簡述GPS原理及其應(yīng)用

GPS 原理簡單的說就是通過導(dǎo)航衛(wèi)星確定目標(biāo)坐標(biāo)，然后對比地圖坐標(biāo)確定目標(biāo)的具體位置。GPS定位原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。全球定位系統(tǒng)是一個無線電空間定位系統(tǒng),它利用導(dǎo)航衛(wèi)星和地面站為全球提供全天候p高精度p連續(xù)p實(shí)時的三維坐標(biāo)(緯度，經(jīng)度,海拔)p三維速度和定位信息,地球表面上任何地點(diǎn)均可以用于定位和導(dǎo)航。

GPS定位的基本原理

GPS的定位是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，GPS 接收裝置以測量無線電信號的傳輸時間來量測距離，以距離來判定衛(wèi)星在太空中的位置，這是一種高軌道與精密定位的觀測方式。假設(shè)衛(wèi)星在11,000英哩高處，測量我們的距離，首先以11,000英哩為半徑，以此衛(wèi)星為圓心畫一圓，而我們位置正處於球面上。

再假設(shè)第二顆衛(wèi)星距離我們12,000英哩，而我們正處於這二顆球所交集的圓周上?，F(xiàn)在我們再以第三顆衛(wèi)星做精密定位，假設(shè)高度13,000 英哩，我們即可進(jìn)一步縮小范圍到二點(diǎn)位置上，但其中一點(diǎn)為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點(diǎn)，因此，我們舍棄這一點(diǎn)參考點(diǎn)，選擇另一點(diǎn)為位置參考點(diǎn)。

如果要獲得更精確的定位，則必定要再測量第四個顆衛(wèi)星，從基本物理的觀念上來說，以訊號傳輸?shù)臅r間乘以速度即是我們與衛(wèi)星的距離，我們將此測得的距離稱為虛擬距離，在GPS的測量上，我們測的是無線信號，速度幾乎達(dá)18萬6千英哩 c的光速，而時間卻短的驚人，甚至只要0.06秒，時間的測量需要二個不同的時表，一個時表裝置於衛(wèi)星上以記錄無線電信號傳送的時間，另一個時表則裝置在接收器上，用以記錄無線電信號接收的時間，雖然衛(wèi)星傳送信號至接收器的時間極短，但時間上并不同步，假設(shè)衛(wèi)星與接收器同時發(fā)出聲音給我們，我們會聽到二種不同的聲音，這是因?yàn)樾l(wèi)星從11,000英哩遠(yuǎn)的地方傳來，所以會有延遲的時間，因此，我們可以延遲接收器的時間，從此延遲的時間w速度，就是接收器到衛(wèi)星的距離，此即為 GPS 的基本定位原理。

假設(shè)t時刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測定GPS信號到達(dá)接收機(jī)的時間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式：

上述四個方程式中待測點(diǎn)坐標(biāo)x、 y、 z 和Vto為未知參數(shù)，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。

di (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。

△ti (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時間。

c為GPS信號的傳播速度(即光速)。

四個方程式中各個參數(shù)意義如下：

x、y、z 為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。

xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標(biāo)，

可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。

Vt i (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。

Vto為接收機(jī)的鐘差。

由以上四個方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z 和接收機(jī)的鐘差Vto 。

GPS在個人定位中的應(yīng)用

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GPS在巡線車輛管理的特定運(yùn)用

巡線車輛監(jiān)控調(diào)度方案服務(wù)于需要通過車輛巡邏來監(jiān)控線路狀態(tài)的服務(wù)型企業(yè)或管理型部門。方案將線路的規(guī)劃和實(shí)際的巡線工作結(jié)合起來，以業(yè)務(wù)關(guān)鍵點(diǎn)為核心，通過GPS實(shí)時監(jiān)控獲得車輛的位置信息來考察車輛的巡線任務(wù)完成情況，通過各車輛距離事發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)的距離和車輛當(dāng)前的狀態(tài)自動進(jìn)行可調(diào)度車輛的選取。最終結(jié)合車輛分析和周密的統(tǒng)計報表，行成可計劃、可執(zhí)行、可評價的巡線車輛監(jiān)控調(diào)度方案。該方案由目前行業(yè)中的成功實(shí)踐者666GPS提出，并在2010廣州亞運(yùn)會對中國電信巡線車輛成功運(yùn)用。

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)動器、LCD顯示器組成。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網(wǎng)絡(luò)、計算機(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。

GPS定位系統(tǒng)不僅用于導(dǎo)彈、飛船的導(dǎo)航定位，更是廣泛用于飛機(jī)、汽車、船舶的導(dǎo)航定位，公安、銀行、醫(yī)療、消防等用它建立監(jiān)控、報警、救援系統(tǒng)，企業(yè)用它建立現(xiàn)代物流管理系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)保、資源調(diào)查、物理勘探、電信等都離不開導(dǎo)航定位，特別是隨著衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的集成微型化，出現(xiàn)各種融通信、計算機(jī)、GPS于一體的個人信息終端，使衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)從專業(yè)應(yīng)用走向大眾應(yīng)用，成為繼通信、互聯(lián)網(wǎng)之后的IT第三個新的增長點(diǎn)。以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用產(chǎn)業(yè)越來越吸引眾多人的關(guān)注。