| 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS |
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一、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS簡(jiǎn)介
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是美軍70年代初在'子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位'技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的具有全球性、全能性、全天侯性優(yōu)勢(shì)的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速系統(tǒng)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS由三大子系統(tǒng)構(gòu)成：空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶接收系統(tǒng)。
1、空間衛(wèi)星系統(tǒng)
空間衛(wèi)星系統(tǒng)由均勻分布在6個(gè)軌道平面上的24顆高軌道工作衛(wèi)星構(gòu)成，各軌道平面相對(duì)于赤道平面的傾角為55°，軌道平面間距60°。在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星生交角距差90°，任一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30°。空間系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星每12小時(shí)沿近圓形軌道繞地球一周，由星載高精度原子鐘控制無(wú)線電發(fā)射機(jī)在"低躁音窗口"附近發(fā)射L1、L2兩種載波，向全球的用戶接收系統(tǒng)連續(xù)的播發(fā)GPS導(dǎo)航信號(hào)。GPS工作衛(wèi)星組網(wǎng)保障全球任一時(shí)刻、任一地點(diǎn)都可對(duì)4顆以上的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)地導(dǎo)航和定位。
2、地面監(jiān)控系統(tǒng)
地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國(guó)本土和三大洋的美軍基地上的5個(gè)監(jiān)測(cè)站、一個(gè)主控站和三個(gè)注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對(duì)空間衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航電文。地面監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù)是用GPS接收系統(tǒng)測(cè)量每顆衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送給主控點(diǎn)。5個(gè)監(jiān)控站均為無(wú)人職守的數(shù)據(jù)采集中心。主控站接受各監(jiān)測(cè)站的GPS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作壯態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測(cè)站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述各類數(shù)據(jù)，及時(shí)編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文傳送給注入站?？刂坪蛥f(xié)調(diào)監(jiān)測(cè)站間、注入站間的工作，檢驗(yàn)注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將電文發(fā)給了GPS用戶系統(tǒng)。診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置和姿態(tài)，調(diào)整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。注入站接受主控站送達(dá)的各衛(wèi)星導(dǎo)航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。
3、用戶接收系統(tǒng)
用戶接收系統(tǒng)主要由以無(wú)線電傳感和計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐的GPS衛(wèi)星接收機(jī)GPS數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。GPS接收機(jī)能捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收放大GPS信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和濾波處理，還原出GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，解求信號(hào)在站星間的傳播時(shí)間和載波相位差，實(shí)時(shí)地獲得導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)或采用后處理的方式，獲得定位、測(cè)速、定時(shí)等數(shù)據(jù)
目前，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)已廣泛用于軍事和民用等眾多領(lǐng)域中。GPS技術(shù)按待定點(diǎn)的狀態(tài)分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩大類。靜態(tài)定位是指待定點(diǎn)的位置在觀測(cè)過(guò)程中固定不變，如GPS在大地測(cè)量中的應(yīng)用。動(dòng)態(tài)定位是指待定點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)載體上，在觀測(cè)過(guò)程中是變化的，如GPS在船舶導(dǎo)航中的應(yīng)用。靜態(tài)相對(duì)定位的精度一般在幾毫米幾厘米范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位精度一般在幾厘米到幾米范圍內(nèi)。
二、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS在交通運(yùn)輸中的運(yùn)用
1、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS在道路工程中的應(yīng)用
GPS在道路工程中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測(cè)定航測(cè)外控點(diǎn)等。隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，對(duì)勘測(cè)技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長(zhǎng)，以知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)測(cè)量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國(guó)內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級(jí)高精度控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實(shí)踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有2厘米左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的精度，同時(shí)也大大提前了工期。GPS技術(shù)也同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測(cè)量中。由于無(wú)需通視，可構(gòu)成較強(qiáng)的網(wǎng)形，提高點(diǎn)位精度，同時(shí)對(duì)檢測(cè)常規(guī)測(cè)量的支點(diǎn)也非常有效。GPS技術(shù)在隧道測(cè)量中也具有廣泛的應(yīng)用前景，GPS測(cè)量無(wú)需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
2、GPS在汽車導(dǎo)航和交通管理中的應(yīng)用
三維導(dǎo)航是GPS的首要功能，飛機(jī)、輪船、地面車輛以及步行者都可以利用GPS導(dǎo)航器進(jìn)行導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門新型技術(shù)。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、微處理機(jī)、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、LCD顯示器組成。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能。
（1）車輛跟蹤
利用GPS和電子地圖可以實(shí)時(shí)顯示出車輛的實(shí)際位置，并可任意放大、縮小、還原、換圖；可以隨目標(biāo)移動(dòng)，使目標(biāo)始終保持在屏幕上；還可實(shí)現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時(shí)跟蹤。利用該功能可對(duì)重要車輛和貨物進(jìn)行跟蹤運(yùn)輸。
?。?）提供出行路線規(guī)劃和導(dǎo)航
提供出行路線規(guī)劃是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的一項(xiàng)重要的輔助功能，它包括自動(dòng)線路規(guī)劃和人工線路設(shè)計(jì)。自動(dòng)線路規(guī)劃是由駕駛者確定起點(diǎn)和目的地，由計(jì)算機(jī)軟件按要求自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡(jiǎn)單的路線、通過(guò)高速公路路段次數(shù)最少的路線的計(jì)算。人工線路設(shè)計(jì)是由駕駛員根據(jù)自己的目的地設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)等，自動(dòng)建立路線庫(kù)。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設(shè)計(jì)路線，并同時(shí)顯示汽車運(yùn)行路徑和運(yùn)行方法。
（3）信息查詢
為用戶提供主要物標(biāo)、如旅游景點(diǎn)、賓館、醫(yī)院等數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶能夠在電子地圖上顯示其位置。同時(shí)，監(jiān)測(cè)中心可以利用監(jiān)測(cè)控制臺(tái)對(duì)區(qū)域內(nèi)的任意目標(biāo)所在位置進(jìn)行查詢，車輛信息將以數(shù)字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來(lái)。
?。?）話務(wù)指揮
指揮中心可以監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)車輛運(yùn)行狀況，對(duì)被監(jiān)控車輛進(jìn)行合理調(diào)度。指揮中心也可隨時(shí)與被跟蹤目標(biāo)通話，實(shí)行管理。
（5）緊急援助
通過(guò)GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對(duì)遇有險(xiǎn)情或發(fā)生事故的車輛進(jìn)行緊急援助。監(jiān)控臺(tái)的電子地圖顯示求助信息和報(bào)警目標(biāo)，規(guī)劃最優(yōu)援助方案，并以報(bào)警聲光提醒值班人員進(jìn)行應(yīng)急處理。
3、GPS的其它應(yīng)用
GPS除了用于導(dǎo)航、定位、測(cè)量外，由于GPS系統(tǒng)的空間衛(wèi)星上載有的精確時(shí)鐘可以發(fā)布時(shí)間和頻率信息，因此，以空間衛(wèi)星上的精確時(shí)鐘為基礎(chǔ)，在地面監(jiān)測(cè)站的監(jiān)控下，傳送精確時(shí)間和頻率是GPS的另一重要應(yīng)用，應(yīng)用該功能可進(jìn)行精確時(shí)間或頻率的控制，可為許多工程實(shí)驗(yàn)服務(wù)。此外，據(jù)國(guó)外資料顯示，還可利用GPS獲得氣象數(shù)據(jù)，為某些實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用。
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是今年以來(lái)開(kāi)發(fā)的最具有開(kāi)創(chuàng)意義的高新技術(shù)之一，其全球性、全能性、全天侯性的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速優(yōu)勢(shì)必然會(huì)在諸多領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在發(fā)達(dá)國(guó)家，GPS技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于交通運(yùn)輸和交通工程。目前，GPS技術(shù)在我國(guó)道路工程和交通管理中的應(yīng)用還剛剛起步，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高等級(jí)公路的快速修建和GPS技術(shù)的應(yīng)用研究的逐步深入，其在道路工程中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用。 |
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