衛(wèi)星導航定位界的大佬——GPS

提起導航系統(tǒng)就想到GPS，提起GPS就想到導航系統(tǒng)，不得不說GPS早已進入我們生活的方方面面，現(xiàn)在大家基本已經(jīng)將GPS與導航系統(tǒng)畫上等號，其實GPS是目前應用最廣泛的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，但卻不是唯一的，俄羅斯有格洛納斯，中國有北斗，歐洲有伽利略。但GPS導航界老大的地位確實是很難撼動的，下面就先詳細說說這GPS到底是個啥。

GPS的全稱是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是美國從上世紀70 年代開始研制,歷時20 余年,耗資200 億美元,于1994 年全面建成，海陸空全方位實時三維導航與定位能力的衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)，具有全球覆蓋、連續(xù)工作（全天候）、高精度的特點。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的運作，GPS的空間部分至少要有24顆衛(wèi)星在軌運行，它們位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°。此外,還需要有4 顆有源備份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到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)星在軌運行。

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

用戶設備部分即GPS 信號接收機。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衛(wèi)星,并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后,即可測量出接收天線至衛(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),接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算,計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。

聽了這么多高大上的詞匯之后，順便聊一聊GPS的應用部分，這部分是既能高大上又能接地氣。航空、海運、鐵路、道路交通各個方面有需要GPS進行精確的定位導航；GPS與地理信息系統(tǒng)（GIS）結(jié)合便可發(fā)展和應用精準農(nóng)業(yè)；GPS還可為公共安全與災難救援提供詳細的地標、街道、建筑、緊急服務資源以及救災地點的各種準確信息；除卻空間，GPS還可提供時間數(shù)據(jù)，因為每一個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)，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。我們平時接觸到的GPS更多就是微信的位置定位、地圖的路線導航等功能，高端玩家可能會涉及無人機等的導航定位，普通玩家的共享單車也具備GPS定位系統(tǒng)。