【正文】 速連同其它信息由地面站注入衛(wèi)星后，再轉(zhuǎn)發(fā)給用戶設(shè)備。控制部分的操控系統(tǒng)（Operational Control System，簡稱OCS）負責(zé)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(wù)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(zhuǎn)發(fā)至各衛(wèi)星。監(jiān)控站——共有5個，除主控站（Colorado Springs）外，還在夏威夷（Hawaii）島、北太平洋的卡瓦加蘭（Kwajalein）島、印度洋的狄哥伽西亞（Diego Garcia）島、大西洋的阿松森（Ascension ）島上設(shè)立監(jiān)控站，裝備有P碼接收機和精密銫鐘，對所接收到的衛(wèi)星進行連續(xù)的P碼偽距跟蹤測量，借助電離層和氣象數(shù)據(jù)，采用平滑方法，獲得每15分鐘的結(jié)果數(shù)據(jù)，傳送到主控站。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(yù)報能力，此時，定位精度從10m左右逐漸遞減至約200m。各站間用現(xiàn)代化的通訊網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，在原子鐘和計算機的精確控制下，各項工作實現(xiàn)了高度的自動化和標準化。GPS用戶設(shè)備部分主要包括：GPS接收機及其天線，微處理器及其終端設(shè)備以及電源等。根據(jù)接收機的結(jié)構(gòu)，可分為天線單元和接收單元兩大部分。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。接收天線大多采用全向天線，可接收來自任何方向的GPS信號，并將電磁波能量轉(zhuǎn)化為變化規(guī)律相同的電流。接收單元信號波道和微處理機構(gòu)成接收單元的核心部件。利用多個波道同時對多個衛(wèi)星進行觀測，實現(xiàn)快速定位。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(dǎo)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)。 GPS定位系統(tǒng)研究的目的與意義隨著GPS定位技術(shù)的迅速發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開拓，其應(yīng)用領(lǐng)域基于陸地應(yīng)用，延伸至航空，空間引導(dǎo)，海事等，世界各國對GPS系統(tǒng)的研制與生產(chǎn)都極為重視。研究GPS定位系統(tǒng)有著十分重大的意義，因為GPS定位技術(shù)與美國的國防現(xiàn)代化發(fā)展密切相關(guān)，所以為了保障美國的利益與安全，美國限制非經(jīng)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。在GPS普及的現(xiàn)在，幾乎所有的運載工具都將依賴于GPS，然而必然在某些方面要受制于美國，所以對GPS定位系統(tǒng)的研究是刻不容緩的，可以預(yù)料，隨著GPS技術(shù)的進一步發(fā)展，GPS的應(yīng)用將進入我們的日常生活，甚至?xí)淖兾覀兊纳罘绞?。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(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差，即載波相位測量。a．偽距測量通過測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達用戶接收機的傳播時間，從而球算出接收機到衛(wèi)星的距離。 一顆衛(wèi)星的平面定位于是需要第二顆衛(wèi)星。兩個圓相交得到了兩個點C、G。 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(zhuǎn)換成距離。三維定位和二維定位的基本原理相同，只不過將平面的原換成了球面。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。GPS接收機所接收到的衛(wèi)星信號中，已用相位調(diào)制技術(shù)在載波上調(diào)制了測距碼和衛(wèi)星導(dǎo)航電文，所以載波已不再連續(xù)（圖4－3）。衛(wèi)星信號的解調(diào)可采用兩種方法，一種是碼相關(guān)法，第二種是平方法。與此同時，接收機的本機振蕩器又能產(chǎn)生一個頻率和初相均與衛(wèi)星載波信號相同的基準信號，其相位就等于衛(wèi)星載波信號的相位。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。 載波相位測量載波相位測量的特點: 1) 精度高。 2) 解算麻煩。首先，作為動態(tài)已知點的GPS衛(wèi)星的位置是不斷變化的，在星歷中，除了要給出衛(wèi)星的空間位置參數(shù)以外，還要給出相應(yīng)的時間參數(shù)。要精確測定星站距離，就必須精確測定信號傳播時間。為此也必須精確測定時間。1 世界時系統(tǒng)世界時系統(tǒng)是以地球自轉(zhuǎn)為基準的一種時間系統(tǒng)。A、恒星時（Sidereal TimeST）由春分點的周日視運動確定的時間稱為恒星時。恒星時在數(shù)值上等于春分點相對于本地子午圈的時角。此外，為了確定世界統(tǒng)一時間，也用到格林尼治恒星時。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。B、 平太陽時（Mean Solar TimeMT）因地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道為一橢圓，所以太陽視運動的速度是不均勻的。稱為平太陽。與恒星時一樣，平太陽時也具有地方性，故常稱為地方平太陽時或地方平時。此外，地球自轉(zhuǎn)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。從1956年開始，在世界時中加入了極移改正和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正，改正后的世界時分別用UT1和UT2表示，未經(jīng)改正的世界時用UT0表示，其關(guān)系為： （528）式中Δλ為極移改正，ΔTS為地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性變化改正。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。為此，從20世紀50年代起，便建立了以原子能級間的躍遷特征為基礎(chǔ)的原子時系統(tǒng)。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）。為了保持原子時的優(yōu)點而避免其缺點，從1972年起，采用了以原子時秒長為尺度，時刻上接近于世界時的一種折衷時間系統(tǒng)，稱為協(xié)調(diào)世界時。否則在協(xié)調(diào)世界時的時刻上減去1秒，稱為閏秒。目前幾乎所有國家發(fā)播的時號，都以UTC為基準。n (5—29)式中，n為調(diào)整參數(shù)，其值由IERS發(fā)布。這樣用戶便可容易地由UTC得到相應(yīng)的UTl。時號播發(fā)的同步精度約為177。lms。由GPS主控站的原子鐘控制。原點定義為1980年1月6日零時與協(xié)調(diào)世界時的時刻一致。n 19s （530）n值由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織公布。GPS是測時測距系統(tǒng)。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(guān)。為此，GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星鐘和接收機鐘均采用穩(wěn)定而連續(xù)的GPS時間系統(tǒng)。（2）與GPS信號傳播有關(guān)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(yīng)影響。而對流層折射則是利用基線兩端同步觀測量求差和完善對流層大氣改正模型來減弱。（3）與觀測和接收機有關(guān)的誤差。除了上述三方面的誤差之外，還有地球自轉(zhuǎn)的影響，相對論效應(yīng)的影響等。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。簡單的說，地理信息系統(tǒng)就是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。GIS的組成：從應(yīng)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。 　　硬件主要包括計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)輸入，顯示和輸出的外圍設(shè)備等等。 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(shè)周期和效益。 (加測繪、應(yīng)急、石油石化等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。對于GPS，GIS是一種重要的空間數(shù)據(jù)處理工具。3S技術(shù)的集成，對傳統(tǒng)測繪學(xué)和地圖學(xué)有重大的意義?？梢詮恼w、動態(tài)、幾何空間、地球內(nèi)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。它極大地提高了美軍的指揮控制、多軍兵種協(xié)同作戰(zhàn)和快速反應(yīng)能力，大幅度地提高了武器裝備的打擊精度和效能。GPS的主要功能就是自主導(dǎo)航，利用接收終端向用戶提供位置、時間信息，也可結(jié)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(yīng)能力。GPS的導(dǎo)航定位和數(shù)字短報文通信基本功能可以有機結(jié)合，利用系統(tǒng)特殊的定位體制，將移動目標的位置信息和其他相關(guān)信息傳送至指揮所，完成移動目標的動態(tài)可視化顯示和指揮指令的發(fā)送，實現(xiàn)戰(zhàn)區(qū)移動目標的指揮監(jiān)控。GPS制導(dǎo)有精度高、制導(dǎo)方式靈活等特點，已成為精確制導(dǎo)武器的一種重要制導(dǎo)方式。GPS還可以對打擊目標命中率進行評估。未來單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)保障。在科索沃戰(zhàn)爭中，美軍的F117隱形飛機被擊落后，由于飛行員配備了GPS接收機的呼救裝置，從而使美軍能搶在南聯(lián)盟軍隊之前，在7小時內(nèi)找到并救出飛行員。利用GPS可提供高精度授時，為軍用通信網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的時標信息，從而使通信網(wǎng)絡(luò)速率同步，保證通信網(wǎng)中的所有數(shù)字通信設(shè)備工作于同一標準頻率上。由于它的精確性、連續(xù)性和全球的性能，GPS可以提供完美的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，滿足航空用戶的許多要求。 運用區(qū)域?qū)Ш礁拍畹内厔菡f明GPS擔(dān)當(dāng)了更加重要的角色。一些程序已經(jīng)被擴展以在飛行的各個階段利用GPS及其增強服務(wù)。 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。許多時候，在數(shù)據(jù)匱乏的區(qū)域（例如海洋上空）的飛行可以安全地減少飛機之間的距離，而且使更多的飛機選擇他們喜歡的和有效率的航線，以節(jié)省時間和燃料并增加貨運收入。在世界上有些地區(qū)，衛(wèi)星信號被增強了，或為適應(yīng)特殊航空需要而得到改善，比如在低能見度條件下的降落。 對航空界來說，一個好消息是GPS正在被不斷地改善和現(xiàn)代化。這些信號是對現(xiàn)有民用服務(wù)的補充。第二個新信號將由國際社會提供保護，用于航空導(dǎo)航。 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(wù)。雙頻率的意義是由同時使用雙重信號來顯著減少電離層干擾所產(chǎn)生的錯誤信號。 依靠GPS作為今天和明天的空中交通管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)是許多國家計劃的一個重要部分。GPS還是許多其他航空系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組成部分, 例如增強的地面接近警告系統(tǒng)（EGPWS）就已經(jīng)被證明可以成功地減少受控制飛行撞擊地面的危險性，而這是造成很多飛機失事的主要原因。這一點在包括搜救在內(nèi)的海上業(yè)務(wù)方面尤為如此。它提高了全世界海運業(yè)者的安全和效率水平。在海上，船要在條件許可的情況下安全、經(jīng)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。交通及其他水路險情使得船只回旋更為困難，事故風(fēng)險也更大。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。GPS技術(shù)與GIS軟件相結(jié)合，成為在世界上最大的港口設(shè)施中高效管理與操作集裝箱自動化定位的關(guān)鍵。鑒于港口每年都承擔(dān)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(guān)的運作成本。這些技術(shù)使實時的數(shù)據(jù)收集與精確的定位信息得以合二為一，從而使大量的地理空間數(shù)據(jù)得到有效的操作與分析。GPS讓農(nóng)民能夠在雨、塵、霧及黑暗等能見度低的條件下工作。這就限制了他們制定最有效的土壤/植株護理辦法以提高產(chǎn)量。 　　現(xiàn)在，精準農(nóng)業(yè)正在改變著農(nóng)民與農(nóng)業(yè)企業(yè)從土地獲取利潤的觀點。也許過去農(nóng)民們曾一度千篇一律地管理自己的耕地，而現(xiàn)在他們意識到了微觀管理耕地的益處。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。有很多廉價的、易于使用的方法和技術(shù)任何農(nóng)民都可以使用。一旦農(nóng)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(jīng)濟閾限以及保護自然資源以利未來使用相結(jié)合，他們便可以獲取更多的利益。今天，很多農(nóng)民都使用GPS產(chǎn)品來提高他們種植業(yè)的操作。GPS的準確性使農(nóng)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(nóng)場圖。莊稼顧問使用由GPS定位的堅固耐用的數(shù)據(jù)收集儀來準確地測繪蟲災(zāi)或草災(zāi)地圖。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(dǎo)的情況下保證飛行區(qū)域的準確度。GPS還可以讓飛機駕駛員為農(nóng)民提供準確的地圖。除了GPS目前提供的民用服務(wù)，美國承諾還要應(yīng)用GPS衛(wèi)星上第二和第三個民用信號。新的信號會提高未來農(nóng)業(yè)運作的質(zhì)量和效率。其他交通堵塞的負面影響包括財產(chǎn)損失、人身傷害、空氣污染的增加以及低效的燃料消費。由于GPS的幫助，許多商用車輛的分派和調(diào)度的問題明顯地減少了。 　　當(dāng)今世界上廣泛應(yīng)用的自動車輛定位系統(tǒng)和車內(nèi)導(dǎo)航裝置都離不開GPS。 　　一個地理信息系統(tǒng)（GIS）儲藏、分析并且顯示主要由GPS提供的地理參考信息。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(wù)系統(tǒng)以提高準點率。即時合伙開車可以實現(xiàn)，因為想搭車的人可以瞬時與附近的開車人配對。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(yù)先承諾的時間內(nèi)投遞和取件，無論是短途或是跨時區(qū)的長途。如果一輛卡車晚點或沒有按預(yù)定路線行駛，就會給調(diào)度員示警?！　≡S多國家使用GPS幫助勘測他們的道路和高速公路網(wǎng)，確定路上或路邊一些標志物的位置。這些信息成為GIS數(shù)據(jù)收集過程中的輸入。 　　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。GPS提供的定位信息是這類研究的必要組成部分。ITS包含了在廣大范圍內(nèi)的、以通訊為基礎(chǔ)的信息和電子技術(shù)。這些系統(tǒng)需要在10厘米內(nèi)精確地估計車輛相對于路面車道和路沿的位置。F、 測量測繪領(lǐng)域隨著全球技術(shù)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)。如今，一個勘測員在一天里就可以完成過去一個勘測隊數(shù)周才能完成的任務(wù)。 　　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。 　　GPS在全球災(zāi)難救援的行動中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，比如2004年襲擊印度洋地區(qū)的海嘯，2005年肆虐墨西哥灣的卡特琳娜和瑞塔颶風(fēng)，