介绍:GPS的原理及应用
   
  

今天,我们来介绍一下关于GPS的原理及应用。

gps是global positioning system的缩写,意思为全球定位系统。该系统可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。

gps的组成

gps系统由三部分构成,一是地面控制部分,由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分,由24颗卫星组成,分布在6个轨道平面,每个轨道面上有4颗。所有卫星的运行轨道均为近圆形轨道,轨道高度约为20200km,运行周期约为11小时58分。卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到4颗以上的卫星,这就提供了在时间上连续的全球导航能力。三是用户装置部分,由gps接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内。

gps的定位原理

gps的定位是利用测距交会原理来确定测点位置的。首先我们假定gps卫星的位置为已知,而我们又能准确测定所在地点a至卫星之间的距离,那么a点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步,我们又测得点a至第二颗卫星的距离,则a点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离,就可以确定a点只能是在三个圆球相交的两个点上。若再测得第4颗卫星的位置,这样4个虚拟的圆形相交的点就是我们确定的精确位置了。

可见,要想gps定位需要具备两个重要条件:其一是要确知卫星的准确位置,其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。

我们怎样才能知道卫星的准确位置呢?首先要优化设计卫星运行轨道,而且要由监测站通过各种手段,连续不断监测卫星的运行状态,适时发送控制指令,使卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历(相当于火车时刻表),注入卫星,且经由卫星发送给gps接收机。正确接收每个卫星的星历,就可确知卫星的准确位置。

接下来就要解决准确测定地球上某用户到卫星的距离。这里用到一个简单的公式:距离=速度×时间。我们从物理学中知道,电磁波传播的速度是每秒钟30万公里,所以我们只要知道卫星信号传到地面用户的时间,就能算出距离。所以,问题就归结为测定信号传播的时间。时间的测量需要两个不同的时表,一个时表装置于卫星上以记录无线电信号传送的时间,另一个时表则装置在接收器上,用以记录无线电信号接收的时间,虽然卫星传送信号至接收器的时间极短,但时间上并不同步,假设卫星与接收器同时发出声音给我们,我们会听到两种不同的声音,这是因为卫星从约两万公里远的地方传来声音,会有延迟的时间。用此延迟的时间×速度,就是接收器到卫星的距离,此即为gps的基本定位原理。

当然,gps系统中还涉及相当复杂的知识,包括大气的干扰、时间的校对、卫星的控制、容错功能、提高精度的差分技术等,这里我们只介绍简单的工作原理。

gps的应用

gps系统应用极其广泛。在军事上,用gps信号可以进行海、陆、空全天候精确导航,战术战略导弹的精确制导;在大地测量工程中可以进行静态、动态的精确定位,对于测绘领域,gps定位技术已经用于建立高精度的全国性大地测量控制网。建立陆地海洋大地测量基准,进行高精度的海岛陆地联测和海洋测绘;用于测定全球性的地球动态参数,监测地球板块运动状态和地壳变形;在公安、公交、物流等方面可利用车载gps进行长距离的交通管制和调度;在科学研究方面可利用gps系统进行高精度守时,或气象要素的监测;在航空航天遥感方面可利用机载、星载gps进行摄影瞬间的照相光心定位,实现地面无控制点的快速成图,导致地理信息系统、全球环境遥感监测的划时代技术革命。

越创公司简介

深圳市东莞越创实业有限公司是一家致力于GPS导航定位产品与驾驶安全预警系统于一体的高科技企业,公司位于深圳市宝安区高新技术产业园,公司现有GPS导航仪、雷达安全预警等系列产品。卓越创通与众多国际知名汽车电子企业的战略合作,使公司能够迅速掌握和了解全球同步的高精尖技术资源,以“科技创造精彩”为核心理念,不断实现技术突破与产品创新。

本公司拥有卓越的研发生产能力,品牌运营的资源整合,创新畅通的销售渠道。全力向现代化的高科技企业目标前进。

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