GPS定位

GPS是英文Global Positioning System(全球定位系統)的簡稱。GPS起始於1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸海空三軍聯合研製了新一代衞星定位系統GPS。主要目的是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，並用於情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，經過20餘年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衞星星座己佈設完成。在機械領域GPS則有另外一種含義：產品幾何技術規範(Geometrical Product Specifications)-簡稱GPS。另外一種解釋為G/s(GB per s)

GPS系統的前身是美軍研製的一種子午儀衞星定位系統(Transit)，1958年研製，1964年正式投入使用。該系統用5到6顆衞星組成的星網工作，每天最多繞過地球13次，並且無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀系統使得研發部門對衞星定位取得了初步的經驗，並驗證了由衞星系統進行定位的可行性，為GPS系統的研製埋下了鋪墊。由於衞星定位顯示出在導航方面的巨大優越性及子午儀系統存在對潛艇和艦船導航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衞星導航系統。

為此，美國海軍研究實驗室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到18顆衞星組成10000km高度的全球定位網計劃，並於67年、69年和74年各發射了一顆試驗衞星，在這些衞星上初步試驗了原子鐘計時系統，這是GPS系統精確定位的基礎。而美國空軍則提出了621-B的以每星羣4到5顆衞星組成3至4個星羣的計劃，這些衞星中除1顆採用同步軌道外其餘的都使用週期為24h的傾斜軌道，該計劃以偽隨機碼(PRN)為基礎傳播衞星測距信號，其強大的功能，當信號密度低於環境噪聲的1%時也能將其檢測出來。偽隨機碼的成功運用是GPS系統得以取得成功的一個重要基礎。海軍的計劃主要用於為艦船提供低動態的2維定位，空軍的計劃能供提供高動態服務，然而系統過於複雜。由於同時研製兩個系統會造成巨大的費用而且這裏兩個計劃都是為了提供全球定位而設計的，所以1973年美國國防部將2者合二為一，並由國防部牽頭的衞星導航定位聯合計劃局(JPO)領導，還將辦事機構設立在洛杉磯的空軍航天處。該機構成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰隊、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代表。 ^[1] 

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是由美國建立的一個衞星導航定位系統，利用該系統，用户可以在全球範圍內實現全天候、連續、實時的三維導航定位和測速；另外，利用該系統，用户還能夠進行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。

現實生活中，GPS定位主要用於對移動的人、寵物、車及設備進行遠程實時定位監控的一門技術。GPS定位是結合了GPS技術、無線通信技術(GSM/GPRS/CDMA)、圖像處理技術及GIS技術的定位技術，主要可實現如下功能：

1．跟蹤定位

監控中心能全天侯24小時監控所有被控車輛的實時位置、行駛方向、行駛速度，以便最及時的掌握車輛的狀況。

2．軌跡回放

監控中心能隨時回放近60天內的自定義時段車輛歷史行程、軌跡記錄。（根據情況，可選配軌跡DVD刻錄服務）

3．報警（報告）

3.1，超速報警：車輛行駛速度超出監控中心預設的速度時，及時上報監控中心

3.2，區域報警（電子圍欄）：監控中心設定區域範圍，車輛超出或駛入預設的區域會向監控調度中心給出相應的報警

3.3，停車報告：調度中心可對車輛的歷史停車記錄以文字形式生成報表，其中描述車輛的停車地點、時間和開車時間等信息，並可對其進行打印。

3.4，應急報警： 一旦遇有緊急險情（如遭劫等），請馬上按動應急報警按鈕，向監管中心報警，監管中心即刻會知道您處於緊急狀態以及您所在的位置。經核實後，進入警情處置程序，助您脱險。（注：一旦應急報警按鈕啓動，此設備會立即關閉通話功能，但短信功能正常）

3.5，欠壓報警，當汽車電瓶電壓過低時，車載主機會自動向監控中心報警，由監控中心值班員提醒用户及時給車輛充電。

3.6，剪線報警，車輛主電瓶被破壞後或不能供電時，內置備用電池可維持產品繼續工作，並向監控中心發送剪線報警。

4．地圖製作功能

根據查看需要，客户可以添加修改自定義地圖線路，以更好服務企業運行

5．里程統計

系統利用GPS車載終端的行駛記錄功能和GIS地理系統原理對車輛進行行駛里程統計，並可生成報表且可打印。

6．車輛信息管理

方便易用的管理平台，提供了車輛、駕駛人員、車輛圖片等信息的設定，以方便調度人員的工作。

7．短信通知功能

將被控車輛的各種報警或狀態信息在必要時發送到管理者手機上，以便隨時隨地掌握車輛重要狀態信息。

8．車輛遠程控制

監控中心可隨時對車輛進行遠程斷油斷電，鎖車功能。

9．車載電話

車載電話可以象普通手機一樣拔打電話，調度中心可對此電話進行遠程權限設置，即呼入限制、呼出限制、只能呼叫指定的若干電話號碼。

10．油耗檢測

實時監控車輛的油耗變化，並生成歷史時段油量變化報表或油量曲線圖，進而直觀反映出油量的正常消耗與非正常消耗及加油數量不足等現象，達到油耗高水平管理，杜絕不良事件的發生。（需搭配油量傳感器）

11．車輛調度

調度人員確定調度車輛或者在地圖上畫定調度範圍，GPS系統自動向車輛或者畫定範圍內的所有車輛發出調度命令，被調度車輛及時迴應調度中心，以確定調度命令的執行情況。GPS系統還可對每輛車成功調度次數進行月統計。

車載終端可以進行自我診斷，一旦發生故障，就會向中心發出故障通知，方便工作人員維修，確保設備正常工作。

GPS計劃始於1973年 ，已於1994年進入完全運行狀態。GPS的整個系統由空間部分、地面控制部分和用户部分所組成：

GPS的空間部分是由24顆GPS工作衞星所組成，這些GPS工作衞星共同組成了GPS衞星星座，其中21顆為可用於導航的衞星，3顆為活動的備用衞星。這24顆衞星分佈在6個傾角為55°的軌道上繞地球運行。衞星的運行週期約為12恆星時。每顆GPS工作衞星都發出用於導航定位的信號。GPS用户正是利用這些信號來進行工作的。

GPS的控制部分由分佈在全球的由若干個跟蹤站所組成的監控系統所構成，根據其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監控站和注入站。主控站有一個，位於美國克羅拉多（Colorado）的法爾孔（Falcon）空軍基地，它的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據，計算出衞星的星曆和衞星鐘的改正參數等，並將這些數據通過注入站注入到衞星中去；同時，它還對衞星進行控制，向衞星發佈指令，當工作衞星出現故障時，調度備用衞星，替代失效的工作衞星工作；另外，主控站也具有監控站的功能。監控站有五個，除了主控站外，其它四個分別位於夏威夷（Hawaii）、阿松森羣島（Ascension）、迭哥伽西亞（Diego Garcia）、卡瓦加蘭（Kwajalein），監控站的作用是接收衞星信號，監測衞星的工作狀態；注入站有三個，它們分別位於阿松森羣島（Ascension）、迭哥伽西亞（Diego Garcia）、卡瓦加蘭（Kwajalein），注入站的作用是將主控站計算出的衞星星曆和衞星鐘的改正數等注入到衞星中去。

GPS的用户部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用户設備如計算機氣象儀器等所組成。它的作用是接收GPS衞星所發出的信號，利用這些信號進行導航定位等工作。 以上這三個部分共同組成了一個完整的GPS系統。

GPS衞星發射兩種頻率的載波信號，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60MHz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調製着多種信號，這些信號主要有：

C/A碼又被稱為粗捕獲碼，它被調製在L1載波上，是1MHz的偽隨機噪聲碼（PRN碼），其碼長為1023位（週期為1ms）。由於每顆衞星的C/A碼都不一樣，因此，我們經常用它們的PRN號來區分它們。C/A碼是普通用户用以測定測站到衞星間的距離的一種主要的信號。

P碼又被稱為精碼，它被調製在L1和L2載波上，是10MHz的偽隨機噪聲碼，其週期為七天。在實施AS時，P碼與W碼進行模二相加生成保密的Y碼，此時，一般用户無法利用P碼來進行導航定位。

見P碼。

導航信息被調製在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衞星的軌道參數、衞星鐘改正數和其它一些系統參數。用户一般需要利用此導航信息來計算某一時刻GPS衞星在地球軌道上的位置，導航信息也被稱為廣播星曆。

SPS和PPS是GPS系統針對不同用户提供兩種不同類型的服務。一種是標準定位服務(SPSStandard Positioning Service)，另一種是精密定位服務(PPSPrecision Positioning Service)。這兩種不同類型的服務分別由兩種不同的子系統提供，標準定位服務由標準定位子系統(SPSStandard Positioning System)提供，精密定位服務則由精密定位子系統(PPSPrecision Positioning System)提供。

SPS主要面向全世界的民用用户。

PPS主要面向美國及其盟國的軍事部門以及民用的特許用户。

在GPS定位中，經常採用下列觀測值中的一種或幾種進行數據處理，以確定出待定點的座標或待定點之間的基線向量：

L1載波相位觀測值

L2載波相位觀測值（半波或全波）

調製在L1上的C/A碼偽距

調製在L1上的P碼偽距

調製在L2上的P碼偽距

L1上的多普勒頻移

L2上的多普勒頻移

實際上，在進行GPS定位時，除了大量地使用上面的觀測值進行數據處理以外，還經常使用由上面的觀測值通過某些組合而形成的一些特殊觀測值，如寬巷觀測值（Wide-Lane）、窄巷觀測值（Narrow-Lane）、消除電離層延遲的觀測值（Ion-Free）來進行數據處理。

我們在利用GPS進行定位時，會受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度的因素可分為以下四大類：

人為

美國政府從其國家利益出發，通過降低廣播星曆精度（ 技術）、在GPS基準信號中加入高頻抖動（ 技術）等方法，人為降低普通用户利用GPS進行導航定位時的精度。

在進行GPS定位時，計算在某時刻GPS衞星位置所需的衞星軌道參數是通過各種類型的星曆[7]提供的，但不論採用哪種類型的星曆，所計算出的衞星位置都會與其真實位置有所差異，這就是所謂的星曆誤差。

衞星鐘差

衞星鐘差是GPS衞星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標準時間之間的誤差。

衞星信號發射天線相位中心偏差

衞星信號發射天線相位中心偏差是GPS衞星上信號發射天線的標稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。

GPS定位的基本原理是根據高速運動的衞星瞬間位置作為已知的起算數據，採用空間距離後方交會的方法，確定待測點的位置。如圖1所示，假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衞星星曆等其它數據可以確定以下四個方程式：上述四個方程式中待測點座標x、 y、 z 和Vto為未知參數，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。

di (i=1、2、3、4) 分別為衞星1、衞星2、衞星3、衞星4到接收機之間的距離。

△ti (i=1、2、3、4) 分別為衞星1、衞星2、衞星3、衞星4的信號到達接收機所經歷的時間。

c為GPS信號的傳播速度（即光速）。

四個方程式中各個參數意義如下：

x、y、z 為待測點座標的空間直角座標。

xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衞星1、衞星2、衞星3、衞星4在t時刻的空間直角座標，

可由衞星導航電文求得。

Vt i (i=1、2、3、4) 分別為衞星1、衞星2、衞星3、衞星4的衞星鐘的鐘差，由衞星星曆提供。

Vto為接收機的鐘差。

由以上四個方程即可解算出待測點的座標x、y、z 和接收機的鐘差Vto 。

事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衞星，這時，接收機可按衞星的星座分佈分成若干組，每組4顆，然後通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

由於衞星運行軌道、衞星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍採用差分GPS(DGPS)技術，建立基準站(差分台)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確座標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，並對外發布。接收機收到該修正數後，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。

車用導航系統主要由導航主機和導航顯示終端兩部分構成。內置的GPS天線會接收到來自環繞地球的24顆GPS衞星中的至少3顆所傳遞的數據信息，由此測定汽車當前所處的位置。導航主機通過GPS衞星信號確定的位置座標與電子地圖數據相匹配，便可確定汽車在電子地圖中的準確位置。

在此基礎上，將會實現行車導航、路線推薦、信息查詢、播放AV/TV等多種功能。駕駛者只須通過觀看顯示器上的畫面、收聽語音提示，操縱手中的遙控器即可實現上述功能，從而輕鬆自如地駕車。

GPS定位的方法是多種多樣的，用户可以根據不同的用途採用不同的定位方法。GPS定位方法可依據不同的分類標準，作如下劃分：

偽距定位

偽距定位所採用的觀測值為GPS偽距觀測值，所採用的偽距觀測值既可以是C/A碼偽距，也可以是P碼偽距。偽距定位的優點是數據處理簡單，對定位條件的要求低，不存在整週模糊度的問題，可以非常容易地實現實時定位；其缺點是觀測值精度低，C/A 碼偽距觀測值的精度一般為3米，而P碼偽距觀測值的精度一般也在30個釐米左右，從而導致定位成果精度低，另外，若採用精度較高的P碼偽距觀測值，還存在AS的問題。

載波相位定位

載波相位定位所採用的觀測值為GPS的載波相位觀測值，即L1、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優點是觀測值的精度高，一般優於2個毫米；其缺點是數據處理過程複雜，存在整週模糊度的問題。

絕對定位

絕對定位又稱為單點定位，這是一種採用一台接收機進行定位的模式，它所確定的是接收機天線的絕對座標。這種定位模式的特點是作業方式簡單，可以單機作業。絕對定位一般用於導航和精度要求不高的應用中。

相對定位

相對定位又稱為差分定位，這種定位模式採用兩台以上的接收機，同時對一組相同的衞星進行觀測，以確定接收機天線間的相互位置關係。

實時定位

實時定位是根據接收機觀測到的數據，實時地解算出接收機天線所在的位置。

非實時定位

非實時定位又稱後處理定位，它是通過對接收機接收到的數據進行後處理以進行定位得方法。

所謂動態定位，就是在進行GPS定位時，認為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是變化的。也就是説，在數據處理時，將接收機天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。動態定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。

所謂靜態定位，就是在進行GPS定位時，認為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。也就是説，在數據處理時，將接收機天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。在測量中，靜態定位一般用於高精度的測量定位，其具體觀測模式多台接收機在不同的測站上進行靜止同步觀測，時間由幾分鐘、幾小時甚至數十小時不等。

卜默示條件，GPS模塊SiRFStarIII接受每二輸出位置的數據，通常$GPRMC精簡數據格式的數據，包括緯度，經度的目的，速度（結），運動方向角，年，月，時，分，秒，毫秒，定位數據是有效的或無效的，和其他重要信息。語句格式如下：

$GPRMC，，，，，，，，，，，，*，HH

只需要知道位置信息，所以在閲讀唯一的，可以實際應用。

<1>：當地時間代表UTC。格式“當每分鐘，小時，分鐘和秒2。

<2>：工作代表國家。”“顯示可用的數據，“V”表示接受警報，沒有可用的數據。

<3>：代表緯度數據。“子級的格式。分分分。”

<4>：緯度半球為代表的“N”或“S”。

<5>：代表經度數據。格式和LD

現狀；度分鐘。sub-sub-sub-sub.”

<6>：代表經度半球，為“E”或“

軟件讀取經緯度數據獲取用户位置停止分析，確定用户的具體位置在該地區建立和平。方法是基於用户的設置確定中心的緯度和經度和緯度和經度計算出活動維持當前的對象可以超過和平活動預定半徑。結果的基礎上的歧視，設置相應的標誌。 ^[2] 

GPS利用全球導航系統，可以通過接收衞星信號來適時確定地面位置。現代科技通過GSM無線網絡，將GPS確定的地面位置傳遞到一些專業的定位平台，物流等行業存在的貨物遺失、被盜或發送錯誤等情況。該定位裝置可作為財產跟蹤器。使行業用户、個人用户及政府用户實時掌握移動資產的地理信息，全面提高移動資產管理效率和安全監控係數。該跟蹤器有助於客户更加有效的利用移動資源進行高效運作，提高企業競爭力，實現客户的利益最大化。

汽車跟蹤器平台上標註出當前位置。用户可以用此方法很方便的得到目標的位置。

GPS在汽車跟蹤器中的應用，已經應用到了生活的方方面面，在警用調查中，GPS汽車跟蹤器是決對不可缺少的一部分，警察將GPS定位器放到犯罪分子的行動工具上後，可以在警用監控中心很方便的看到犯罪分子所有的區域和行動路線，達到及時發現犯罪窩點，解決治安隱患。

GPS在汽車跟蹤中，平台是必不可少的，在國內有很多這樣的平台，裏面內置有各種最新的電子地圖和GOOGLE衞星圖片。實時的標註GPS汽車跟蹤器上傳定位平台的位置信息，讓用户一目瞭然的瞭解目標的位置。

中心端採用固定IP接入，用來接收和處理GPS終端通過移動網絡提交上來的各種數據，如終端當前位置信息，終端的各種報警信息等，同時處理客户端提交上來的各種查詢請求。

中心端由硬件和軟件組成，軟件技術則包含數據庫技術、GIS技術、負載均衡技術、網絡協議技術等。

GPS定位平台根據不同應用分以下幾種：

在工程測量方面，應用GPS靜態相對定位技術，佈設精密工程控制網，用於城市和礦區油田地面沉降監測、大壩變形監測、高層建築變形監測、隧道貫通測量等精密工程。加密測圖控制點，應用GPS實時動態定位技術（簡稱RTK）測繪各種比例尺地形圖和用於施工放樣。

在航空攝影測量方面，我國測繪工作者也應用GPS技術進行航測外業控制測量、航攝飛行導航、機載GPS航測等航測成圖的各個階段。

在地球動力學方面，GPS技術用於全球板塊運動監測和區域板塊運動監測。我國已開始用兵GPS技術監測南極洲板塊運動、青藏高原地殼運動、四川鮮水河地殼斷裂運動，建立了中國地殼形變觀測網、三峽庫區形變觀測網、首都圈GPS形變監測網等。GPS技術已經用於海洋測量、水下地形測繪。

1、美國國防部SA衞星信號干擾。（衞星信號受美國控制，偶爾有可能會中斷信號服務） 2、天氣因素。如：太陽黑子、惡劣天氣（降低訊號強度，但不影響定位） 3、電氣電磁干擾；遮蔽物下（建築物裏，山谷、峽谷、隧道） 4、汽車擋風玻璃上的隔熱膜、隔熱紙、金屬成份遮蔽等。（降低訊號強度，但不影響定位） 時間顯示不正常 GPS上的日期時間是專門用來顯示衞星時間的，GPS收到衞星信號才顯示正常，沒信號時不正常，它不是常用的電子錶，不能調整不能保存。 GPS定位原理 衞星定位系統共有24顆人造衞星分佈在工作6個軌道上運轉，每個軌道間互成120度角，使得GPS使用者在任何時間、地點都可接收到衞星信號加以定位。且不受天氣的影響（受地形或建築物遮蔽影響，也就是在室內或公交車上較難收到衞星信號。

GPS由三個獨立的部分組成：

● 空間部分：21顆工作衞星，3顆備用衞星。

● 地面支撐系統：1個主控站，3個注入站，5個監測站。

● 用户設備部分：接收GPS衞星發射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經數據處理，完成導航和定位工作。

GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。