專題三：全球定位系統(tǒng)理論與應(yīng)用研究

1、專題三：地理信息系統(tǒng)理論與應(yīng)用研究2004-2006一、 GPS概述全球定位系統(tǒng)( Global Positioning System, 簡稱GPS) 由美國國防部為滿足軍事部門對陸地、海上和空中的設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的, 是以人造衛(wèi)星組網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1。GPS從1973年美國國防部正式提出到1993年底建成,歷時20年。GPS的應(yīng)用價值極高,所以成為美國政府繼阿波羅登月計劃和航天 飛機計劃之后的第三 大空間計劃。它從根本上解決了人類在地球上定位和導(dǎo)航的問題。GPS 實施計劃共分3個階段: 第一階段：方案論證和初步設(shè)計階段。從1973 年到 1979 年共發(fā)射了4顆試

2、驗衛(wèi)星, 研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng); 第二階段：全面研制和試驗階段。從 1979 年到 1984年又陸續(xù)發(fā)射了 7顆試驗衛(wèi)星, 研制了各種用途接收機。實驗表明, GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn); 第三階段：實用組網(wǎng)階段。1989 年 2 月 4日第一顆 GPS 工作衛(wèi)星發(fā)射成功, 表明 GPS 系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993 年底使用的 GPS 網(wǎng)即( 21+3) GPS 星座已經(jīng)建成, 今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星2。隨著人類文明的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 從原始時期的找方向、領(lǐng)路, 發(fā)展到后來的陸基導(dǎo)航, 以致現(xiàn)在的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng), 可以說這是幾千年人類社會進(jìn)步的一個縮

3、影, 它是伴隨著人們生產(chǎn)、生活的需要而發(fā)展起來的。目前, 世界上共有四套衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng), 包括已投入運行的GPS、GLONASS 和正在建設(shè)中 Galileo 等三套全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和我國的區(qū)域性北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。這些衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在給人們帶來極大的方便、造福于人類的同時, 它已形成為一個新興產(chǎn)業(yè)并成為 21 世紀(jì)最熱門的投資領(lǐng)域之一, 它是繼通信、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三個高新技術(shù)的經(jīng)濟增長點, 已在北美、歐洲以及其它地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。顯而易見, 建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)不僅經(jīng)濟效益顯著, 而且更是一個國家國防能力和綜合實力的重要體現(xiàn)3。二、 GPS的組成GPS 主要由

4、空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備3 部分構(gòu)成。1、 GPS 空間衛(wèi)星星座由 21顆工作衛(wèi)星和 3 顆在軌備用衛(wèi)星組成。24 顆衛(wèi)星均勻分布在 6個軌道平面內(nèi),軌道平面的傾角為 55 , 衛(wèi)星的平均高度為 20200 km, 運行周期為 11 h 58 min。衛(wèi)星用 L 波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號, 導(dǎo)航定位信號中含有衛(wèi)星的位置信息, 使衛(wèi)星成為一個動態(tài)的已知點。在地球的任何地點、任何時刻, 在高度角 15 以上,平均可同時觀測到 6 顆衛(wèi)星, 最多可達(dá)到 9 顆。2、 GPS 地面監(jiān)控站主要由分布在全球的 1個主控站、3個注入站和 5個監(jiān)測站組成。主控站根據(jù)各

5、監(jiān)測站對 GPS 衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù), 計算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)等, 并將這些數(shù)據(jù)編制成導(dǎo)航電文, 傳送到注入站, 再由注入站將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器中。3、GPS 用戶設(shè)備由 GPS 接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備(如計算機)等組成。GPS 接收機可捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號, 跟蹤衛(wèi)星的運行, 并對信號進(jìn)行交換、放大和處理, 再通過計算機和相應(yīng)軟件, 經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差, 求出 GPS 接收機中心( 測站點)的三維坐標(biāo)4。三、 GPS的定位原理1、GPS接收機可分為導(dǎo)航型和大地型，用于測量的GPS接收機為大地型，至少需要兩臺，一臺為基準(zhǔn)站設(shè)在已

6、知點上，另一臺為移動站設(shè)在要測定的點或要放樣的點上，基準(zhǔn)站和移動站同時接收衛(wèi)星信號基準(zhǔn)站向移動站發(fā)射一個載波相位數(shù)據(jù)，利用后方交會的原理，測量出移動站GPS移動站的位置?；鶞?zhǔn)站與移動站之間無需通視，基準(zhǔn)站與移動站之間的工作距離一般可達(dá)2-4km如基準(zhǔn)站設(shè)在較高的已知點(如高樓的頂上)，工作距離可達(dá)10km以上，因此非常適用于遠(yuǎn)離現(xiàn)有測量控制網(wǎng)的地區(qū)進(jìn)行測量作業(yè)5。但是, 針對不同的領(lǐng)域和用戶的不同要求, 需要采用的具體測量方法是不一樣的。一般來說, GPS 測量模式可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量兩種模式, 而靜態(tài)測量模式又分常規(guī)靜態(tài)測量模式和快速靜態(tài)測量模式, 動態(tài)測量模式分為準(zhǔn)動態(tài)測量模式和實時動

7、態(tài)測量模式, 實時動態(tài)測量模式分 DGPS 和 RTK 方式。2、GPS 導(dǎo)航定位是在陸基導(dǎo)航、空間技術(shù)、大地測量、通訊和計算機等技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的現(xiàn)代星基導(dǎo)航技術(shù)。它的最基本的任務(wù)是確定客體在空間中的位置定位, 隨之可求得瞬時速度、加速度、時間等參量, 進(jìn)而實現(xiàn)導(dǎo)航。所以 GPS 定位既是最基本的、也是最重要的6。圖 1 GPS 定位原理圖GPS 定位是根據(jù)測量中的距離交會定點原理實現(xiàn)的。如圖 1 所示, 在待測點 A 設(shè)置 GPS 接收機, 在某一時刻同時接收到 3 顆( 或 3 顆以上) 衛(wèi)星 W、P、Q 所發(fā)出的信號。通過數(shù)據(jù)處理和計算, 可求得該時刻接收機天線中心( 測站點) 至

8、衛(wèi)星的距離 S1、S2、S3。根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到該時刻 3 顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)( Xj, Yj, Zj) , j= 1,2, 3, 從而由坐標(biāo)公式解算出 A 點的三維坐標(biāo)( X, Y, Z)。 GPS 系統(tǒng)常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有 WGS84( Geodical System84 即世界大地坐標(biāo)系84) 、1954 年北京坐標(biāo)系、1980 年西安大地坐標(biāo)系。然后根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)7。四、 GPS獨特的優(yōu)點如前所述，GPS的接收機可分為導(dǎo)航型和大地型。GPS 的問世標(biāo)志著星基導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展到了一個輝煌的時代，大地型主要用于測量，與其它測量導(dǎo)航系統(tǒng)相比, GP

9、S 具有一些明顯的特點和優(yōu)勢:( 1) 測量精度高。GPS 可提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時間信息, 采用差分技術(shù)其定位精度為厘米級, 速度誤差，小于0.01m/s, 授時精度達(dá)到 20ns。( 2) 測站間無需通視。GPS 測量不需要測站間相互通視, 可根據(jù)實際需要確定點位,使得選點工作更加靈活方便。( 3) 觀測時間短。隨著GPS 系統(tǒng)的不斷完善和軟件的不斷更新, 一般靜態(tài)定位僅需幾分鐘; 在流動站與基準(zhǔn)站相距在15km 以內(nèi)的差分定位中, 流動站觀測時間只需 1-2min; 完成一次快速的動態(tài)定位或測速僅需數(shù)秒鐘。( 4) 儀器操作簡便。目前 GPS 接收機自動化程度越來越高, 操作

10、日趨智能化。觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設(shè)定參數(shù), 接收機即可進(jìn)行自動觀測和記錄。( 5) 全天候作業(yè)。GPS 衛(wèi)星數(shù)目多, 且分布均勻, 可保證在任何時間、任何地點連續(xù)進(jìn)行觀測, 一般不受天氣狀況的影響。( 6) 提供三維坐標(biāo)。GPS 測量可同時精確測定測站點的三維坐標(biāo), 其高程精度已可滿足4等水準(zhǔn)測量的要求。( 7)全球性。由于 GPS 衛(wèi)星的分布合理, 全球覆蓋率達(dá) 98%, 在覆蓋范圍內(nèi)的地球上任何地點均可連續(xù)同步地觀測到至少 4 顆衛(wèi)星;(8)應(yīng)用廣泛。可用于與定位、導(dǎo)航、授時有關(guān)的所有應(yīng)用, 是繼通信、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三大高科技應(yīng)用技術(shù)。五、 GPS定位的方式與方法依據(jù)

11、上述 GPS 定位原理, 人們在實踐中已研發(fā)出了多鐘 GPS 定位的方式與方法, 在實際的測量中可根據(jù)不同用途單獨采用某一種, 也可組合應(yīng)用。2004年，丁柏群在“全球定位系統(tǒng)及其在智能運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展”中提出GP S 定位方式分為單點定位和相對定位( 差分定位) 。1、單點定位是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機在地心坐標(biāo)中的絕對位置, 只能采用偽距觀測量, 可用于車船等的概略導(dǎo)航定位;2 、相對定位是根據(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, 通常是將一臺接收機安置在地面已知位置上作為基準(zhǔn)點, 并與控制范圍內(nèi)所有待測點的接收機地行同步觀測, 既可采用偽距觀測量也可采用

12、相位觀測量, 大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位8。2006年，劉美生在論文中提出GPS 定位的方式與方法按不同標(biāo)準(zhǔn)可作如下劃分:1、根據(jù)定位時接收機的運動狀態(tài)可分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位；（1）靜態(tài)定位是在定位的整個過程中保持接收機天線的位置固定不變, 即在數(shù)據(jù)處理時將接收機天線的位置作為一個不隨時間改變的量。靜態(tài)定位一般用于高精度的定位測量。（2）動態(tài)定位接收機的天線位置在觀測過程中是隨時間變化的。動態(tài)定位是在運動狀態(tài)下實時地測定運動客體位置的一種定位方法, 接收機天線位置在觀測過程中是隨時間變化的。與靜態(tài)定位相比, 它具有用戶廣泛性、定位實時性、速度范圍寬等顯著特點。2、根據(jù)定

13、位所采用的觀測值可分為偽距定位和載波相位定位；（1）偽距定位是采用 C/A 碼偽距或 P 碼偽距為觀測值的定位, 優(yōu)點是數(shù)據(jù)處理簡單, 定位條件要求低,不存在整周模糊度的問題; 不足是觀測精度低。（2）載波相位定位是采用載波相位觀測值進(jìn)行定位, 由于載波信號的波長短, 所以定位精度高, 一般能達(dá)到厘米量級; 其缺點是數(shù)據(jù)處理復(fù)雜, 存在整周模糊度的問題。3、根據(jù)定位的模式可分為單點定位和多點相對定位；（1）單點定位采用一臺接收機進(jìn)行定位; 特點是速度快, 無多值問題, 作業(yè)簡單, 外業(yè)觀測的組織及實施較為方便; 缺點是由于受鐘差、傳播誤差等影響,定位精度低, 所以它適合于一般導(dǎo)航和精度要求不高

14、的應(yīng)用。（2）相對定位又稱為差分定位, 采用多臺接收機對同一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測, 可以獲得較高的定位精度。其做法是將一臺 GPS 接收機安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測, 然后根據(jù)基準(zhǔn)站已知的精確坐標(biāo), 計算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星距離的校正數(shù)據(jù), 同時由基準(zhǔn)站實時將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶在用另一臺或數(shù)臺接收機進(jìn)行 GPS 觀測的同時, 也能接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的校正數(shù)據(jù), 并對其定位結(jié)果進(jìn)行自動校正,從而提高測定的精度。差分 GPS 定位技術(shù)可分為單站差分( 僅用于較小范圍的測定) 、局部區(qū)域差分( 用于較大范圍的區(qū)域測定) 和廣域差分( 一國或幾個國家范圍的廣大區(qū)域) 3大類。單站差分GPS 技術(shù)比較成熟, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

15、和算法簡單, 應(yīng)用較廣。它以基準(zhǔn)站發(fā)送信息的方式不同又分為位置差分、偽距差分和載波相位差分 3 種。位置差分和偽距差分可達(dá)到米級定位精度, 前者僅適用于100 km 以內(nèi)的較小范圍, 后者則是應(yīng)用最為廣泛的一種差分 GPS 技術(shù)。載波相位差分又稱RTK( Real Time Kinematic) 技術(shù), 可使定位精度達(dá)到厘米級, 常用于精度要求極高的應(yīng)用領(lǐng)域, 如海上精密定位、地形測圖和地籍測繪等9。六、 GPS的兩種服務(wù)與SA政策1、兩種服務(wù)GPS 按精度的不同提供民用的標(biāo)準(zhǔn)定位( SPS, Standard Positioning Service)和軍規(guī)的精密定位( PPS, Precis

16、e Positioning Service)兩類服務(wù)。SPS 的主要對象是民用, 采用 C/A 碼粗碼定位, 定位精度為 20m。PPS 主要用于美國和盟軍的軍事部門及特許部門, 采用 P碼精碼定位, 單點定位精度可達(dá)到 5m。2、SA 政策(選擇可用性 Selective Availability)在 GPS 系統(tǒng)建成后,實際的 C/A 碼定位精度遠(yuǎn)高于設(shè)計指標(biāo),達(dá)到 20m 內(nèi)。于是美國基于保障軍事上的安全和自身利益, 對非特許用戶采取了 SA 政策, 即對衛(wèi)星星歷信號進(jìn)行隨機干擾,人為地給衛(wèi)星基準(zhǔn)信號引入了一個高頻抖動干擾和降低軌道參數(shù)的精度, 使其定位精度降為水平 100m、垂直150

17、m。但人們研制了差分技術(shù)予以彌補, 又提高到10m 左右, 于是 2000 年 5 月 1 日克林頓政府決定取消 SA 政策, 因此現(xiàn)在民用的定位精度也可達(dá)到20m 左右。七、 應(yīng)用實例隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn),硬、軟件的不斷完善,其應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地擴大,目前已遍及國民經(jīng)濟各個部門,并開始逐步深人人們的日常生活。GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于?？諏?dǎo)航、車輛導(dǎo)行、導(dǎo)彈制導(dǎo)、工程測量、設(shè)計、施工、驗收等幾乎所有的領(lǐng)域。2004-2006年，全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中在以下方面：1、在工程測量中的應(yīng)用。在洛陽市高層次人才居住區(qū)的道路設(shè)計的控制量中采用了全球定位系統(tǒng)測量技術(shù)，按照分層布網(wǎng)、兩級控制的原

18、則，對兩級網(wǎng)點分別進(jìn)行了GPS靜態(tài)測量、動態(tài)測量，用打的測量法對其中部分網(wǎng)點進(jìn)行了校驗，對GPS的測量死角網(wǎng)點用打的測量法進(jìn)行了測量。測量實踐表明：GPS測量具有精度高、成本低、選點靈活、時間短的優(yōu)點。2、在地球動力學(xué)方面的應(yīng)用。從八十年代中期開始,在地殼運動觀測中引進(jìn)了 GPS技術(shù)。目前, GPS技術(shù)已成為一種成熟的地形變測量的觀測技術(shù), 使地球動力學(xué)的研究取得了突破性的進(jìn)展10。3、在退耕還林工程建設(shè)中的應(yīng)用。在林生態(tài)建設(shè)中的應(yīng)用發(fā)展主要表現(xiàn)在一些地方的森林分類經(jīng)營、造林普查、森林資源清查、森林防火和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面都有應(yīng)用成功。當(dāng)前，GPS主要應(yīng)用于退耕還林工程規(guī)劃設(shè)計和檢查驗收過程中

19、的小班定位和面機測定。4、在智能運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展。智能運輸系統(tǒng)是綜合運用計算機、通信、自動控制、系統(tǒng)工程、交通工程等高新技術(shù),對傳統(tǒng)的交通運輸系統(tǒng)及管理方式進(jìn)行整合、改造和更新, 從而形成準(zhǔn)確、高效、安全、智能化、低污染的現(xiàn)代綜合交通運輸系統(tǒng)。它諸多管理控制措施的實施, 如車輛導(dǎo)航、車輛運營管理等都必須以車輛的定時定位為前提; 而GPS 技術(shù)恰恰為車輛定位提供了一種現(xiàn)實可靠的手段, 它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)實時定位、提高定位準(zhǔn)確度,而且能夠?qū)崿F(xiàn)交通個體定位, 形成個體位置信息網(wǎng)絡(luò), 從而為實現(xiàn)針對個體交通分散選擇行為的分布式管理控制提供基本的可能性。GPS主要應(yīng)用在車輛智能導(dǎo)航、車輛運營管理、特種

20、車輛指揮調(diào)度、道路交通量監(jiān)測、道路結(jié)構(gòu)物監(jiān)測等方面。 5、在土地資源動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的土地變更調(diào)查方法定位不準(zhǔn)、誤差大。GPS 具有速度快、精度高、成本低、操作簡便等特點,在 GPS 外業(yè)測量中, 合理選用在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)質(zhì)量等方面達(dá)到精度要求的 GPS 接收機和數(shù)據(jù)采集方法可以有效地提高內(nèi)、外業(yè)工作效率和數(shù)據(jù)精度。全球定位系統(tǒng)完全可以作為一種成熟技術(shù)應(yīng)用于土地資源動態(tài)監(jiān)測中。6、在汽車上的應(yīng)用。隨著GPS在民用領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用,汽車行業(yè)也已經(jīng)開始利用GPS對移動的汽車進(jìn)行實時測,構(gòu)成自動車輛定位/導(dǎo)航系統(tǒng)。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS、車載部分和主控中心等組成。7、在城市控制測量中的

21、應(yīng)用。GPS 定位技術(shù)已經(jīng)取代了經(jīng)典的測量方法。2004 年 10月,為了滿足市規(guī)劃區(qū)范圍不斷擴大及發(fā)展的要求,該市城鄉(xiāng)規(guī)劃局委托我方采用GPS全球定位技術(shù),在市規(guī)劃區(qū)內(nèi)建立 D 級GPS控制網(wǎng),以滿足城市遠(yuǎn)景規(guī)劃建設(shè)需要?？刂泼娣e約為 48 平方公里,于2004 年11月底完成 D 級 G PS 控制網(wǎng)的野外數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作。GPS 靜態(tài)定位測量流程如圖 8、在變電站中的應(yīng)用。電力系統(tǒng)故障分析依靠2個方面: 一是故障錄波, 二是時間基準(zhǔn)。微機保護及錄波裝置的應(yīng)用已經(jīng)比較全面地記錄了故障信息, 但時間基準(zhǔn)的不統(tǒng)一給故障分析特別是故障綜合分析帶來了極大的不便。所以,提供標(biāo)準(zhǔn)時間的時鐘成

22、為變電站乃至整個電力系統(tǒng)的迫切需要。全球定位系( GPS)具有全天候、時間精度高等優(yōu)點, 已經(jīng)在國防、航海、航空、探測等各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。全球定位系統(tǒng)可以為各個變電站提供統(tǒng)一的時鐘, 這為變電站及電力系統(tǒng)統(tǒng)一授時提供了基本的條件。農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)的逐步完善, 電力系統(tǒng)自動化程度的日益提高, 數(shù)字通信的發(fā)展等都為電子系統(tǒng)統(tǒng)一授時的實現(xiàn)提供了可能。9、在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本目的是增加產(chǎn)量、提高效益與改善環(huán)境。要達(dá)到這一目的, 除了適時調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、引種優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新品種、科學(xué)施肥與強化田間管理等傳統(tǒng)措施外, 還應(yīng)從宏觀角度對農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行全面、系統(tǒng)、有效的監(jiān)管和調(diào)配, 以便使有限的資源發(fā)揮出最大的效

23、益, 同時又能確保資源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展, 這就需要及時獲取準(zhǔn)確、適時、動態(tài)的農(nóng)業(yè)資源空間信息。由于 GPS 在獲取空間信息方面有著其它技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢, 與遙感技術(shù)( RS) 、地理信息系統(tǒng)( GIS) 結(jié)合使用，在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景將極為廣闊。主要體現(xiàn)在土地利用動態(tài)監(jiān)測、田間管理、土壤質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用等。10、在鐵路中的應(yīng)用。隨著我國鐵路事業(yè)的高速發(fā)展，特別是在提高運輸效率，保證安全暢通的前提下，更能體現(xiàn)GPS這一高新技術(shù)的優(yōu)越性。GPS在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在鐵路測量、鐵路鋪軌作業(yè)、救援列車、高速安全保障、鐵路物流、調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用。11、在航海領(lǐng)域中的應(yīng)用。如今的航海已經(jīng)十分依賴G

24、PS。不論是大洋航行、船舶轉(zhuǎn)向,還是記中午船位、推算船位、對時、撥鐘,甚至拋錨都使用?？梢钥闯?在船舶航海中的重要性。GPS的出現(xiàn),解決了全天候的實時船位,船舶可隨時記 取GPS船位。船舶拋錨時,先選好錨位,量出錨位經(jīng)緯度,朝著錨位開去,GPS顯示進(jìn)錨位,拋錨。在進(jìn)出港時,由于有限的航道和有限的時間,尤其是船只交會的時候,可以選用差分GPS來保證導(dǎo)航的精度，避免擱淺和碰撞。八、我國GPS現(xiàn)狀及挑戰(zhàn) 從發(fā)展趨勢來看, 國內(nèi)GPS 市場呈現(xiàn)出兩個重點:(1)以車載導(dǎo)航為核心的移動目標(biāo)監(jiān)控、管理與服務(wù)系統(tǒng)在GPS 應(yīng)用領(lǐng)域中, 車輛應(yīng)用所占的比例較大。最初GPS車輛應(yīng)用一般分為車輛跟蹤、車輛導(dǎo)航兩大

25、系統(tǒng)。但當(dāng)Motolora推出將車輛導(dǎo)航與跟蹤集于一體的車輛信息系統(tǒng)后, 它就成了發(fā)展的方向。(2)面向個人消費者的GPS 終端產(chǎn)品芯片的小型化技術(shù)、生產(chǎn)成本的降低、體積與耗電量的減小等有利因素, 使GPS 產(chǎn)品走下神壇、深入到人們的日常生活中。目前面向個人消費者的產(chǎn)品主要有車載自主導(dǎo)航系統(tǒng)、移動監(jiān)控終端以及消費類電子產(chǎn)品。 面臨的挑戰(zhàn)：第一是美國GPS 政策的制約。由于GPS 在軍事上具有重要的價值,美國政府規(guī)定只有美國及其盟國的軍方用戶才能不受限制的使用該系統(tǒng),而未經(jīng)授權(quán)的廣大用戶只能部分地使用該系統(tǒng)。第二是低層次的技術(shù)開發(fā),低層次的家戶應(yīng)用。我國目前GPS 應(yīng)用主要涉及靜態(tài)、低精度、非實

26、時的定位,這是GPS 的低層次技術(shù)應(yīng)用。應(yīng)對措施：建立自己的差分GPS 技術(shù)系統(tǒng)。九、GPS的發(fā)展及趨勢隨著 GPS 等衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,面對各國( 地區(qū)) 都想建立自己獨立的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和日趨激烈的競爭局面,美國采取的戰(zhàn)略是在技術(shù)上領(lǐng)先、在新領(lǐng)域新業(yè)務(wù)的拓展上先發(fā)制人,這也可能是美國人在GPS的發(fā)展上唯一的最佳選擇。所以,美國在加強與俄羅斯應(yīng)用合作的同時, 提出了稱為“GPS現(xiàn)代化”的計劃并正在加緊實施。GPS現(xiàn)代化的實質(zhì)是要滿足21世紀(jì)美國國防現(xiàn)代化發(fā)展的需要,加強GPS對美軍現(xiàn)代化的支撐,在技術(shù)上、經(jīng)濟上保持 GPS 在該領(lǐng)域中的持續(xù)領(lǐng)先。其內(nèi)涵: 一是保護

27、。 要更好地保護美國軍方和友好方的使用; 大力開發(fā)抗干擾技術(shù), 提高抗干擾能力。二是阻止。創(chuàng)造新的干擾技術(shù), 阻擾和阻止敵方使用 GPS; 美國軍方已掌握了 SA 的施加技術(shù), 可在局部區(qū)域內(nèi)實施 SA 政策; 美國已開發(fā)出只有可口可樂瓶大小的、足以使敵方無法接收 GPS信號的干擾機。三是保持、改善和加強民用導(dǎo)航定位的應(yīng)用, 保持 GPS 在全球定位導(dǎo)航領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)地位。GPS 現(xiàn)代化的實施分為三個階段:第一階段是發(fā)射 12 顆改進(jìn)型的 BLOCK 型衛(wèi)星, 提高發(fā)射功率, 增加發(fā)射第二民用碼和新的軍碼( M碼) 。第二階段是到 2008 年至少有 18 顆具有第三民用頻率( L5 頻道) 的更新型 BLOCK F 衛(wèi)星投入運行, 保證 M碼的全球覆蓋; 到 2016 年 GPS 系統(tǒng)將全部采用 BLOCKF 衛(wèi)星。第三階段是計劃用 20 年的時間完成 GPS 衛(wèi)星的研發(fā), 全面提升 GPS 系統(tǒng)的技術(shù)水平, 即改變GPS 體系結(jié)構(gòu), 衛(wèi)星壽命為 15- 20 年, 分辨率比目前衛(wèi)星高 10 倍, 抗干擾能力提高 100- 500 倍, 采用更先進(jìn)的加密技術(shù); 與之配套的 GPS 接收機將具有較強的抗干擾能力和反欺騙模式。參考文獻(xiàn)：1 郭曉虹、孫紫英等. 全球定位系統(tǒng)