測量方法不僅難以布網，而且難以滿足高精度的要求。目前國內已逐步采用GPS技術建立壹級高精度控制網，然後采用常規方法加密導線。實踐證明，幾十公裏範圍內的點位誤差只有2厘米左右，達到了常規方法難以達到的精度，同時大大提前了工期。GPS技術也應用於特大橋的控制測量。因為不需要通視，所以可以形成很強的網形，提高點位精度，對於檢測常規測量的支點也很有效。GPS技術在隧道測量中也有廣闊的應用前景。GPS測量不需要通視，減少了常規方法的中間環節。因此快速準確，具有明顯的經濟效益和社會效益。
◆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、地面車輛和行人都可以使用GPS導航儀導航。汽車導航系統是在全球定位系統(GPS)基礎上發展起來的新技術。車載導航系統由GPS導航、自主導航、微處理器、車速傳感器、陀螺傳感器、光驅和液晶顯示器組成。GPS導航系統與電子地圖、無線通信網絡和計算機車輛管理信息系統相結合，可以實現車輛跟蹤和交通管理等多種功能。
(1)車輛跟蹤
利用GPS和電子地圖，可以實時顯示車輛的實際位置，並可以隨意放大、縮小、還原和改變。可以隨目標移動，使目標始終停留在屏幕上；而且可以實現多窗口、多車輛、多屏幕的同時跟蹤。該功能可用於跟蹤和運輸重要的車輛和貨物。
(2)提供旅遊路線規劃和導航。
提供出行路徑規劃是汽車導航系統的重要輔助功能，包括自動路徑規劃和人工路徑設計。自動路線規劃是駕駛員確定起點和終點，計算機軟件根據要求自動設計最佳行駛路線，包括計算最快路線、最簡單路線和通過高速公路路段次數最少的路線。人工路線設計是駕駛員根據自己的目的地設計起點、終點和經過點，自動建立路線庫。路線規劃完成後，顯示器可以在電子地圖上顯示設計路線，同時顯示汽車的行駛路徑和方法。
(3)信息查詢
為用戶提供主要地標的數據庫，如旅遊景點、酒店、醫院等。，用戶可以在電子地圖上顯示他們的位置。同時，監控中心可以使用監控控制臺查詢區域內任意目標的位置，車輛信息將以數字形式顯示在控制中心的電子地圖上。
(4)交通指揮
指揮中心可以監控區域內車輛的運行狀態，合理調度被監控車輛。指揮中心還可以隨時與被跟蹤目標通話，實施管理。
(5)緊急援助
通過GPS定位和監控管理系統，可以向處於危險或事故中的車輛提供緊急援助。監控站電子地圖顯示求助信息和報警目標，規劃最優救助方案，並以報警聲光提醒值班人員進行緊急處理。
◆GPS的其他應用
除了導航、定位和測量之外，由於GPS系統的空間衛星上有精確的時鐘，GPS還可以發布時間和頻率信息。因此，基於空間衛星上的精確時鐘，在地面監測站的監測下，傳輸精確的時間和頻率是GPS的另壹個重要應用，可以控制精確的時間或頻率，為許多工程實驗服務。此外，GPS還可用於獲取壹些實驗和工程應用的氣象數據。
全球定位系統(GPS)是今年發展起來的最前沿的高科技技術之壹，其全球、全方位、全天候的導航、定位、授時、測速等優勢必將越來越廣泛地應用於諸多領域。在發達國家，GPS技術已經應用於交通運輸和交通工程。目前，GPS技術在我國道路工程和交通管理中的應用剛剛起步。隨著我國經濟的發展，高等級公路的快速建設和GPS技術應用研究的逐步深入，其在道路工程中的應用將會更加廣泛和深入，發揮更大的作用。
GPS類型
GPS衛星接收機有很多種，按型號分為測地型、全站型、授時型、手持式和集成型。按用途分為車載、船載、機載、衛星載、導彈載。
經過20多年的實踐證明，GPS系統是壹種高精度、全天候、全球多功能的無線電導航、定位和授時系統。GPS技術已經發展成為多領域、多模式、多用途、多模式的國際高技術產業。
◆車載GPS
當GPS定位終端由硬件和軟件組成，用於車輛定位時，稱為車載GPS，但僅僅定位是不夠的，還要將這些定位信息傳輸給報警中心或車載GPS持有者，稱為第三方。因此，GPS定位系統還包括GSM網絡通信(手機通信)，通過GSM網絡通信將衛星定位信息以短信方式發送給第三方。短消息由微機解釋，車輛位置顯示在電子地圖上。這樣就實現了車載GPS定位。同時在車內安裝相應的檢測傳感器，還可以利用車載GPS定位的GSM網絡通信功能，將防盜報警信息發送給第三方，或者將報警電話和短信直接發送到車主手機上，完成車載GPS防盜報警。可以看到，車輛GPS定位的GSM網絡部分其實就是壹部智能手機，可以和第三方通信，也可以向第三方發送車輛被劫、司機被劫、綁架等信息。所以車輛GPS定位就是定位、防盜、防劫。
汽車GPS導航
1)系統功能
MP3播放功能:
mp3播放器可以用來播放音樂，讓用戶在無聊的旅途中調整放松。妳可以先通過網絡把妳喜歡的音樂下載到電腦上，然後通過讀卡器傳到本機的MMC/SD卡中名為“Mp3”的目錄下。
觸摸屏手寫輸入:
提供英文字母和漢字數字的手寫輸入，查詢更方便。
用手寫筆在屏幕中央書寫，可以在輸入框中顯示用戶書寫的文字，在選擇框中列出系統給出的輸入選項，選擇要輸入的文字。
2)系統配置
操作系統:微軟視窗操作系統。Net 4.2。
電子地圖:語音導航系統，大陸內導航。
微處理器:英特爾pxa 255–300 MHz
內置內存:32MB閃存+32MB SDRAM
顯示屏:3.5”半穿透TFT顯示面板，LED背光模組，分辨率240x320 16位，65K彩色顯示，支持QVGA模式。
衛星導航:內置高靈敏度GPS衛星定位模塊。
天線:內置25 x25 mm衛星接收天線。
按鈕/開關:電源開/關；音量控制輪；5個快捷鍵(設置、返回、目的地、放大和縮小)；4個方向鍵+1個執行鍵(上、下、左、右、執行)；硬件復位開關；系統復位開關
聲音輸出:支持MP3播放功能。
輸入輸出:觸摸板(觸控面板)；輸入模式(手寫筆/手寫識別輸入)；內部擴展槽(SD/MMC)；；揚聲器(壹組內置揚聲器)；耳機(外置3.5mm迷妳插孔)；數據傳輸線(USB1.1同步傳輸)
充電鋰電池:1100mAH充電鋰電池；啟動GPS功能，屏幕可連續工作5小時，無背光；在GPS功能屏幕上啟動等亮度顯示3小時；待機時間長達19天。
電源適配器:輸入100-240VAC，輸出5VDC，1A。
工作溫度:0 ~ 55℃
配件:256M MMC卡，車載天線，車載支架，車載吸盤，車載充電器。
◆類似車載GPS
類似車載GPS終端，還有定位手機和個人定位器。因為GPS衛星定位需要第三方定位服務，所以要支付不同的月/年服務費。
目前所有的GPS定位終端都沒有導航功能。因為需要增加硬件和軟件，增加了成本。
我們在電視上看到的車載GPS廣告和上面的車載GPS完全不壹樣。它是壹種GPS導航產品。需要導航時，先定位，這是導航的起點。這和真正的GPS定位是不壹樣的。它不能將定位信息傳遞給第三方和持有者，因為導航儀缺少手機的功能。比如妳把導航儀放在車裏，妳朋友借了車，導航儀不能給妳發信息，那妳就找不到車的位置。所以導航儀無法定位。
妳說我買了導航手機是吧？想想吧。妳把導航手機放在車裏，現在車被偷了。那個手機會打電話給妳或者第三方發短信嗎？它需要人來操作。所以現在的導航終端都沒有定位功能。
導航終端可以導航路線，讓妳在陌生的地方不迷路，畫出到達目的地的路線，告訴妳現在的位置，周邊的設施等等。
目前，中國在全球定位系統應用方面獲得了巨大的市場。很多是導航公司，但也有壹部分從事GPS行業的定位管理。
各種GPS/GIS/GSM/GPRS車輛監控系統軟件、GSM和GPRS移動智能車載終端的二次開發，以及車輛監控系統的整體建設方案。該系統廣泛應用於公安、醫療、消防、交通、物流等領域。該方案基於恩智浦的PNX1090 Nexperia移動多媒體處理器硬件和軟件，由恩智浦和合作夥伴ALK科技聯合開發。恩智浦聲稱，該方案為設計人員提供了構建具有導航功能和豐富多媒體功能的低成本便攜式媒體播放器所需的壹切，包括MP3播放、標準和高清視頻播放和錄制、FM收音機、圖像存儲和遊戲。恩智浦使用其運行在PNX0190上的swGPS個人軟件來實現GPS計算，從而取代了壹個GPS基帶處理器，從而降低了BOM成本，支持現場升級。