【正文】 星上載導航數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中，所有衛(wèi)星軌道都通過地球的南北兩極，衛(wèi)星的地跡與地球的子午圈重合，故稱為 “子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)”。它是新一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是現(xiàn)代科學技術迅速發(fā)展的結晶。第一階段和第二階段共發(fā)射了11顆試驗衛(wèi)星，這些試驗衛(wèi)星稱為第一代衛(wèi)星。1989年的2月4日，發(fā)射了GPS第一顆工作衛(wèi)星，到1994年3月10日工研制發(fā)射了28顆工作衛(wèi)星。GPS從根本上解決了人類在地球及其周圍空間的導航及定位問題，它不僅可以廣泛地應用于海上、陸地和空中運動目標的導航、制導和定位，而且可為空間飛行器進行精密定軌，滿足軍事部門的需要。全球定位系統(tǒng)的空間星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆隨時可以啟用的備用衛(wèi)星所組成。同時，位于地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目，隨時間和地點的不同而相異，最少亦有4顆，最多時可達11顆。為此，每顆GPS工作衛(wèi)星一般安設2臺侞原子鐘和2臺銫原子鐘，并計劃未來采用更穩(wěn)定的氫原子鐘（其頻率穩(wěn)定度優(yōu)于1014s）。控制部分的操控系統(tǒng)（Operational Control System，簡稱OCS）負責監(jiān)控全球定位系統(tǒng)的工作，包括主控站、監(jiān)控站和注入站，各部分的作用如下：主控站——衛(wèi)星操控中心（CSOC），位于科羅拉多斯普林斯（Colorado Springs）附近的佛肯（Falcon)空軍基地，其任務是收集各監(jiān)控站送來的跟蹤數(shù)據(jù)，計算衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)并發(fā)送至各注入站，轉發(fā)至各衛(wèi)星。即使注入站因故障無法注入新的數(shù)據(jù)，存儲器具備長達14天的預報能力，此時，定位精度從10m左右逐漸遞減至約200m。GPS用戶設備部分主要包括：GPS接收機及其天線，微處理器及其終端設備以及電源等。也有的將天線單元和接收單元制成一個整體，觀測時將其安置在測站點上。接收單元信號波道和微處理機構成接收單元的核心部件。綜上所述，接收機的主要功能是：能迅速捕獲按一定衛(wèi)星截止高度角所選擇的待測衛(wèi)星信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接受到的衛(wèi)星信號進行變換、放大和處理，以便測定出GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時地計算出測站的三維坐標、三維速度和時間等所需數(shù)據(jù)。研究GPS定位系統(tǒng)有著十分重大的意義，因為GPS定位技術與美國的國防現(xiàn)代化發(fā)展密切相關，所以為了保障美國的利益與安全，美國限制非經美國特許的用戶利用GPS定位的精度，甚至通過人為的施加誤差來限制廣大民間用戶利用GPS進行實時和較高精度的定位。距離測量主要采用兩種方法：一是測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達用戶接受機的傳播時間，即偽距測量；一是測量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號與接收機產生的參考載波信號之間的相位差，即載波相位測量。 一顆衛(wèi)星的平面定位于是需要第二顆衛(wèi)星。 三顆衛(wèi)星的平面定位我們一般說至少要4顆衛(wèi)星，第四顆衛(wèi)星的信號實際上是提供時間基準，給GPS接收機用來計算接收機距離其他三顆衛(wèi)星的距離：有了時間基準，接收機就可以測量從其他三顆衛(wèi)星到達接收機的時間，然后把時間轉換成距離。b．載波相位測量載波相位測量師測量GPS載波信號從GPS衛(wèi)星發(fā)射天線到GPS接收機接收天線的傳播路程上的相位發(fā)生變化，從而確定傳播距離的方法。衛(wèi)星信號的解調可采用兩種方法，一種是碼相關法，第二種是平方法。若把載波作為量測信號，對載波進行相位測量可以達到很高的精度。 2) 解算麻煩。要精確測定星站距離，就必須精確測定信號傳播時間。1 世界時系統(tǒng)世界時系統(tǒng)是以地球自轉為基準的一種時間系統(tǒng)。恒星時在數(shù)值上等于春分點相對于本地子午圈的時角。LAST——真春分點的地方時角；GAST——真春分點的格林尼治時角；LMST——平春分點的地方時角；GMST——平春分點的格林尼治時角。稱為平太陽。此外，地球自轉速度也不均勻，它不僅包含有長期的減緩趨勢，而且還含有一些短周期的變化和季節(jié)性變化。2 原子時（Atomic TimeAT）隨著科技的發(fā)展，人們對時間穩(wěn)定度的要求不斷提高。原子時的起點定義為1958年1月1日零時的UT2（）國際上用約100臺原子鐘推算統(tǒng)一的原子時系統(tǒng)，稱為國際原子時系統(tǒng)（IAT）。否則在協(xié)調世界時的時刻上減去1秒，稱為閏秒。n (5—29)式中，n為調整參數(shù)，其值由IERS發(fā)布。時號播發(fā)的同步精度約為177。由GPS主控站的原子鐘控制。n 19s （530）n值由國際地球自轉服務組織公布。衛(wèi)星的信號、衛(wèi)星的運動、衛(wèi)星的坐標都與時間密切相關。（2）與GPS信號傳播有關的誤差；主要包括電離層折射的影響和對流層折射的影響，以及多路徑效應影響。（3）與觀測和接收機有關的誤差。尤其是近些年，GIS更以其強大的地理信息空間分析功能，在GPS及路徑優(yōu)化中發(fā)揮著越來越重要的作用。GIS的組成：從應用的角度，地理信息系統(tǒng)由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五部分組成。 GIS軟件的選型，直接影響其它軟件的選擇，影響系統(tǒng)解決方案，也影響著系統(tǒng)建設周期和效益。對于GPS，GIS是一種重要的空間數(shù)據(jù)處理工具?？梢詮恼w、動態(tài)、幾何空間、地球內部等等來測量，這對于制作地圖，研究地圖有著不可替代的作用。GPS的主要功能就是自主導航，利用接收終端向用戶提供位置、時間信息，也可結合電子地圖進行移動平臺航跡顯示、行駛線路規(guī)劃和行駛時間估算，從而大大提高部隊的機動作戰(zhàn)和快速反應能力。GPS制導有精度高、制導方式靈活等特點，已成為精確制導武器的一種重要制導方式。未來單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)保障。利用GPS可提供高精度授時，為軍用通信網絡提供統(tǒng)一的時標信息，從而使通信網絡速率同步，保證通信網中的所有數(shù)字通信設備工作于同一標準頻率上。 運用區(qū)域導航概念的趨勢說明GPS擔當了更加重要的角色。 由GPS創(chuàng)造出的新的和更有效率的空中路線正在不斷地擴展。在世界上有些地區(qū)，衛(wèi)星信號被增強了，或為適應特殊航空需要而得到改善，比如在低能見度條件下的降落。這些信號是對現(xiàn)有民用服務的補充。 第二個生命安全信號帶來的利益將遠大于現(xiàn)有的GPS服務。 依靠GPS作為今天和明天的空中交通管理系統(tǒng)的基礎是許多國家計劃的一個重要部分。這一點在包括搜救在內的海上業(yè)務方面尤為如此。在海上，船要在條件許可的情況下安全、經濟和及時地到達目的地，就必須知道準確的位置、速度以及航向。商業(yè)漁船隊使用GPS來尋找最佳捕撈地點，跟蹤魚群遷徙，并保證遵守捕撈規(guī)則。鑒于港口每年都承擔數(shù)以百萬計的集裝箱的貨運，GPS極大地降低了丟失或錯運集裝箱的數(shù)量，減少了相關的運作成本。GPS讓農民能夠在雨、塵、霧及黑暗等能見度低的條件下工作。 　　現(xiàn)在，精準農業(yè)正在改變著農民與農業(yè)企業(yè)從土地獲取利潤的觀點。許多新的發(fā)明都有賴于機載電腦、數(shù)據(jù)收集傳感器、以及GPS時間與定位參照系統(tǒng)的綜合使用。一旦農民把更好地施用肥料及其他土壤添加劑、確定控制蟲害及草害的經濟閾限以及保護自然資源以利未來使用相結合，他們便可以獲取更多的利益。GPS的準確性使農民得以測繪有精確耕地畝數(shù)、道路定位、以及兩點之間距離的農場圖。同樣的耕地資訊也可以供空中噴灑的飛機使用，在不必使用人力插旗引導的情況下保證飛行區(qū)域的準確度。除了GPS目前提供的民用服務，美國承諾還要應用GPS衛(wèi)星上第二和第三個民用信號。其他交通堵塞的負面影響包括財產損失、人身傷害、空氣污染的增加以及低效的燃料消費。 　　當今世界上廣泛應用的自動車輛定位系統(tǒng)和車內導航裝置都離不開GPS。公共交通系統(tǒng)利用這種性能跟蹤火車、公共汽車和其他服務系統(tǒng)以提高準點率。在準時投遞系統(tǒng)中，卡車運輸公司利用GPS跟蹤以保證在預先承諾的時間內投遞和取件，無論是短途或是跨時區(qū)的長途?！　≡S多國家使用GPS幫助勘測他們的道路和高速公路網，確定路上或路邊一些標志物的位置。 　　目前正在進行研究向司機警告可能出現(xiàn)的危急情況，例如交通違規(guī)或撞車事件。ITS包含了在廣大范圍內的、以通訊為基礎的信息和電子技術。F、 測量測繪領域隨著全球技術的進化和擴展，勘測和測繪地圖界正在不斷地重新開發(fā)所需的工具來增加工作能力和得到高度精確的數(shù)據(jù)。 　　GPS為自然的和人工的地面特征提供精確的三維定位信息，世界上任何事物的這些信息都可以顯示在地圖和模型中，包括山川、河流、森林、瀕危動物、珍貴礦石及其他資源。 　　世界各地的政府機關、科學研究機構以及商業(yè)運作都在使用從GPS和GIS得到的勘測和地圖來及時地制訂政策和明智地使用資源。GPS增加的靈活性還允許把參照站建造在容易進出的地點，而不像從前那樣被限制在山頂上。除了現(xiàn)有的GPS民用服務之外，美國承諾增加兩個民用信號。組成慣性導航系統(tǒng)的設備都安裝在飛行器內，工作時不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾，是一種自主式導航系統(tǒng)。慣性導航系統(tǒng)通常由慣性測量裝置、計算機、控制顯示器等組成。控制顯示器顯示各種導航參數(shù)。慣性導航系統(tǒng)有如下主要優(yōu)點．（1）由于它是不依賴于任何外部信息．也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng)．故隱蔽性好且不受外界電磁干擾的影響；（2）可全天侯全球、全時間地工作于空中地球表面乃至水下．（3）能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產生的導航信息連續(xù)性好而且噪聲低．（4）數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好．其缺點是：（1）由于導航信息經過積分而產生，定位誤差隨時間而增大，長期精度差；（2）每次使用之前需要較長的初始對準時間；（3）設備的價格較昂貴；（4）不能給出時間信息。1976年 等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。塞格尼克理論的要點是這樣的：當光束在一個環(huán)形的通道中前進時，如果環(huán)形通道本身具有一個轉動速度，那么光線沿著通道轉動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉動相反的方向前進所需要的時間要多。除了上述兩種外，還有多普勒導航系統(tǒng)，奧米加導航系統(tǒng)，羅蘭導航系統(tǒng)等，這里不重點介紹了。而GPS也逐漸向著小型化、輕型化、低能耗發(fā)展，也能夠通過改善接收機內部電路，減小誤差以及通過改善信號處理技術，以提高信號的量測精度等。導師關愛、正直的處事原則和平易近人的工作作風，使我受益終身。我還要感謝本文所引用的參考文獻的作者以及相關領域的研究者，本文正式建立在他們的研究基礎之上的?？芷G紅 譯，Elliott 與Christopher 《GPS原理與應用》，電子工業(yè)出版社，2007年7月第二版JAMES BAOYEN TSUI 著，《GPS軟件接收機基礎》，電子工業(yè)出版社，2007年9 32