如何用GPS實(shí)現(xiàn)精確定位

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GPS（Global Positioning System）,一般譯為"全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)"，是美國國防部安排部署的，其首要的任務(wù)是為美軍及其盟軍提供全球范圍內(nèi)不間斷的定位、導(dǎo)航等數(shù)據(jù)。其次，也為民用、商用提供定位、導(dǎo)航、測速、授時(shí)等數(shù)據(jù)服務(wù)。GPS能為全球任意地點(diǎn)、任意多個(gè)用戶同時(shí)提供高精度、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維定位、三維測速和時(shí)間基準(zhǔn)。由于這一系統(tǒng)在定位、導(dǎo)航、測速、授時(shí)等方面的高效率、高精度、多功能、易移動(dòng)、低價(jià)格，因此它在地球科學(xué)中應(yīng)用廣泛。 　　GPS系統(tǒng)包括GPS衛(wèi)星、GPS監(jiān)控站，以及用戶接收設(shè)備和GPS應(yīng)用軟件等部分。GPS系統(tǒng)目前共有24顆衛(wèi)星分布在6條固定的軌道上，繞地球運(yùn)行。軌道距地面約20400km，每顆星以12h為周期，連續(xù)向地面發(fā)送關(guān)于時(shí)間和自身位置的精確信息。 　　由于地球上任一點(diǎn)到衛(wèi)星的距離不等，且都有一組相對(duì)應(yīng)的比較確定的數(shù)據(jù)，因此在實(shí)際應(yīng)用中在用手持接收器于測式點(diǎn)接收到這一組數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，即可用這組數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)間差來計(jì)算該點(diǎn)相對(duì)衛(wèi)星的距離，并以此來確定該點(diǎn)的相對(duì)位置，從而達(dá)到定位的目的。根據(jù)計(jì)算公式，定位有二維和三維之分，二維定位至少需要接收三顆衛(wèi)星的星歷；而三維定位至少要接收四顆衛(wèi)星的星歷。 　　由于手持接收器可以提供精度在25米以內(nèi)的定位信息和誤差在5m/s以內(nèi)的速度信息，因而有些過于精確，為了保障軍事上的安全，美國政府對(duì)GPS衛(wèi)星采取了SA（Selective Availability）的技術(shù)進(jìn)行處理，即對(duì)衛(wèi)星向地面發(fā)送的星歷信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)干擾,使其精度降到了100米。但這又不能滿足一些精度要求比較高的應(yīng)用，于是又采用了一種稱為DGPS（Differential GPS）的技術(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)。使其精度經(jīng)校正能達(dá)到50M左右。 其他衛(wèi)星定位系統(tǒng) 　　導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)除美國的ＧＰＳ衛(wèi)星系統(tǒng)外，能與其比擬的就是俄國的ＧＬＯＮＡＳＳ衛(wèi)星系統(tǒng)，也是２４顆衛(wèi)星組成的系統(tǒng)，由于經(jīng)費(fèi)困難，缺乏維護(hù)和補(bǔ)充，目前可能有19顆可用，隨著俄國經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和軍事上的需要，將會(huì)得到完善和健全。ＧＬＯＮＡＳＳ系統(tǒng)是開放性，有利于使用，許多ＧＰＳ生產(chǎn)廠商，為了提高ＧＰＳ接收機(jī)使用性能和精度，都積極地研究ＧＰＳ與ＧＬＯＮＡＳＳ結(jié)合雙系統(tǒng)應(yīng)用軟件，充分地利用ＧＬＯＮＡＳＳ系統(tǒng)，已初見成效。如美國ＪＡＶＡＤ公司ＧＰＳ接收機(jī)，利用超級(jí)集成技術(shù)，在芯片中集成４０個(gè)通用信道，把ＧＰＳ與ＧＬＯＮＡＳＳ的差異無端地縮小了，結(jié)合起來使用，使觀測衛(wèi)星增多。歐洲的ＧＮＳＳ系統(tǒng)：歐洲的策略是--盡可能地利用ＧＰＳ的星基或空基導(dǎo)航取代陸基導(dǎo)航，以達(dá)到最大的成本效益比。但也堅(jiān)信不能依靠由他國軍方控制的衛(wèi)星系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)本國的導(dǎo)航，所以，正在積極建立自己衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)ＧＮＳＳ，它的目標(biāo)是分二步走，首先發(fā)展一個(gè)民間ＧＮＳＳ－１，其主要內(nèi)容是對(duì)現(xiàn)有ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ的星基進(jìn)行增強(qiáng)，即利用靜止衛(wèi)星，面向歐洲范圍內(nèi)的導(dǎo)航提供服務(wù)，即ＥＧＮＯＳ計(jì)劃，已于９５年啟動(dòng)，９９年實(shí)現(xiàn)初始運(yùn)行能力，２００２年實(shí)現(xiàn)全運(yùn)行能力。第二個(gè)目標(biāo)建成ＧＮＳＳ－２，從區(qū)域性漸進(jìn)地?cái)U(kuò)展成全球系統(tǒng)。日本也正在積極籌劃建立日本的多功能衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)（ＭＳＡＳ）。在我國ＧＰＳ的開發(fā)研究與應(yīng)用不斷在深化和廣化。特別是建立了全國永久性ＧＰＳ跟蹤網(wǎng)和相應(yīng)的通訊網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理設(shè)施，并發(fā)展成為我國ＧＰＳ的綜合性服務(wù)體系，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)進(jìn)步提供了服務(wù)。ＧＰＳ接收機(jī)制造與生產(chǎn)也從無到有，工藝水平也不斷在提高，價(jià)格大大地低于進(jìn)口的同類產(chǎn)品。在不久的將來我國也將有自己制造和發(fā)射的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 GPS定位過程簡介 　　ＧＰＳ結(jié)合電子地圖能夠?qū)崿F(xiàn)城市交通管理、車輛調(diào)度管理，公安、銀行車輛，港口、河流船舶的自動(dòng)導(dǎo)引與監(jiān)控，具有巨大的應(yīng)用潛力。根據(jù)地形圖制作而成的矢量電子地圖，ＧＰＳ坐標(biāo)還需經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換才能正確與之匹配。下面將從ＧＰＳ定位坐標(biāo)系、WGS-84大地坐標(biāo)、地圖投影、平面坐標(biāo)變換等幾方面詳細(xì)討論坐標(biāo)匹配問題。GPS定位過程主要有如下幾個(gè)步驟： （1） 確定用戶的宇宙直角坐標(biāo)系位置，即用戶的X、Y、Z位置。 （2）宇宙直角坐標(biāo)系至WGS-84大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，既求出用戶的WGS-84大地坐標(biāo)位置λ、φ、h。 （3）坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換，即將球面坐標(biāo)λ、φ、h轉(zhuǎn)換成平面電子地圖投影坐標(biāo)，如高斯-克呂格投影坐標(biāo)。 （4）二維平面相似性變換，即經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)、縮放運(yùn)算，達(dá)到其與電子地圖的配準(zhǔn)。 　　上述四個(gè)過程全部都是由計(jì)算機(jī)用程序自動(dòng)計(jì)算獲得，具體算法這里介紹從略。 4 基于GPS和電子地圖的車輛自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的組成及功能 4.1 基于GPS和電子地圖的車輛自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的組成 　　整個(gè)ＧＰＳ電子地圖車輛動(dòng)態(tài)引導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，它由主控計(jì)算機(jī)、液晶顯示器、語音報(bào)警器、遙控器、組合導(dǎo)航處理器、ＧＰＳ傳感器、速率陀螺儀、光驅(qū)等組成。主控計(jì)算機(jī)視用戶需求不同，可以是通用計(jì)算機(jī)，也可以是專用處理器。

回答者：xpjyn2016-03-26 00:00