衛(wèi)星導(dǎo)航定位界的大佬——GPS

提起導(dǎo)航系統(tǒng)就想到GPS，提起GPS就想到導(dǎo)航系統(tǒng)，不得不說(shuō)GPS早已進(jìn)入我們生活的方方面面，現(xiàn)在大家基本已經(jīng)將GPS與導(dǎo)航系統(tǒng)畫(huà)上等號(hào)，其實(shí)GPS是目前應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，但卻不是唯一的，俄羅斯有格洛納斯，中國(guó)有北斗，歐洲有伽利略。但GPS導(dǎo)航界老大的地位確實(shí)是很難撼動(dòng)的，下面就先詳細(xì)說(shuō)說(shuō)這GPS到底是個(gè)啥。

GPS的全稱是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是美國(guó)從上世紀(jì)70 年代開(kāi)始研制,歷時(shí)20 余年,耗資200 億美元,于1994 年全面建成，海陸空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，具有全球覆蓋、連續(xù)工作（全天候）、高精度的特點(diǎn)。GPS由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶部分三部分組成。

為保持GPS的運(yùn)作，GPS的空間部分至少要有24顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，它們位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°。此外,還需要有4 顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4 顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。截至2016年3月9日GPS星座共有31顆GPS衛(wèi)星在軌運(yùn)行。

地面控制部分由1個(gè)主控站、4個(gè)地面天線網(wǎng)絡(luò)和全球分布的監(jiān)控站網(wǎng)絡(luò)組成。監(jiān)測(cè)站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測(cè)量到所有可見(jiàn)衛(wèi)星的接受機(jī)。監(jiān)測(cè)站將取得的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù),包括電離層和氣象數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)初步處理后,傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測(cè)站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù),然后將結(jié)果送到3 個(gè)地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)，把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。地面監(jiān)控段：GPS的運(yùn)行控制包括三個(gè)主要子系統(tǒng)，1個(gè)主控站、4個(gè)地面天線網(wǎng)絡(luò)和全球分布的監(jiān)控站網(wǎng)絡(luò)。

用戶設(shè)備部分即GPS 信號(hào)接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星,并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后,即可測(cè)量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù),接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算,計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。

聽(tīng)了這么多高大上的詞匯之后，順便聊一聊GPS的應(yīng)用部分，這部分是既能高大上又能接地氣。航空、海運(yùn)、鐵路、道路交通各個(gè)方面有需要GPS進(jìn)行精確的定位導(dǎo)航；GPS與地理信息系統(tǒng)（GIS）結(jié)合便可發(fā)展和應(yīng)用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；GPS還可為公共安全與災(zāi)難救援提供詳細(xì)的地標(biāo)、街道、建筑、緊急服務(wù)資源以及救災(zāi)地點(diǎn)的各種準(zhǔn)確信息；除卻空間，GPS還可提供時(shí)間數(shù)據(jù)，因?yàn)槊恳粋€(gè)GPS衛(wèi)星都裝有多臺(tái)原子鐘為GPS信號(hào)提供非常精確的時(shí)間數(shù)據(jù)，這就使用戶能夠以萬(wàn)億分之一秒的精確度確定時(shí)間，卻不需要自己擁有原子鐘。我們平時(shí)接觸到的GPS更多就是微信的位置定位、地圖的路線導(dǎo)航等功能，高端玩家可能會(huì)涉及無(wú)人機(jī)等的導(dǎo)航定位，普通玩家的共享單車也具備GPS定位系統(tǒng)。