(完整版)GPS與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS簡介GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?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。經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，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3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，并能在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息。2.地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天線(GroundAntenna)所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息，并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對(duì)距離，大氣校正等數(shù)據(jù)。3.用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分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，就可測(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。GPS定位原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)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(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。如圖所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)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(gè)方程式。GPS功用由于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)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。GPS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。車載GPS當(dāng)通過硬件和軟件做成GPS定位終端用于車輛定位的時(shí)候，稱為車載GPS，但光有定位還不行，還要把這個(gè)定位信息傳到報(bào)警中心或者車載GPS持有人那里，我們稱為第三方。所以GPS定位系統(tǒng)中還包含了GSM網(wǎng)絡(luò)通訊（手機(jī)通訊），通過GSM網(wǎng)絡(luò)用短信的方式把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到第三方。通過微機(jī)解讀短信電文，在電子地圖上顯示車輛位置。這樣就實(shí)現(xiàn)了車載GPS定位。與此同時(shí)，在車上安裝相應(yīng)的探測(cè)傳感器，利用車載GPS定位的GSM網(wǎng)絡(luò)通訊功能，同樣能把防盜報(bào)警信息發(fā)送到第三方，或者把這個(gè)報(bào)警電話、短信直接發(fā)送到車主手機(jī)上，完成車載GPS防盜報(bào)警。這里可以看出，車載GPS定位的GSM網(wǎng)絡(luò)部分實(shí)際上是一個(gè)智能手機(jī)，可以和第三方互相通訊，還可以把車輛被搶，司機(jī)被劫、被綁架等信息發(fā)送到第三方。所以說車載GPS定位是定位、防盜、防劫的。中國GPS導(dǎo)航市場的發(fā)展中國GPS導(dǎo)航的市場潛力巨大。截至到2005年底，中國擁有車載導(dǎo)航設(shè)備的車輛不足10萬輛，相對(duì)于3000萬輛的汽車總數(shù)來說，普及率不到1%。而日本的汽車車載導(dǎo)航安裝率高達(dá)59%，歐美約占25%。2006年便攜導(dǎo)航市場應(yīng)該有近5億元的規(guī)模，而隨著市場的高速發(fā)展及新品牌的層出不窮，預(yù)計(jì)2009年中國汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)終端的銷售額將接近100億元。2008年，被人們稱為中國的“3G元年”。眾所周知，目前在國內(nèi)通信領(lǐng)域，最火的就是正在試運(yùn)行的TD-SCDMA——3G標(biāo)準(zhǔn)。作為新一代的通信技術(shù)，3G帶給人們非常多的期許。3G牌照的全面發(fā)放，也成了人們共同關(guān)注的焦點(diǎn)。其實(shí)在國內(nèi)的GPS導(dǎo)航領(lǐng)域也在經(jīng)歷著一場蛻變，第三代PND類導(dǎo)航產(chǎn)品的應(yīng)運(yùn)而生，已經(jīng)把人們帶進(jìn)了全新的導(dǎo)航時(shí)代。衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越重要的作用，將成為“十一五”發(fā)展的亮點(diǎn)。在“十一五”期間，衛(wèi)星導(dǎo)航在其它領(lǐng)域如航空、海路、鐵路、建筑、電信、電力等方面的應(yīng)用都會(huì)有很大的發(fā)展空間。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在三方面：一是衛(wèi)星導(dǎo)航的多系統(tǒng)并存，使系統(tǒng)可用性得以提高，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼜V闊；二是多元組合導(dǎo)航技術(shù)正在得到推廣應(yīng)用，主要有GPS與移動(dòng)通信基站定位、陀螺、航位推算技術(shù)等的組合應(yīng)用；三是衛(wèi)星導(dǎo)航與無線通信等其它高技術(shù)相結(jié)合，如GPS接收機(jī)嵌入到蜂窩電話、便攜式PC、PDA和手表等通信、安全和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，從根本上促進(jìn)了IT技術(shù)的整體發(fā)展。GPS與國家安全在最近的國際新聞報(bào)道中，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)，各國越來越多地利用高精尖技術(shù)獲取他國的機(jī)密信息。以亞洲為例，天上有美、日等國的間諜衛(wèi)星，海上有探測(cè)船，島上有各國數(shù)以百計(jì)的監(jiān)測(cè)站，基地里有超大型雷達(dá)。在這種背景下中國近年來連續(xù)發(fā)現(xiàn)有外國人在中國境內(nèi)進(jìn)行非法測(cè)繪。他們這么做的目的各不相同，但有一點(diǎn)是可以肯定的，那就是危害中國的國家安全。去年四月份日本綜合地球環(huán)境學(xué)研究所派遣了四個(gè)日本人私自到新疆西北部的艾比湖一帶進(jìn)行非法測(cè)繪。他們攜帶GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)），在艾比湖一帶采集地理數(shù)據(jù)，這引起了當(dāng)?shù)鼐降淖⒁?。國家測(cè)繪部門介入調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，他們已經(jīng)采集到了25個(gè)點(diǎn)的地理數(shù)據(jù)，違反了中國有關(guān)外國人在中國境內(nèi)進(jìn)行測(cè)繪的法律規(guī)定。這四個(gè)日本人已被限期離境，并處以罰款。事后該所所長田高敏龍專門到新疆表示道歉和反省。更為嚴(yán)重的一次發(fā)生在2006年，在日本國土情報(bào)技術(shù)研究所所長大林成行帶領(lǐng)下、私自在距新疆和田機(jī)場不到100米的一戶居民的房頂上架設(shè)了一臺(tái)GPS定位設(shè)備作為固定站，另一臺(tái)GPS接收機(jī)作為流動(dòng)站，精確地獲取了該區(qū)域地理位置的具體數(shù)據(jù)。現(xiàn)在很多人有一個(gè)誤區(qū)，覺得科技那么發(fā)達(dá)，像谷歌衛(wèi)星地圖都可以免費(fèi)提供清晰度相當(dāng)高的實(shí)地影象服務(wù)，山川地貌、平房高樓、公路鐵路都可以看得很清楚，衛(wèi)星定位也在逐步大量用于商業(yè)服務(wù)，地理數(shù)據(jù)還有什么秘密可言??？但實(shí)際上谷歌提供的只是影象圖，只不過是俯視角度的影象而已，真正要用在軍事上、科研上的必須要有平面坐標(biāo)、海拔高度等具體數(shù)據(jù)才能正確確定目標(biāo)和位置，在軍事上才真正有命中目標(biāo)的實(shí)用價(jià)值。我國挖掘機(jī)行業(yè)中，安裝和使用挖掘機(jī)專用的GPS智能服務(wù)系統(tǒng)的企業(yè)越來越多，越來越普遍。一方面是為了適應(yīng)金融管理的需要，另一方面可為售后服務(wù)部門和挖掘機(jī)所有者實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程提供設(shè)備的詳細(xì)信息，使其能夠及時(shí)了解挖掘機(jī)的工作狀況和故障情況。但挖掘機(jī)專用的GPS智能服務(wù)系統(tǒng)具有三維精確定位、遠(yuǎn)程傳輸各種數(shù)據(jù)信息、以及遠(yuǎn)程鎖車等功能。如果在我國國土上正在施工的挖掘機(jī)上大量安裝由外方控制的GPS智能服務(wù)系統(tǒng)，將對(duì)我國家安全造成重大隱患，這些安裝在挖掘機(jī)上的GPS智能服務(wù)系統(tǒng)極有可能成為泄露我重要戰(zhàn)略情報(bào)內(nèi)容的裝置。由于GPS智能服務(wù)系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程鎖車功能，控制者隨時(shí)可能使大量工程陷入癱瘓。以某日資企業(yè)為例，該公司每年生產(chǎn)和銷售挖掘機(jī)數(shù)千臺(tái)至上萬，累計(jì)分散在中國960萬平方公里土地上正在施工的挖掘機(jī)有數(shù)萬臺(tái)之多，大部分的挖掘機(jī)上都安裝了GPS智能服務(wù)系統(tǒng)。由于支持該系統(tǒng)的服務(wù)器安置在國外，所有采集到的數(shù)據(jù)全部傳送到日本，經(jīng)過處理或過濾后的一小部分?jǐn)?shù)據(jù)再傳回中國，這是違反中國法律的嚴(yán)重事件，應(yīng)引起其他企業(yè)重視。全球四大GPS系統(tǒng)除美國GPS外，全球還有三大GPS系統(tǒng)。歐盟“伽利略”：1999年，歐洲提出計(jì)劃，準(zhǔn)備發(fā)射30顆衛(wèi)星，組成“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)。2009年該計(jì)劃正式啟動(dòng)。俄羅斯“格洛納斯”：尚未部署完畢。始于上世紀(jì)70年代，需要至少18顆衛(wèi)星才能確保覆蓋俄羅斯全境；如要提供全球定位服務(wù)，則需要24顆衛(wèi)星。中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem)：是中國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSyste)是中國正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。2003年我國北斗一號(hào)建成并開通運(yùn)行，不同于GPS，“北斗”的指揮機(jī)和終端之間可以雙向交流。去年5月12日四川大地震發(fā)生后，北京武警指揮中心和四川武警部隊(duì)運(yùn)用“北斗”進(jìn)行了上百次交流。北斗二號(hào)系列衛(wèi)星今年起將進(jìn)入組網(wǎng)高峰期，預(yù)計(jì)在2015年形成由三十幾顆衛(wèi)星組成的覆蓋全球的系統(tǒng)。目前，北京時(shí)間1月17日零時(shí)12分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭，將第三顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星成功送入預(yù)定軌道。2010年6月2日晚23時(shí)53分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭，將第四顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功送入太空預(yù)定軌道。2010年8月1日5時(shí)30分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭，成功將第五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道。2010年11月1日零時(shí)26分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭，將第六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功送入太空，這是中國今年連續(xù)發(fā)射的第4顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星。系統(tǒng)優(yōu)劣勢(shì)優(yōu)勢(shì)1、和美國的GPS、俄羅斯的GLONASS相比，增加了通訊功能。2、全天候快速定位，與GPS精度相當(dāng)。應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：同時(shí)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(shí)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(shí)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。劣勢(shì)1、北斗系統(tǒng)屬于有源定位系統(tǒng)，系統(tǒng)容量