全球定位系統(tǒng)知識入門手冊

1、全球定位系統(tǒng)知識入門手冊全球定位系統(tǒng)（gps）是美國以空間為基地的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，在全世界范圍內(nèi)為民間用戶提供不間斷的定位、導(dǎo)航和定時服務(wù)，而且對所有人免費(fèi)。任何人只要有一個接收機(jī)，這個系統(tǒng)就可以為他提供位置和時間。gps可在任何氣候條件下，在白天或夜間，在世界任何一個地方為無限數(shù)量的人提供準(zhǔn)確的位置和時間信息。gps衛(wèi)星從空間發(fā)射可由接收gps由三部分組成：圍繞地球的衛(wèi)星；地面上的監(jiān)控站；以及用戶擁有的接收機(jī)。機(jī)收到和識別的信號。每個接收機(jī)可以給出三維位置（經(jīng)度，緯度和海拔）外加時間。人們可以從商店里隨時買到gps手持機(jī)。配備有這種gps接收機(jī)，用戶就可以精確地知道他們的位置并且很容易找到他

2、們要去的地方，不論是步行、駕車、飛行或開船。gps已經(jīng)成為全世界交通系統(tǒng)的支柱，為航空、地面交通及航海提供導(dǎo)航。救災(zāi)和緊急救援的救生任務(wù)也依賴gps的定位和定時能力。日常的活動比如銀行業(yè)務(wù)、行動電話甚至電力網(wǎng)控制都受益于 gps提供的精確時間。農(nóng)民、測繪人員、地質(zhì)學(xué)家和不計(jì)其數(shù)的其他人利用免費(fèi)和開放的gps信號來更有效地、安全地、經(jīng)濟(jì)地和準(zhǔn)確地完成他們的工作。什么是全球定位系統(tǒng)?pnt）服務(wù)。這套系統(tǒng)由三個全球定位系統(tǒng)（gps）是美國擁有的一套設(shè)施，它為使用者提供定位、導(dǎo)航和定時（ 部分組成：空間部分，控制部分和用戶部分。美國空軍承擔(dān)空間和控制部分的開發(fā)、維護(hù)和運(yùn)行。gps衛(wèi)星的位置和時間?？?/p>

3、間部分包括一個由24個運(yùn)轉(zhuǎn)衛(wèi)星組成的象征性星群，它可發(fā)射單向信號提供當(dāng)前的 控制部分包括世界范圍的監(jiān)控站，通過不時發(fā)出的指令使衛(wèi)星維持在適當(dāng)?shù)能壍郎线\(yùn)行，同時校正衛(wèi)星的時鐘。它還跟蹤gps衛(wèi)星，上載更新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并且保持衛(wèi)星群的健康運(yùn)行和排列狀態(tài)。用戶部分由gps接收機(jī)組成，它們從 gps衛(wèi)星收到信號并利用傳來的信息計(jì)算用戶的三維位置及時間。gps服務(wù)面向的對象和性質(zhì)gps衛(wèi)星為民間和軍方的用戶提供服務(wù)。民用服務(wù)對全世界所有用戶都一樣是免費(fèi)的、不間斷的。軍用服務(wù)只對 美軍和盟軍以及得到批準(zhǔn)的一些政府部門開放。有許多不同的gps增強(qiáng)系統(tǒng)和技術(shù)可以用來提高 gps系統(tǒng)的能力以滿足特殊用戶的需要。

4、這些增強(qiáng)系統(tǒng)可以增加信號的可用性、精確性和完整性，使其性能比基本的gps民用服務(wù)還要好。gps在過去多年來的卓越表現(xiàn)贏得了全世界成千上萬民間用戶的信任。它的可靠性在過去已經(jīng)有目共睹，在未來 的長時間內(nèi)也將使全世界的用戶受益。定位、導(dǎo)航及定時政策美國有關(guān)gps的法律和政策強(qiáng)調(diào)服務(wù)的連續(xù)性，民用信號的公開共享，以及技術(shù)上的領(lǐng)先。1996年，美國發(fā)表了有關(guān)管理和使用基于空間的定位、導(dǎo)航和定日服務(wù)的國家政策聲明，其中包括gps及其增強(qiáng)系統(tǒng)。聲明特別提到了gps的兩用性（軍用一民用），并且建立了一個軍民聯(lián)合的國家管理結(jié)構(gòu)來監(jiān)督它的運(yùn)作。由于國際環(huán)境不斷變化以及 gps應(yīng)用的種類和復(fù)雜性的飛速發(fā)展，美國于

5、2004年將政策擴(kuò)充。這個政策重申美國的承諾，通過 gps提供可靠的、基于空間的民用定位、導(dǎo)航和定時服務(wù)，這些服務(wù)將不間斷地在全世界范圍內(nèi)向所有 人免費(fèi)開放。這個政策還要求提高gps的性能和加強(qiáng)與其他國家的合作。gps的增強(qiáng)系統(tǒng)waas * iawine 白r日曰 aunmctation ay stein有許多對gps的增強(qiáng)可以使 gps滿足用戶在定位、導(dǎo)航和定時（ pnt）方面的特殊要求。增強(qiáng)是一個提高定位、導(dǎo)航和定時的精確性、完整性、可靠性和可用性的系統(tǒng)，這個增強(qiáng)部分是gps本身原來并不具有的。它包括、但不僅限于如下的各項(xiàng)：全國范圍差分 gps系統(tǒng)（ndgps） : ndgps是由聯(lián)邦鐵路

6、管理局、 美國海岸警衛(wèi)隊(duì)和聯(lián)邦公路管理局經(jīng)營和維護(hù)的地面增強(qiáng)系統(tǒng)，它為地面和水面的用戶提供更精確和完全的gps。現(xiàn)代化的工作包括正在開發(fā)的高精度ndgps系統(tǒng)（handgps）,用來加強(qiáng)性能使整個覆蓋范圍內(nèi)的精確度達(dá)到10至15厘米。ndgps是按照國際標(biāo)準(zhǔn)建造， 世界上五十多個國家已經(jīng)采用了類似的標(biāo)準(zhǔn)。 廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（waas） : waas是由美國聯(lián)邦航空管理局（faa）經(jīng)營的一個以衛(wèi)星為基地的增強(qiáng)系統(tǒng)，它為飛行器航行的各階段提供導(dǎo)航。今天，這種功能已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用到其他領(lǐng)域，因?yàn)檫@種類似gps的信號可以由簡單的接收機(jī)處理，并不需要額外的設(shè)備。使用國際民航組織（ icao）的標(biāo)準(zhǔn)，faa繼

7、續(xù)與其他國家合作來為任何區(qū)域的所有用戶提供完善的服務(wù)。 其他icao標(biāo)準(zhǔn)的空間增強(qiáng)系統(tǒng)包括：歐洲的歐洲對地靜止衛(wèi)星導(dǎo)航重迭系統(tǒng)（egnos）,印度的gps和地球?qū)Ш皆鰪?qiáng)系統(tǒng)（gagan ）,以及日本的多功能傳送衛(wèi)星（ mtsat）衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)（msas ）。所有這些國際的應(yīng)用都是以 gps為基礎(chǔ)的。faa將改善waas以利用未來的gps生命安全信號和提供更好的服務(wù)，并且還要 在全球推廣實(shí)行這些新的功能。 持續(xù)運(yùn)行參照站（cors）:美國cors網(wǎng)絡(luò)是由國家海洋大氣管理局管理，它負(fù)責(zé)保存和分發(fā)gps數(shù)據(jù)，主要通過后期處理為精確定位和大氣模型的應(yīng)用服務(wù)。cors正在被現(xiàn)代化更新以支持實(shí)時的用戶。

8、全球差分gps （gdgps）: gdgps是由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（jpl）開發(fā)的高精度 gps增強(qiáng)系統(tǒng)，用來支持美國宇航局 （nasa）科學(xué)任務(wù)所要求的實(shí)時定位、 定時和軌道確定需要。nasa今后的計(jì)劃包括利用跟蹤和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)播系統(tǒng)（tdrss）通過衛(wèi)星發(fā)布一個實(shí)時差分改正信息。這個系統(tǒng)被稱作tdrss增強(qiáng)服務(wù)衛(wèi)星（tass）。國際gnss服務(wù)（igs） : igs是由來自80個國家的200個組織提供的35葉 gps監(jiān)控站所組成的一個網(wǎng)絡(luò)。它的使命 是按照全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（gnss）的標(biāo)準(zhǔn)提供最高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品來支持地球科學(xué)研究、跨學(xué)科應(yīng)用和教育事業(yè)， 并且促進(jìn)其他有益于社會的用途。大約有100個

9、igs監(jiān)控站可以在收集后一小時之內(nèi)播出他們的跟蹤數(shù)據(jù)。在世界范圍內(nèi)還有其他的增強(qiáng)系統(tǒng)，包括政府的和商業(yè)的。這些系統(tǒng)使用差分的、靜態(tài)的或?qū)崟r的技術(shù)。美國在gps方面關(guān)于國際合作的政策美國基于空間的定位、導(dǎo)航和定時政策強(qiáng)調(diào)所有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)及其增強(qiáng)系統(tǒng)都要與gps兼容。美國和歐洲聯(lián)盟于2004年就gps和伽利略衛(wèi)星達(dá)成的協(xié)議認(rèn)識到可互相操作系統(tǒng)的益處。雙方同意，除了現(xiàn)在正 在進(jìn)行白基于 gps的egnos增強(qiáng)系統(tǒng)的合作之外，還要就伽利略和將來的gps衛(wèi)星開發(fā)一個共同的、開放的民用信號。美國和日本在 gps方面有長期的合作關(guān)系。除了多功能傳送衛(wèi)星（mtsat）的衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)之外，雙方正在開發(fā)一個稱

10、作準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng) quasi zenith satellite system （qzss）的與gps兼容的區(qū)域性 迷你”衛(wèi)星群。美國還與印度密切咨詢，協(xié)助開發(fā)基于空間的gagan增強(qiáng)系統(tǒng)，同時也與俄國密切咨詢，協(xié)助 gps與俄國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)glonass的兼容及交互操作性能問題。美國國防部也與許多國家合作，確保gps能提供基于空間的軍用 pnt服務(wù)，并且為全世界的盟軍伙伴提供能交互操作的用戶設(shè)備。基于空間的pnt服務(wù)必須為全球的用戶提供透明的使用界面和標(biāo)準(zhǔn)。美國的政策是在全世界范圍內(nèi)提供不間斷的 基于空間的pnt服務(wù)，對民用、商用和科學(xué)用途全部免費(fèi)，有關(guān)開發(fā)制造使用這種服務(wù)的設(shè)備的必要信息也

11、是公開的 和免費(fèi)共享的。gps的未來美國致力于一個廣泛的現(xiàn)代化項(xiàng)目，包括對gps衛(wèi)星采用第二和第三民用信號。第二民用信號將增加民用服務(wù)的準(zhǔn)確性并改進(jìn)某些有關(guān)生命安全的應(yīng)用。第三信號將進(jìn)一步提高民用服務(wù)的能力，主要目的是用于生命安全，比如航 空。圖表示新加的額外信號對服務(wù)質(zhì)量的改進(jìn)（圖標(biāo)題新加信號后單獨(dú)gps平面性能概念圖”；下箭頭圖標(biāo)揩加新信號后 的民用服務(wù)”；上箭頭圖標(biāo) 只有一個信號的民用服務(wù)”）。gps的抗干擾技術(shù)gps衛(wèi)星導(dǎo)航能力最重大的改進(jìn)將從 2003年發(fā)射洛克希德 馬丁首批n r-m（修改的n r）衛(wèi)星開始。n r-m衛(wèi)星將發(fā) 射增弓ii的l1民用信號，同時發(fā)射新的 l2民用信號和

12、軍用碼（m碼）。進(jìn)一步的改進(jìn)將從發(fā)射波音hf批次衛(wèi)星的2005年開始，n f批次衛(wèi)星除發(fā)射增強(qiáng)的 l1、l2民用信號和m碼外，將在1176.45兆赫增加第3個民用彳t號（l5）。在h f 發(fā)射以前，m碼將從發(fā)展型過渡到工作型。因?yàn)閷?dǎo)航衛(wèi)星星座的發(fā)射需要有一段時間，故在軌道上獲得全工作能力則 在2007年發(fā)射18顆l2民用信號和 m碼衛(wèi)星后才能實(shí)現(xiàn)。18顆衛(wèi)星組成的第三個民用信號（l5）的星座預(yù)計(jì)要到2011年才能發(fā)射完。此后，美軍將得到抗干擾能力有所增強(qiáng)的新信號-m碼。它能發(fā)送更大的功率，而不干涉民用接收機(jī)。m碼還給軍方一種新的能力，以干擾敵方對信號的利用，但其細(xì)節(jié)是保密的。由于gps衛(wèi)星發(fā)射

13、的導(dǎo)航信號比較微弱，而且以固定的頻率發(fā)射，因此軍用gps接收機(jī)很容易受到敵方的干擾。美國國防預(yù)研計(jì)劃局（darpa）正在發(fā)展一種新的抗干擾方法，采用戰(zhàn)場上空的無人機(jī)來創(chuàng)造偽gps星座，使其信號功率超過敵方干擾信號的功率。所謂偽衛(wèi)星，就是將 gps導(dǎo)航信號發(fā)射機(jī)裝在飛機(jī)或地面上，頂替gps衛(wèi)星來進(jìn)行導(dǎo)航。darpa用無人機(jī)做偽衛(wèi)星的研究，稱為 gpx偽衛(wèi)星概念，旨在使己方的部隊(duì)在受干擾的戰(zhàn)場環(huán)境中具有精確的導(dǎo)航能力。其方法是由飛行 中無人機(jī)上的4顆偽衛(wèi)星廣播大功率信號，這樣在戰(zhàn)場區(qū)域上空產(chǎn)生一個人工gps星座。4架獵人無人機(jī)就可覆蓋300千米見方的戰(zhàn)區(qū)。4顆運(yùn)動的偽衛(wèi)星的位置告訴接只要對現(xiàn)有g(shù)p

14、s接收機(jī)的軟件作些改變就可使用偽衛(wèi)星發(fā)射的信號。當(dāng)用實(shí)際gps星座導(dǎo)航時，接收機(jī)開始需要 知道衛(wèi)星位置，即星歷的情況，故偽衛(wèi)星概念面臨的挑戰(zhàn)是采用可用的低數(shù)據(jù)率信息把收機(jī)。因此，darpa和柯林斯公司設(shè)計(jì)人員的關(guān)鍵任務(wù)是在可用的50比特/秒信息中發(fā)送偽衛(wèi)星星歷。無人機(jī)的穩(wěn)定性相當(dāng)好，不會像戰(zhàn)斗機(jī)那樣機(jī)動；但任何運(yùn)動都會使位置有點(diǎn)不確定。因而與采用衛(wèi)星星座的導(dǎo)航比較，其定位總 誤差將增長約20%。dapra已用在7500米高度上的公務(wù)機(jī)上以及約 3000米高度上的獵人無人機(jī)上試驗(yàn)了單顆偽衛(wèi)星， 導(dǎo)航精度從采用真衛(wèi)星時的 2.7米下降到4.3米。當(dāng)然，偽衛(wèi)星不一定要全部機(jī)載，也可采用地面和機(jī)載發(fā)射

15、機(jī)混合的方案。將某些偽衛(wèi)星設(shè)在地面上的缺點(diǎn)是減 少了覆蓋范圍，但提高了導(dǎo)航精度。為了克服干擾，偽衛(wèi)星可發(fā)射100瓦信號，使地面接收機(jī)處的信號強(qiáng)度比來自衛(wèi)星的信號強(qiáng)度增加45分貝。諾斯羅普格魯門公司正在研制可提供 3040分貝抗干擾改進(jìn)的 gps接收機(jī)。這種稱為反干擾自主完整性監(jiān)控外推 的抗干擾方法將由慣性導(dǎo)航和gps接收機(jī)在載波相位級進(jìn)行全耦合來實(shí)現(xiàn)。全耦合濾波器將減小 gps跟蹤回路的帶寬，從而減少干擾信號進(jìn)入 gps接收機(jī)的機(jī)會?？铝炙构竞吐蹇讼５?馬丁公司聯(lián)合為 jassm空面導(dǎo)彈研制的 g-star高反干擾gps接收機(jī)采用了調(diào)零和波束 操縱的方法。t接收機(jī)重11.3千克，采用了一個空

16、間時間適配器，適配器探測出一個威脅，便將其信號調(diào)到零，并在發(fā) 射導(dǎo)航信號的衛(wèi)星方向增加增益。這種反干擾技術(shù)以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，故稱為數(shù)字波束成形器，它比常規(guī)的模擬調(diào)零法更為精確，同時可將接收機(jī)的波束調(diào)整到朝向可用的導(dǎo)航衛(wèi)星。數(shù)字信號處理可通過動態(tài)移動零位來抵消噪聲，增加增益，并通過一個6元天線陣來操縱波束。民用gps接收機(jī)也有抗干擾的問題， 但民用gps接收機(jī)用戶更關(guān)心非故意干擾。非故意干擾基本上為寬波段類型，與干擾機(jī)將其功率集中于 gps頻率不同。與軟件有密切關(guān)系的數(shù)字信號處理方法，在對付寬波段干擾方面是很理想的。美國曰ectro-radiation (eri)公司指出，常規(guī)抗干擾方法的是采用相

17、控陣天線組成的零位操縱天線，這不僅要增 加重量，且成本較高，而在接收機(jī)上實(shí)現(xiàn)的抗干擾技術(shù)通常只有有限的干擾剔除能力或者是專為對付某種干擾而特地 設(shè)計(jì)的抗干擾能力。這家公司已研制出能有效地對付所有已知類型干擾的一種干擾抑制裝置(isu),它不需要昂貴和笨重的天線，可以低成本、高效的方式加裝到新的和現(xiàn)有的gps接收機(jī)中，既適合軍用，也適合民用。這種干擾抑制裝置包括補(bǔ)釘天線以及可插入任何gps接收機(jī)天線接口的電子裝置， 用來抑制寬帶噪聲和窄帶干擾。它使gps接收機(jī)增加20分貝的抗寬帶噪聲能力和 35分貝的抗窄帶干擾能力。gps定位原理和簡單公式全球定位系統(tǒng)（global positioning sy

18、stem）是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī) 三大部分組成。按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用 24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。 21+3顆衛(wèi)星均為近圓 形軌道，運(yùn)彳t周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆） ，軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球 的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（dop）。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α５孛姹O(jiān)控部分包括四個監(jiān)控站、一個上行注入站和一個主

19、控站。監(jiān)控站設(shè)有g(shù)ps用戶接收機(jī)、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計(jì)算機(jī)。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站設(shè)在范登堡空軍基地。它對地面監(jiān)控部實(shí)行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對gps衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每顆gps衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控立的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆gps衛(wèi)星每天進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不

20、斷改進(jìn)， 硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟(jì)各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。fxi-x）2+（yi- yy+印a 叫-他下出y/k&2仍廠佐尸也（應(yīng)之+s沙丹紅：嚇回 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、v、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)

21、，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的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息。地理信息系統(tǒng)gis系統(tǒng)即地理信息系統(tǒng)（gis, geographic information system）是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。gis技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析

22、功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起。這種能力使gis與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別，從而使其在廣泛的公眾和個人企事業(yè)單位中解釋事件、預(yù)測結(jié)果、規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實(shí)用價值。地理信息系統(tǒng)是隨著地理科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和信息科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的一個學(xué)科。在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上，在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（ cad）的出現(xiàn)使人們可以用計(jì)算機(jī)處理象圖形這樣的數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)的標(biāo)志之一就是圖形元素有明確的位置坐標(biāo)，不同圖形之間有各種各樣的拓?fù)潢P(guān)系。簡單地說，拓?fù)潢P(guān)系指圖形元素之間的空間位置和連接關(guān)系。簡單的圖形元素如點(diǎn)、線、多邊形等；點(diǎn)有坐標(biāo)（x, y）;線可以看成由無數(shù)點(diǎn)組成,線的位

23、置就可以表示為一系列坐標(biāo)對（ x1, y1）, （x2, y2）,（xn, yn）;平面上的多邊形可以認(rèn)為是由閉合曲線形成 范圍。圖形元素之間有多種多樣的相互關(guān)系，如一個點(diǎn)在一條線上或在一個多邊形內(nèi)，一條線穿過一個多邊形等等。在實(shí)際應(yīng)用中，一個地理信息系統(tǒng)要管理非常多、非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可能有幾萬個多邊形，幾萬條線，上萬個點(diǎn)，還要計(jì)算和管理它們之間的各種復(fù)雜的空間關(guān)系。地理信息系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)硬件、軟件、地理數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理人員組織而成的對任一形式的地理信息進(jìn)行高效獲取、存儲、更新、操作、分析及顯示的集成。地理信息系統(tǒng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土資源、地礦、軍事、交通、測繪、水利、廣播電視、通訊

24、、電力、公安、社區(qū)管理、教育、能源等幾乎所有的行業(yè)，并正在走進(jìn)人們?nèi)粘５墓ぷ?、學(xué)習(xí)和生活中。地理信息系統(tǒng)的主要計(jì)算機(jī)硬件是工作站和微機(jī)。地理信息系統(tǒng)的主要計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)軟件是unix、windows9x、windows nt、windows2000、macintosh 等。地理信息系統(tǒng)的主要計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件是arc/info、mge、geomedia、genamap、mapinfo、autodesk map、arcview、mapobjects、mapx、maptitude、mapgis、geostar、mapengine 等。地理信息系統(tǒng)的主要基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)比例尺為1:400萬、1:100萬、1

25、:25萬、1:5萬、1:1萬、1:2000、1:1000和1:500等;基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)種類為數(shù)字線劃圖（dlg）、數(shù)字柵格圖（drg）、數(shù)字正射影象圖（doq）和數(shù)字高程模型（dem）等。gis地理信息系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)gis與其他幾種信息系統(tǒng)密切相關(guān)，但由于其處理和分析地理數(shù)據(jù)的能力使其與它們相區(qū)別。盡管沒有什么硬性 的和快速的規(guī)則來給這些信息系統(tǒng)分類，但下面的討論可以幫助區(qū)分gis和桌面制圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)cad、遙感、dbms、以及gps技術(shù)。桌面制圖桌面制圖系統(tǒng)用地圖來組織數(shù)據(jù)和用戶交互。這種系統(tǒng)的主要目的是產(chǎn)生地圖：地圖就是數(shù)據(jù)庫。大多數(shù)桌面制 圖系統(tǒng)只有及其有限的數(shù)據(jù)管理、空間分析以及個性

26、化能力。桌面制圖系統(tǒng)在桌面計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作，例如pc機(jī)，macintosh以及小型 unix 工作站。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)cad計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）系統(tǒng)促進(jìn)了產(chǎn)生建筑物和基本建設(shè)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃。這種設(shè)計(jì)需要裝配固有特征的組件來產(chǎn)生整個結(jié)構(gòu)。這些系統(tǒng)需要一些規(guī)則來指明如何裝配這些部件，并具有非常有限的分析能力。cad系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展可以支持地圖設(shè)計(jì)，但管理和分析大型的地理數(shù)據(jù)庫的工具很有限。遙感和gps遙感是一門使用傳感器對地球進(jìn)行測量的科學(xué)和技術(shù)，例如，飛機(jī)上的照相機(jī)，全球定位系統(tǒng)（gps）接收器，或其他設(shè)備。這些傳感器以圖象的格式收集數(shù)據(jù)，并為利用、分析和可視化這些圖象提供專門的功能。由于它缺乏強(qiáng)

27、大的地理數(shù)據(jù)管理和分析作用，所以不能叫作真正的gis。dbms數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)專門研究如何存儲和管理所有類型的數(shù)據(jù)，其中包括地理數(shù)據(jù)。dbms使存儲和查找數(shù)據(jù)最優(yōu)化，許多gis為此而依靠它。相對于 gis而言，它們沒有分析和可視化的工具。其他定位系統(tǒng)glonass全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)glonass是global navigation satellite system（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）的字頭縮寫，是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的 與美國gps系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備三部分組成?，F(xiàn)在由俄羅斯空間 局管理。glonass系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，

28、均勻分布在 3個近圓形的軌道平面上，每個軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運(yùn)行周期11小時15分，軌道傾角64.8 o與美國的gps系統(tǒng)不同的是 glonass系統(tǒng)采用頻分多址（fdma）方式，根據(jù)載波頻率來區(qū)分不同衛(wèi)星（ gps是 碼分多址（cdma ）,根據(jù)調(diào)制碼來區(qū)分衛(wèi)星）。每顆glonass衛(wèi)星發(fā)播的兩種載波的頻率分別為l1=1,602+0.5625k（mhz）和l2=1,246+0.4375k（mhz），其中k=124為每顆衛(wèi)星的頻率編號。所有g(shù)ps衛(wèi)星的載波的頻率是相同，均為 l1=1575.42mhz 和 l2=1227.6mhz 。glonass衛(wèi)星的載波上也調(diào)制了兩種偽

29、隨機(jī)噪聲碼：s碼和p碼。俄羅斯對glonass系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。glonass系統(tǒng)單點(diǎn)定位精度水平方向?yàn)?16m,垂直方向?yàn)?5m。glonass衛(wèi)星由質(zhì)子號運(yùn)載火箭一箭三星發(fā)射入軌，衛(wèi)星采用三軸穩(wěn)定體制，整量質(zhì)量1400kg,設(shè)計(jì)軌道壽命5年。所有g(shù)lonass衛(wèi)星均使用精密葩鐘作為其頻率基準(zhǔn)。第一顆 glonass衛(wèi)星于1982年10月12日發(fā)射升空。到目 前為止，共發(fā)射了 80余顆glonass衛(wèi)星，最近一次是2000年10月13日發(fā)射了三顆衛(wèi)星。截止 2001年1月10日為止尚有 10顆glonass衛(wèi)星正在運(yùn)行。為進(jìn)一步提高glonass系統(tǒng)的定位能力，開拓廣大的

30、民用市場，俄政府計(jì)劃用4年時間將其更新為 glonass-m系統(tǒng)。內(nèi)容有：改進(jìn)一些地面測控站設(shè)施；延長衛(wèi)星的在軌壽命到8年；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高的定位精度：位置精度提高到1015m,定時精度提高到2030ns,速度精度達(dá)到0.01m/s。另外，俄計(jì)劃將系統(tǒng)發(fā)播頻率改為gps的頻率，并得到美羅克威爾公司的技術(shù)支援。glonass系統(tǒng)的主要用途是導(dǎo)航定位，當(dāng)然與gps系統(tǒng)一樣，也可以廣泛應(yīng)用于各種等級和種類的測量應(yīng)用、gis應(yīng)用和時頻應(yīng)用等。glonass系統(tǒng)和gps系統(tǒng)的比較項(xiàng)目1,系統(tǒng)glon嶺s系統(tǒng)星座衛(wèi)星數(shù)2424軌道面?zhèn)€數(shù)63軌道高度20183公里191。公里運(yùn)行周期11小時5盼11小時15分軌道

31、傾角x度85度我波頻率l1 ：1 575.42mhzl1：1602.56-1615.50mhzl2:1 227.60mhzl2：1246.441256.50mhz傳輸方式碼分多址頻分多址調(diào)制碼aa碼和p-碼s碼和p碣時間系統(tǒng)utcutc坐標(biāo)系統(tǒng)wgs-84sgs-e908a有（20口蚌5月1日取消）無as有無gps+glonass系統(tǒng)對純 gps系統(tǒng)的改進(jìn)1）可見衛(wèi)星數(shù)增加一倍：glonass衛(wèi)星星座組網(wǎng)完成后，可用于導(dǎo)航定位的衛(wèi)星總數(shù)將增加一倍。在地平線以上的可見衛(wèi)星數(shù)純 gps系統(tǒng)時，一般為7-11顆；gps+glonass系統(tǒng)則可達(dá)到14-20顆。在山區(qū)或城市中，有時因障礙物遮擋，純gp

32、s可能無法工作，gps+glonass則可以工作。2）提高生產(chǎn)效率：在測量應(yīng)用中，gps測量所需要的觀測時間取決于求解載波相位整周模糊度所需要的時間。觀測時間越長或可觀測到的衛(wèi)星數(shù)越多，則用于求解載波相位整周模糊度的數(shù)據(jù)也就越多，求解結(jié)果的可靠性越好。為了提高生產(chǎn)效率，常使用快速定位、實(shí)時動態(tài)測量（ rtk）或后處理動態(tài)測量。但要滿足一定的精度要求，必須正確求解載波相位整周模糊度，可觀測到的衛(wèi)星數(shù)增加得越多，則求解載波相位整周模糊度所需要的觀測時間就可縮短得越多，因此gps+glonass可以提高生產(chǎn)效率。3）提高觀測結(jié)果的可靠性：用衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行測量定位的觀測結(jié)果的可靠性主要決定于用于定位計(jì)算

33、的衛(wèi)星顆數(shù)。因此 gps+glonass將大大提高觀測結(jié)果的可靠性。4）提高觀測結(jié)果的精度：觀測衛(wèi)星相對于測站的幾何分布（dop值）直接影響觀測結(jié)果的精度?？捎^測到的衛(wèi)星越多，則可以大大改善觀測衛(wèi)星相對于測站的幾何分布，從而提高觀測結(jié)果的精度。伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)（gnss系統(tǒng)）說起衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，人們就會想到gps,但是現(xiàn)在，伴隨著眾多衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的興起，全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有了一個全新的稱呼：gnsso當(dāng)前，在這一領(lǐng)域最吸引人眼球的除了gps外，就是歐盟和我國合作的 伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。伽利略”計(jì)劃是一種中高度圓軌道衛(wèi)星定位方案。伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的建立將于 2007年底之前完成

34、，2008年投入使用，總共發(fā)射30顆衛(wèi)星，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為候補(bǔ)衛(wèi)星。衛(wèi)星高度為 24126公里，位于3個傾角為 56度的軌道平面內(nèi)。該系統(tǒng)除了 30顆中高度圓軌道衛(wèi)星外，還有 2個地面控制中心。伽利略”系統(tǒng)將為歐盟成員國和中國的公路、鐵路、空中和海洋運(yùn)輸甚至徒步旅行者有保障地提供精度為1米的定位導(dǎo)航服務(wù)，從而也將打破美國獨(dú)霸全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的格局。按計(jì)劃，首批兩枚實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將于2005年末和2006年發(fā)射升空。伽利略”定位系統(tǒng)的優(yōu)勢伽利略”系統(tǒng)是世界上第一個基于民用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在2008年投入運(yùn)行后，全球的用戶將使用多制式的接收機(jī)，獲得更多的導(dǎo)航定位衛(wèi)星的信號，將無形

35、中極大地提高導(dǎo)航定位的精度，這是枷利略”計(jì)劃給用戶帶來的直接好處。另外，由于全球?qū)⒊霈F(xiàn)多套全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，從市場的發(fā)展來看，將會出現(xiàn)gps系統(tǒng)與伽利略”系統(tǒng)競爭的局面，競爭會使用戶得到更穩(wěn)定的信號、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。世界上多套全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)并存，相互之間的制約 和互補(bǔ)將是各國大力發(fā)展全球?qū)Ш蕉ㄎ划a(chǎn)業(yè)的根本保證。伽利略”計(jì)劃是歐洲自主、獨(dú)立的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度，高可靠性的定位服務(wù)，實(shí)現(xiàn)完全非軍方控制、管理，可以進(jìn)行覆蓋全球的導(dǎo)航和定位功能。枷利略”系統(tǒng)還能夠和美國的 gps、俄羅斯的glonass系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)內(nèi)的相互合作，任何用戶將來都可以用一個多系統(tǒng)接收機(jī)采集各個系統(tǒng)的數(shù)

36、據(jù)或者各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組合 來實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航的要求。伽利略”系統(tǒng)可以發(fā)送實(shí)時的高精度定位信息，這是現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所沒有的，同時枷利略”系統(tǒng)能夠保證在許多特殊情況下提供服務(wù)，如果失敗也能在幾秒鐘內(nèi)通知客戶。與美國的gps相比，伽利略”系統(tǒng)更先進(jìn)，也更可靠。美國gps向別國提供的衛(wèi)星信號，只能發(fā)現(xiàn)地面大約 10米長的物體，而 枷利略”的衛(wèi)星則能發(fā)現(xiàn)1米長的目標(biāo)。一 位軍事專家形象地比喻說， gps系統(tǒng)，只能找到街道，而 枷利略”則可找到家門。我國參與枷利略”計(jì)劃目前全世界使用的導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要是美國的gps系統(tǒng)，歐洲人認(rèn)為這并不安全。為了建立歐洲i自己控制的民用全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)， 歐洲人決定實(shí)施 伽

37、利略”計(jì)劃。2003年9月18日，歐盟和中國草簽了中國參與伽利略”計(jì)劃的協(xié)議。2004年10月9日，雙方又簽署了此項(xiàng)目的技術(shù)合作協(xié)議；因而引發(fā)美國媒體發(fā)出美國可能擊毀伽利略”衛(wèi)星的報(bào)道?？梢?，此項(xiàng)目不但具有極高經(jīng)濟(jì)價值，也深具政治和軍事戰(zhàn)略意義。參與 枷利略”計(jì)劃是迄今為止我國與歐洲最大的合作計(jì)劃。全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，從經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)等各方面來考慮，我國都應(yīng)該建立自己的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。比如，將來我們建立起全國的車輛定位系統(tǒng)后，如果我們沒有其他導(dǎo)航定位系統(tǒng)而只依靠gps系統(tǒng)，那么一旦出現(xiàn)意外情況，將使整個交通系統(tǒng)癱瘓。伽利略”計(jì)劃總值36億歐元，2004年10月9日，中歐伽利略

38、計(jì)劃技術(shù)合作協(xié)議在北京正式簽署，中國將投入2億歐元參與 枷利略計(jì)劃”,5%。據(jù)悉，中國是正式加入 枷利略計(jì)劃”的第一個非歐盟國家，這標(biāo)志著我國航天事業(yè)在國際合作領(lǐng)域邁出走向歐洲化的第一大步。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（cnss）,是除美國的gps、俄羅斯的glonass之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星（800e和1400e）、一顆在軌備份衛(wèi)星（110.50e）、中心控制系統(tǒng)、標(biāo)校系統(tǒng)和各類用戶機(jī)等部分組成。系統(tǒng)的工作過程是：首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星i和衛(wèi)星n同時發(fā)送詢問信號，徑

39、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器項(xiàng)服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，徑衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用的申請服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對定位申請，中心控制系統(tǒng)測出兩個時間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶， 用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到 達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已 知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而

40、知道用戶處于 一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計(jì)算 機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)覆蓋范圍是北緯 5。55。，東經(jīng)70。140。之間的心臟地區(qū)，上大下小，最寬處在北緯 35。左右。 其定位精度為水平精度100m(1 b)設(shè)立標(biāo)校站之后為20 m(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2 491.75 mhz。系統(tǒng)能容納的用 戶數(shù)為每小時540 000戶。由于在定位時需要用戶終端向定位

41、衛(wèi)星發(fā)送定位信號，由信號到達(dá)定位衛(wèi)星時間的差值計(jì)算用戶位置，所以被稱 為有源定位工北斗系統(tǒng)三大功能快速定位：北斗系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實(shí)時定位服務(wù)，定位精度20100m；短報(bào)文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報(bào)文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報(bào)文信息；精密授時：北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20ns-100ns時間同步精度。系統(tǒng)的優(yōu)勢與劣勢優(yōu)勢：和美國的gps、俄羅斯的glonass相比，增加了通訊功能。全天候快速定位，與 gps精度相當(dāng)。安全可靠，保密性強(qiáng)。劣勢：北斗系統(tǒng)屬于有源定位系統(tǒng)，系統(tǒng)容量有限，定位終端比較復(fù)雜。北斗系統(tǒng)屬于區(qū)域定位系統(tǒng)，

42、目前只能為中國以及周邊地區(qū)提供定位服務(wù)。北斗系統(tǒng)的應(yīng)用2000年，北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)兩顆衛(wèi)星成功發(fā)射，標(biāo)志著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，這對于滿足 我國國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)的需要，促進(jìn)我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位事業(yè)的發(fā)展，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。北斗導(dǎo)航定位系 統(tǒng)由北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星、地面控制中心為主的地面部分、北斗用戶終端三部分組成。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域?yàn)橹袊爸苓厙液偷貐^(qū)，它可以在服務(wù)區(qū)域內(nèi)任何時間、任何地點(diǎn)，為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度信息，并提供雙向短報(bào)文通信和精密授時服務(wù)。北斗系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于船舶運(yùn)輸、公路交通、鐵路 運(yùn)輸、海上作業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)、水文測報(bào)、森林防火、環(huán)境監(jiān)測等眾多行

43、業(yè)，以及軍隊(duì)、公安、海關(guān)等其他有特殊指揮 調(diào)度要求的單位。主斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星北斗應(yīng)用五大優(yōu)勢同時具備定位與通信功能，無需其他通信系統(tǒng)支持；覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，24小時全天候服務(wù)，無通信盲區(qū)；特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理，以及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)，可同時解決我在哪和 你在哪”;自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計(jì)，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。gps應(yīng)用-定時除了經(jīng)度、緯度和海拔，全球定位系統(tǒng)（gps）提供一個關(guān)鍵的第四維參數(shù)時間。每一個gps衛(wèi)星都裝有多臺原子鐘為gps信號提供非常精確的時間數(shù)據(jù)。gps接收機(jī)可以將這些信號解碼，有效地

44、使每一個接收機(jī)與那些原子鐘同步。這就使用戶能夠以萬億分之一秒的精確度確定時間，卻不需要自己擁有原子鐘。精確的時間對于世界上許多不同的經(jīng)濟(jì)活動都是至關(guān)重要的。通訊系統(tǒng)、電力網(wǎng)和金融網(wǎng)絡(luò)都依賴精確的定時來 實(shí)現(xiàn)同步和運(yùn)行的效率。免費(fèi)的gps定時功能使得依靠精確定時的公司節(jié)約成本而且顯著地提高業(yè)務(wù)能力。例如，無線電話和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)利用 gps的時間來使他們所有的基地站完全同步。這就使得許多手機(jī)更有效地分享有 限的無線電頻譜。同樣，數(shù)字式廣播服務(wù)也利用 gps的時間來保證所有電臺的信號單位同步傳到收音機(jī)。這就使聽眾 在換臺時盡量減少延遲。世界各處的公司利用 gps來為商業(yè)交易做時間標(biāo)記，提供一致的和準(zhǔn)確的

45、方法來保存記錄并確保能夠追蹤。主要 的投資銀行用 gps來使他們遍布世界的電腦網(wǎng)絡(luò)同步。大企業(yè)和小企業(yè)都在使用能夠追蹤、更新和管理全球范圍顧客 網(wǎng)的多重交易的自動化系統(tǒng)，這些都需要通過gps得到的精確定時信息。美國聯(lián)邦航空管理局（faa）利用gps來協(xié)同遍布全美國的45個終端多普勒氣象雷達(dá)預(yù)報(bào)災(zāi)害性天氣。儀表是另外一個需要精確定時的應(yīng)用。必須一起工作來精確測量一些事件的散布儀表網(wǎng)絡(luò)必須能保證在許多點(diǎn)上 有精確的定時來源。任何工作如果需要儀器分散在各處而又要求精確定時，以gps為準(zhǔn)的定時就非常適合。例如，把gps納入地震監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)就使得研究人員能夠迅速找到地震和其他地震活動的震中。gps的時間同步

46、設(shè)備電力公司和能源設(shè)施對時間和頻率有最嚴(yán)格的要求，以便有效地傳送和分配動力。不斷出現(xiàn)的停電事件使得電力 公司了解到必須在整個電網(wǎng)提高時間同步性。對這些停電事件的分析結(jié)果使許多電力公司將基于 引入發(fā)電廠和分電站。通過對電力事故在電網(wǎng)傳播的精確時間的分析，工程師們可以追查到斷電的確切地點(diǎn)。有些用戶，比如國家的實(shí)驗(yàn)室，要求的時間精確度要高于gps提供的時間。這些使用者經(jīng)常使用gps衛(wèi)星，但并不是直接獲得時間，而是往遠(yuǎn)距離傳送高精度的時間。在兩個地方同時收到相同的時間信號并將其進(jìn)行比較，一個地點(diǎn)的原子種時間可以被傳送到另一個地點(diǎn)。世界各地的國家實(shí)驗(yàn)室用這種共視”技術(shù)來比較他們的時間量度并且建立了協(xié)調(diào)世

47、界時（utc）。他們也用同樣的技術(shù)將時間的量度在本國傳播。gps定時的新應(yīng)用日新月異。好萊塢的制片廠就在他們的電影場記中運(yùn)用gps對聲像數(shù)據(jù)以及多相機(jī)排序?qū)嵭袩o可比擬的控制。gps的應(yīng)用就像它測量的時間一樣，是無限的。益處廣泛地分享原子鐘時間而不需要原子鐘。通訊系統(tǒng)、電力網(wǎng)、金融網(wǎng)和其他重要基礎(chǔ)設(shè)施的精確同步。無線網(wǎng)絡(luò)更有效地利用有限的無線電頻譜。改善網(wǎng)絡(luò)的管理和最優(yōu)化，使可追蹤的金融交易和票據(jù)的時間標(biāo)記成為可能。通過共視”技術(shù)使國家實(shí)驗(yàn)室之間交流高精度的時間。gps應(yīng)用-道路和高速公路據(jù)估計(jì)全世界每年由于高速公路、街道和交通系統(tǒng)堵塞延誤造成的生產(chǎn)力損失高達(dá)幾千億美元。其他交通堵塞的 負(fù)面影響

48、包括財(cái)產(chǎn)損失、人身傷害、空氣污染的增加以及低效的燃料消費(fèi)。全球定位系統(tǒng)（gps）的使用和精確性可以增加高速公路和街道上以及公共交通系統(tǒng)的車輛的安全和效率。由于 gps的幫助，許多商用車輛的分派和調(diào)度的問題明顯地減少了。同樣，公交系統(tǒng)、道路維修和急救車輛所面臨的問題 也大大地減輕。當(dāng)今世界上廣泛應(yīng)用的自動車輛定位系統(tǒng)和車內(nèi)導(dǎo)航裝置都離不開gps。將gps的定位技術(shù)與能夠顯示地理信息的系統(tǒng)結(jié)合，或與自動將數(shù)據(jù)傳送到顯示器或計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)合，就出現(xiàn)了地面運(yùn)輸?shù)膷湫旅婷?。一個地理信息系統(tǒng)（gis）儲藏、分析并且顯示主要由gps提供的地理參考信息。今天，gps被用來監(jiān)視車輛的位置、提出可行的有效策略使車

49、輛準(zhǔn)點(diǎn)以及為乘客提供精確的到達(dá)時間。公共交通系統(tǒng)利用這種性能跟蹤火車、公共 汽車和其他服務(wù)系統(tǒng)以提高準(zhǔn)點(diǎn)率。gps的幫助使得許多新用途成為可能。即時合伙開車可以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄氪钴嚨娜丝梢运矔r與附近的開車人配對。使用gps技術(shù)來幫助跟蹤和預(yù)測貨運(yùn)的動向造成了一個后勤革命，這包括一個稱作準(zhǔn)時投遞的應(yīng)用。在準(zhǔn)時投遞系統(tǒng)中，卡車運(yùn)輸公司利用gps跟蹤以保證在預(yù)先承諾的時間內(nèi)投遞和取件，無論是短途或是跨時區(qū)的長途。每當(dāng)一個定單進(jìn)來，調(diào)度員只要敲一下電腦的功能鍵，屏幕上就可以出現(xiàn)出一串卡車的名單，每一輛車的狀態(tài)的完整詳細(xì)信 息都可以顯示出來。如果一輛卡車晚點(diǎn)或沒有按預(yù)定路線行駛，就會給調(diào)度員示警。許多國家使

50、用gps幫助勘測他們的道路和高速公路網(wǎng)，確定路上或路邊一些標(biāo)志物的位置。這包括了休息站、 維修和緊急服務(wù)及補(bǔ)給、入口和出口、路面的損壞等等。這些信息成為 gis數(shù)據(jù)收集過程中的輸入。這個信息庫幫助 運(yùn)輸部門減少維修和服務(wù)成本，而且增加路上司機(jī)的安全。目前正在進(jìn)行研究向司機(jī)警告可能出現(xiàn)的危急情況，例如交通違規(guī)或撞車事件。還有人研究是否可以在明顯需要 采取行動時實(shí)行最小限度的車輛控制，例如預(yù)先啟動安全氣袋。gps提供的定位信息是這類研究的必要組成部分。gps是未來智能運(yùn)輸系統(tǒng) （its）的一個基本元素。its包含了在廣大范圍內(nèi)的、以通訊為基礎(chǔ)的信息和電子技術(shù)。有人正在司機(jī)協(xié)助先進(jìn)系統(tǒng)的領(lǐng)域里進(jìn)行研

51、究，包括道路偏離和換線碰撞避免系統(tǒng)。這些系統(tǒng)需要在10厘米內(nèi)精確地估計(jì)車輛相對于路面車道和路沿的位置。隨著gps的不斷現(xiàn)代化，我們可以預(yù)期會出現(xiàn)更為有效的系統(tǒng)來預(yù)防撞車、警告危難、通知位置、提供電子地圖 以及有語音指示的車內(nèi)導(dǎo)航裝置。益處所有地面運(yùn)輸系統(tǒng)的使用者更為安全和機(jī)動。更加精確的定位性能提供了更多的乘客信息。更有效的監(jiān)控系統(tǒng)來保證遵照時刻表運(yùn)行，建立一個能夠更能配合運(yùn)輸用戶的需要的交通系統(tǒng)。電子地圖的更好的定位信息為商業(yè)和私人用戶提供車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)。提高對道路勘測的效率并減少成本gps應(yīng)用-空間全球定位系統(tǒng)（gps）徹底改變和更新了許多國家在空間運(yùn)作的方式，從載人飛船的導(dǎo)航系統(tǒng)到對通訊衛(wèi)

52、星群的管理、跟蹤和控制，到從空間監(jiān)視地球。使用gps的益處包括：解決導(dǎo)航問題一一用現(xiàn)有的達(dá)到空間使用水平的 gps設(shè)備和最少的地面工作人員提供高精度的軌道確定。解決高度問題一一由低成本的多重gps天線和專門的算法程序取代高成本的機(jī)載高度感受器。解決定時問題一一由低成本的、具有精確時間的 gps接收機(jī)取代昂貴的航天器原子鐘。衛(wèi)星群控制一一為大量的空間器如通訊衛(wèi)星群的軌道維護(hù)控制提供單一的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)。編隊(duì)飛行一一由地面人員最少干預(yù)達(dá)到精確的衛(wèi)星編隊(duì)。虛擬的平臺一一為高級的科學(xué)追蹤行動，如干涉測量，提供自動化的空間站保持”和相對位置服務(wù)。發(fā)射航天器跟蹤 一一以高精度、低成本的 gps設(shè)備取代或增強(qiáng)跟蹤雷

53、達(dá)以保證射程安全和自動的飛行終止。月球、火星及更遠(yuǎn)處美國由國家宇航局（nasa）執(zhí)行的空間探索遠(yuǎn)景規(guī)劃包括開發(fā)創(chuàng)新的技術(shù)、知識和基礎(chǔ)設(shè)施，為將來返回月球和人類登上火星或更遠(yuǎn)的使命做準(zhǔn)備。這個遠(yuǎn)景規(guī)劃將激發(fā)新的研究，而這類研究會成為導(dǎo)航的最終前沿。根據(jù)使用gps的經(jīng)驗(yàn)，我們可以想象圍繞月球和火星建立一個類似gps的衛(wèi)星系統(tǒng)。月球或火星網(wǎng)絡(luò)可以提供一個整合的通訊和導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施來支持在月球軌道上以及在月球與火星表面上進(jìn)行的探索和科學(xué)研究。nasa也在研究在將被送往太陽-地球拉格朗日點(diǎn)的衛(wèi)星上裝置類似gps的信號臺。測地參考點(diǎn)可以在這些位置建立，以支持未來對太陽系的探索。益處需要最少地面控制的高精度定

54、位。取代高價的、大質(zhì)量的機(jī)載感應(yīng)器。gps應(yīng)用-航空世界各地的飛行員利用 gps來提高飛行安全和效率。由于它的精確性、連續(xù)性和全球的性能，gps可以提供完美的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，滿足航空用戶的許多要求。以空間為基地的定位和導(dǎo)航可以在飛行的所有階段確定三維的位置，從起飛、飛行和降落，到機(jī)場的地面導(dǎo)航。運(yùn)用區(qū)域?qū)Ш礁拍畹内厔菡f明gps擔(dān)當(dāng)了更加重要的角色。區(qū)域?qū)Ш皆试S飛機(jī)在用戶選擇的路線上從一定點(diǎn)飛到另一定點(diǎn)，而這些定點(diǎn)并不需要地面基礎(chǔ)設(shè)施的參照。一些程序已經(jīng)被擴(kuò)展以在飛行的各個階段利用gps及其增強(qiáng)服務(wù)。在飛行區(qū)域內(nèi)沒有適當(dāng)?shù)牡孛鎸?dǎo)航幫助或監(jiān)控設(shè)備時更是如此。由gps創(chuàng)造出的新的和更有效率的空中路線正

55、在不斷地?cái)U(kuò)展。這節(jié)省了大量時間和金錢。許多時候，在數(shù)據(jù)匱乏 的區(qū)域（例如海洋上空）的飛行可以安全地減少飛機(jī)之間的距離，而且使更多的飛機(jī)選擇他們喜歡的和有效率的航線， 以節(jié)省時間和燃料并增加貨運(yùn)收入。能夠明顯增加運(yùn)作利益和安全的機(jī)場降落改革正在實(shí)行，甚至在沒有傳統(tǒng)地面服務(wù)的偏遠(yuǎn)地區(qū)也在實(shí)施。在世界 上有些地區(qū)，衛(wèi)星信號被增強(qiáng)了，或?yàn)檫m應(yīng)特殊航空需要而得到改善，比如在低能見度條件下的降落。在那些情況下， 甚至還可以有更精確的操作。對航空界來說，一個好消息是 gps正在被不斷地改善和現(xiàn)代化。正在進(jìn)行的民用現(xiàn)代化過程中的一個主要組成部 分是增加了兩個新信號。這些信號是對現(xiàn)有民用服務(wù)的補(bǔ)充。其中第一個新

56、信號是為一般的非安全或危急用途使用的。gps能夠?qū)υS多航空應(yīng)用提第二個新信號將由國際社會提供保護(hù)，用于航空導(dǎo)航。這個增加的生命安全民用信號將使 供更可靠的導(dǎo)航服務(wù)。第二個生命安全信號帶來的利益將遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的gps服務(wù)。這個信號通過使用雙頻率航空電子設(shè)備在全世界提供更多的儀表降落機(jī)會。雙頻率的意義是由同時使用雙重信號來顯著減少電離層干擾所產(chǎn)生的錯誤信號。這將增強(qiáng)整個系統(tǒng)，包括提高準(zhǔn)確性、可用性和整合性，并且在對地面設(shè)施少量投資或沒有投資的情況下得到準(zhǔn)確降落的功能。依靠gps作為今天和明天的空中交通管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)是許多國家計(jì)劃的一個重要部分。那些正在利用 gps的航空當(dāng)局已經(jīng)看到了和記錄了飛行空間用戶和服務(wù)提供者所節(jié)省的航行時間、工作量和運(yùn)行成本。gps還是許多其他航空系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組成部分，例如增強(qiáng)的地面接近警告系統(tǒng)（egpws）就已經(jīng)被證明可以成功地減少受控制飛行撞擊地面的危險(xiǎn)性，而這是造成很