gps导航定位系统综述

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1、20083211李英男GPS导航定位系统综述一、概况GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。该系统对于在地形表面的任何物体，只要上空没有足够

2、厚的云遮挡或屏蔽，通过三颗以上卫星，就能准确地定位、跟踪，目前已形成了全球、全天候的导航能力，如今，昔日那高不可攀的全球卫星定位系统终于揭开神秘的面纱，从军用走向民用，并率先在汽车上得到广泛的应用。二、应用规模和水平GPS是现代高新技术实现军民两用的一个成功范例。GPS已逐步演变为一种世界性的高新技术产业。在GPS应用领域中，车辆应用所占的比重在各项应用中数它最大，约占总数的50％左右。GPS车辆应用系统一般分为两大业：车辆跟踪系统和车辆导航系统。我国GPS车辆跟踪系统应用走过了极其起伏而缓慢的发展道路。经历了几

3、起几落的艰难历程。1994-95年间是第一波，当时有成十上百家公司都来抢占GPS车辆跟踪系统市场，其中也不乏有几家具备经济实力的公司，但真正成功者不多。不少公司只好退出这个行业。是GPS车辆跟踪系统市场的整顿、巩固、充实、提高时期，1998年-2000年GPS车辆跟踪系统市场出现了快速增长的势头，此时的市场逐步趋于成熟，我国的GPS车辆跟踪系统的技术有了较大的提高与发展，作为系统的卡脖子问题的通信网络通过采用GSM公众网的短信息服务找到了新的出路，这对上档次上规模无疑是大有益处的，对GPS车辆跟踪系统市场造成一定

4、的负面影响。在此同时，原先的常规网和集群网经过多年的历炼，系统与车台产品日趋成熟，达到上千辆，甚至数千辆的规模，至2000年底全国累计有近300个左右车辆跟踪网络，入网车辆为5-6万辆。如果把它从特种车辆应用扩展到私家车辆和公众车辆应用，特别是长途运输车辆的应Page1of620083211李英男用，则在未来的几年之内每年能达到10万辆车以上的装车量每年的相关产值有可能达到7-10个亿。卫星导航应用产品确实可以形成一个产业，其中车辆应用产品所占的份额接近50％，据相应的预测表明，2006年OEM接收板的产量达到1

5、50万片，其中极大部分用于车辆应用系统。中国是个GPS应用大国，所有的GPS芯片和OEM接收板几乎都是靠进口，在GPS车辆跟踪系统上，我国在应用面和规模上在国际上居于有特色的先行者地位，但是从系统的技术水平和产品的质量和成熟程度来说，我们还处在往上发展时期。三、GPS导航系统的工作原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到

6、用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟

7、改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见GPS

8、导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。Page2of620083211李英男GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒