全球定位系统gps及在交通信息工程中的应用

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1、中国交通研究与探索(2005)一第六声全国交通运输领域青牟学术套议论文善1’·二删r¨t_t．．．¨·一Ⅳ⋯“P矿*4懈J计■全球定位系统GPS及在交通信息工程中的应用杨磊(重庆交通学院交通运输学院，重庆400074)摘要：简要介绍了全球卫星定位系统GPS的概念、系统组成、定位原理及其性能指标；重点介绍了GPS在现代交通信患工程中的应用。关键词：GPS(全球定位系统)；交通信息工程；汽车导航；交通管理O引言全球定位系统GPS是英文NavigationSatelliteTuningandRanging／GlobalPositionin

2、gSystem的字头缩写词NAVSTAR／GPS的简称。它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，GPS是当前最先进的精密卫星导航定位系统。本文对GPS的概念和基本原理进行简要的介绍，重点阐述了GPS在现代交通E陧领域的汽车导航和交通管理中的一些应用。1GPS系统介绍1．1什么是GPSGPS是美国第二代卫星导航系统，是在子午仪卫星导航系统E发展起来的。它是一种可以定时和测距的空间交汇定点导航系统，可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，满足军事部门和民用部门的需要llJ。GPS由空间部分、地面监控部分和用户接

3、收机三大部分组成。其中，空间部分使用24颗高度约为2．02万km的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11．58h，分布在6个轨道平面(每轨道面4颗)，轨道倾角为55。。卫星的分布使得在全球的任何地方、任何时间都可以观察到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形，这样就可以提供在时间匕连续的导航能力。地面监控部分包括4个监控站，—个匕行输入站和—个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象信息的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是收集卫星观测数据并将这些数据传送给主控站

4、。主控站对地面监控部分实施全面控制，主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部检测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星轨道和卫星钟改正值。上行注入站的主要任务是在每颗卫星运行至t空时，把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。1．2GPS系统的组成1．2．1GPS星座由2l颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，通常记为(21+3)GPS卫星星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面。卫星绕地球一周的时间为12恒星时，位于地平线上的卫星数随时间和地点的不同而不同，

5、最少可见4颗，最多可见11颗。在用GPS导航定位时，为了计算测站的三维坐标，必须至!l>观测4颗GPS卫星，称为定位卫星。这4颗观测卫星在观测过程中的，1伺位置分布对定位精度有—定的影响。存在某地某时，不能测出精确的点位坐标的时间段，称为“间隙段”[21。1．2．2地面监控系统对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点，星的位置是依据卫星发射的星历(描述卫星运动及其轨道2005·8中国·大连688，～⋯一，一～⋯一，～～一⋯⋯～一⋯曼尸黔．謦黔謦孽墨竽掣主蚕蓄蓠的参数)算得的。GPS卫星所播发的星历，由地面监控系统提供。卫星E的设备

6、是否工作正常以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都由地面没备进行l监测和控制。同时，GPS地面监控系统还要保持各颗卫星处于同—时间标准，即GPS时间系统。这需要地面站监浸烙卫星的时间，求出钟差，由地面注入站发给卫星，卫星荐匦立导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括—个主控站，三个注入站和五个监测站。GPS信号接收机的任务是：能够捕捉至!晦卜．定卫星高度截止角所选择的待澳5卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送

7、的导航电文，实时计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间【3】。GPS卫星所发送的导航定位信号，是—种可供全球无数用户共享的信息资源。对于陆海空的广大用户，只要拥有GPS信号接收机，就可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。GPS信号接收机根据用户使用目的的不同而各有差异。根据待测点的运动状态可将GPS导航定位分为静态定位和动态定位。静态定位中，GPS信号接收机在跟踪和定位过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收天线的三维位置坐标。动态定位则是用GPS信号接收胡测定—个运动

8、物体的运行轨迹。信号接收机所处的运动物体叫做载体。载体上的天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球运动，接收机用GPS信号实时地测量运动载体的状态参数(三维位置和速度)。接收机硬件和内粼以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设