GPS基本介紹及操作

GPS基本介紹及操作王志偉

2007.12目錄一．前言二．GPS相關(guān)介紹三．GPS使用方法四．GPS數(shù)據(jù)處理五．GPS圖像處理一．前言

GPS即全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）是美國(guó)從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)近10年我國(guó)測(cè)繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得廣大測(cè)繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革。國(guó)內(nèi)行業(yè)網(wǎng)站：http:///about.htm鄭州衛(wèi)通電子科技有限公司http:///北京盛基恒信科技發(fā)展有限公司二．GPS相關(guān)介紹1.GPS概述

2·GPS構(gòu)成

3·GPS原理

4·GPS前景

5·GPS特點(diǎn)

6·GPS功用

7·GPS應(yīng)用

8·GPS種類1.GPS概述

即全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。這項(xiàng)技術(shù)可以用來(lái)引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。

全球定位系統(tǒng)(GPS)是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資200億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分———GPS星座；地面控制部分———地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分———GPS信號(hào)接收機(jī)。

◆GPS的前身

GPS系統(tǒng)的前身為美軍研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)，1958年研制，64年正式投入使用。該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過(guò)地球13次，并且無(wú)法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。由于衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對(duì)潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨大缺陷。美國(guó)海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

為此，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網(wǎng)計(jì)劃，并于67年、69年和74年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星。而美國(guó)空軍則提出了621-B的以每星群4到5顆衛(wèi)星組成3至4個(gè)星群的計(jì)劃，這些衛(wèi)星中除1顆采用同步軌道外其余的都使用周期為24h的傾斜軌道該計(jì)劃以偽隨機(jī)碼(PRN)為基礎(chǔ)傳播衛(wèi)星測(cè)距信號(hào)，其強(qiáng)大的功能，當(dāng)信號(hào)密度低于環(huán)境噪聲的１％時(shí)也能將其檢測(cè)出來(lái)。海軍的計(jì)劃主要用于為艦船提供低動(dòng)態(tài)的2維定位，空軍的計(jì)劃能供提供高動(dòng)態(tài)服務(wù)，然而系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜。由于同時(shí)研制兩個(gè)系統(tǒng)會(huì)造成巨大的費(fèi)用而且這里兩個(gè)計(jì)劃都是為了提供全球定位而設(shè)計(jì)的，所以1973年美國(guó)國(guó)防部將2者合二為一。2.GPS構(gòu)成1。空間部分

GPS的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20200km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。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。GPS衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼,一組稱為C/A碼(Coarse/AcquisitionCode11023MHz);一組稱為P碼(ProciseCode10123MHz),P碼因頻率較高,不易受干擾,定位精度高,因此受美國(guó)軍方管制,并設(shè)有密碼,一般民間無(wú)法解讀,主要為美國(guó)軍方服務(wù)。C/A碼人為采取措施而刻意降低精度后,主要開放給民間使用。

2.GPS構(gòu)成2。地面控制部分

地面控制部分由一個(gè)主控站,5個(gè)全球監(jiān)測(cè)站和3個(gè)地面控制站組成。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。這種注入對(duì)每顆GPS衛(wèi)星每天一次,并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障,那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時(shí)間,但導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。

2.GPS構(gòu)成3。用戶設(shè)備部分

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。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。

3.GPS原理

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。

4.GPS前景

由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測(cè)量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，美國(guó)政府宣布2000年至2006年期間，在保證美國(guó)國(guó)家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號(hào)精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用C/A碼進(jìn)行單點(diǎn)定位的精度由100米提高到20米，這將進(jìn)一步推動(dòng)GPS技術(shù)的應(yīng)用，提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量，刺激GPS市場(chǎng)的增長(zhǎng)。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在美國(guó)，單單是汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，2000年后的市場(chǎng)將達(dá)到30億美元，而在我國(guó)，汽車導(dǎo)航的市場(chǎng)也將達(dá)到50億元人民幣?？梢?jiàn)，GPS技術(shù)市場(chǎng)的應(yīng)用前景非常可觀。

5.GPS特點(diǎn)全球定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：(1)全天候；(2)全球覆蓋；(3)三維定速定時(shí)高精度；(4)快速省時(shí)高效率：(5)應(yīng)用廣泛多功能。6.GPS功用

全球定位系統(tǒng)的主要用途：(1)陸地應(yīng)用，主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源勘探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、市政規(guī)劃控制等；(2)海洋應(yīng)用，包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等；(3)航空航天應(yīng)用，包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等。

7.GPS應(yīng)用1.船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水

2.飛機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場(chǎng)降落

3.汽車自主導(dǎo)航

4.地面車輛跟蹤和城市智能交通管理

5.緊急救生

6.個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)

7.個(gè)人通訊終端

8.各種等級(jí)的大地測(cè)量，控制測(cè)量

9.道路和各種線路放樣

10.水下地形測(cè)量

11.地殼形變測(cè)量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測(cè)

12.GIS應(yīng)用

13.工程機(jī)械（輪胎吊，推土機(jī)等）控制

14.精細(xì)農(nóng)業(yè)◆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。

汽車導(dǎo)航GPS工作流程汽車導(dǎo)航GPS中部件功能8.GPS種類

GPS衛(wèi)星接收機(jī)種類很多，根據(jù)型號(hào)分為測(cè)地型、全站型、定時(shí)型、手持型、集成型；根據(jù)用途分為車載式、船載式、機(jī)載式、星載式、彈載式。

經(jīng)過(guò)20余年的實(shí)踐證明，GPS系統(tǒng)是一個(gè)高精度、全天候和全球性的無(wú)線電導(dǎo)航、定位和定時(shí)的多功能系統(tǒng)。GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機(jī)型的國(guó)際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

幾種GPS汽車導(dǎo)航GPS三.GPS使用方法1.GPS操作界面2.GPS主要功能介紹3.GPS操作主要流程1.GPS操作界面主菜單頁(yè)面主菜單頁(yè)面含的主要選項(xiàng)：存點(diǎn)；查找；航線；航跡；設(shè)置；工具等。衛(wèi)星頁(yè)面和旅行計(jì)算機(jī)頁(yè)面衛(wèi)星頁(yè)面顯示衛(wèi)星分布圖和信號(hào)強(qiáng)度圖并提示何時(shí)可以導(dǎo)航該頁(yè)面以數(shù)據(jù)形式顯示當(dāng)前的旅行信息地圖頁(yè)面和導(dǎo)航頁(yè)面地圖頁(yè)面顯示當(dāng)前的位置及運(yùn)動(dòng)方向?qū)Ш巾?yè)面用可旋轉(zhuǎn)羅盤顯示和指導(dǎo)去目標(biāo)點(diǎn)應(yīng)該走的方向。2.GPS主要功能介紹1.GPS初始化：包含６個(gè)子頁(yè)面。2.記錄GPS：可以修改航路點(diǎn)的名稱，符號(hào)，坐標(biāo)，高度。3.記錄航跡線：可以顯示航跡名稱，航跡總距離。4.測(cè)量直線距離：可以顯示出起始點(diǎn)相對(duì)于終止點(diǎn)的方位。5.測(cè)量面積：會(huì)自動(dòng)計(jì)算出閉合曲線所圍成的面積。3.GPS操作主要流程1.設(shè)置2.開航跡記錄3.存點(diǎn)1.設(shè)置進(jìn)入設(shè)置頁(yè)面選項(xiàng)，其中一般包含６個(gè)子頁(yè)面：顯示，航向，時(shí)間，單位，接口，系統(tǒng)。為了便于工作，統(tǒng)一設(shè)置如圖：

2.開航跡記錄按下平幕上的“關(guān)”按鈕將暫停記錄航跡，按下“開”按鈕將啟動(dòng)記錄航跡功能，被選中的開關(guān)顯示為凹下去。按下“存儲(chǔ)”按鈕，將顯示“請(qǐng)選擇起始時(shí)間”；見(jiàn)右圖：為了便于工作，一般統(tǒng)一選擇全部記錄在已存航跡的頁(yè)面中，顯示了航跡名稱，航跡總距離，面積等選項(xiàng)。3.存點(diǎn)（以合眾思?jí)褳槔龍D）在任何時(shí)候持續(xù)按住鼠標(biāo)都將出現(xiàn)存點(diǎn)界面，在此界面中可以修改航路點(diǎn)的名稱，符號(hào)，坐標(biāo)，高度。一般野外調(diào)查中GPS使用步驟GPS拿到設(shè)置（5頁(yè)面）開航跡記錄存點(diǎn)面積判斷記錄插花輸出到計(jì)算機(jī)四．GPS數(shù)據(jù)處理1.輸入2.存儲(chǔ)3.導(dǎo)出1.輸入運(yùn)行Mapsource后，在菜單欄點(diǎn)擊【傳送】—【從設(shè)備接受】或在工具欄點(diǎn)擊圖標(biāo)，從GPS開始傳輸數(shù)據(jù)到電腦。1.輸入操作輸入項(xiàng)如下所示Mapsource下的航跡圖2.存儲(chǔ)存儲(chǔ)對(duì)話框如圖所示2.存儲(chǔ)2.存儲(chǔ)gdb格式存儲(chǔ)后圖標(biāo)2.DXF存儲(chǔ)3.導(dǎo)出MapSource

下拉菜單的“file”下，點(diǎn)擊“export”，出現(xiàn)對(duì)話框點(diǎn)擊保存后出現(xiàn)