朱海印

摘 要：GPS技術(shù)的發(fā)展為我們開啟了一個(gè)嶄新的時(shí)代，尤其是近年來，隨著各行各業(yè)呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，GPS在日常生活中的應(yīng)用領(lǐng)域也隨著技術(shù)的更新不斷拓寬。GPS不僅可以用于軍事專業(yè)領(lǐng)域，還可用于車輛導(dǎo)航、航空定位、工程測量、電力通訊、智能交通等生活領(lǐng)域。尤其在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)手段，GPS為人們的生產(chǎn)生活提供了信息化、智能化、人性化的系統(tǒng)服務(wù)，有著廣闊的發(fā)展前景。該文在介紹GPS原理的同時(shí)，就GPS在生活領(lǐng)域的具體應(yīng)用進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：GPS 基本原理 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：V241.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）10（b）-0028-02

GPS最早是由美國國防部研發(fā)的一種全球衛(wèi)星系統(tǒng)。它的初始目的是用于軍用導(dǎo)航，20世紀(jì)50年代，美國為了與蘇聯(lián)開展“太空競賽”，美國空軍開始研發(fā)這種能精確時(shí)間、精確定位的衛(wèi)星系統(tǒng)[1]。隨后，世界上其他諸如俄國、歐盟等陸續(xù)開始研發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于大地、工程測量，隨著全球網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的加快，GPS也越來越多地應(yīng)用到汽車導(dǎo)航、手機(jī)等我們觸手可及的生活領(lǐng)域。

1 GPS工作原理

1.1 GPS的構(gòu)成

GPS系統(tǒng)主要由空間段、控制段和用戶段3部分構(gòu)成。其中，空間段由分布于6個(gè)軌道上的24顆衛(wèi)星構(gòu)成[2]。衛(wèi)星使用兩個(gè)L波段的無線電載波向地面用戶發(fā)出導(dǎo)航定位信號(hào)，導(dǎo)航定位信號(hào)里有衛(wèi)星的位置信息，衛(wèi)星作為動(dòng)態(tài)的已知點(diǎn)存在。GPS可實(shí)現(xiàn)地球任何位置和時(shí)刻內(nèi)高度為15°以上6顆衛(wèi)星的信號(hào)跟蹤，多則達(dá)到9顆。同時(shí)可連續(xù)向地面用戶提供相應(yīng)的位置和時(shí)間信息?？刂贫瓮ǔＳ煞植加谌虻闹骺卣?、監(jiān)測站和注入站構(gòu)成。主控站位于美國科羅拉多州。監(jiān)測站負(fù)責(zé)跟蹤視野內(nèi)GPS衛(wèi)星收集到的衛(wèi)星測距信息，并將信息送達(dá)主站。主控站根據(jù)監(jiān)測站收集到的觀測數(shù)據(jù)，對(duì)衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)編制成導(dǎo)航電文，送達(dá)注入站，再由注入站送入相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器中。用戶段一般由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理器及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。GPS接收機(jī)根據(jù)捕獲待測衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)運(yùn)行衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，同時(shí)交換和處理信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)軟件解算出經(jīng)基線、網(wǎng)平差，進(jìn)而計(jì)算出測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

1.2 GPS信號(hào)

衛(wèi)星發(fā)射導(dǎo)航信號(hào)的單位為兩種截然不同的擴(kuò)頻碼。一種是粗碼，另一種是精碼。前者免費(fèi)為公眾提供，為一種偽隨機(jī)碼，碼片速率以毫秒重復(fù)計(jì)算。每顆衛(wèi)星的粗碼都可以單獨(dú)識(shí)別，后再從其他衛(wèi)星發(fā)射的同頻率信號(hào)中接收；而精碼則通常經(jīng)過加密處理，集中應(yīng)用于軍事領(lǐng)域[3]。精碼每周實(shí)施重復(fù)，一旦開啟“反欺騙”模式，被加密進(jìn)而產(chǎn)生精碼，解碼也只能用有效密鑰設(shè)備。無論哪一種擴(kuò)頻碼，GPS導(dǎo)航信號(hào)都能精確地傳遞給用戶。

1.3 GPS工作的基本原理

GPS工作的實(shí)現(xiàn)主要利用三角測量方法，或者三邊測量方法。經(jīng)過三角測量計(jì)算，GPS可采取以下步驟來確定位置，并利用衛(wèi)星來確定具體距離，衛(wèi)星中的定位探測器接收機(jī)位于“三角”衛(wèi)星中第一顆的圓心球面上，第二顆衛(wèi)星負(fù)責(zé)確認(rèn)接收機(jī)在兩個(gè)球面的交叉線。第三顆衛(wèi)星則與上述的交叉線形成交叉點(diǎn)，其中一個(gè)位于地球地面的交叉點(diǎn)就是接收機(jī)所在位置。

2 GPS在生活中的應(yīng)用

2.1 GPS在工程測量中的應(yīng)用

利用GPS進(jìn)行測量工作，具備測量精度高、觀測時(shí)間短、測站之間無需通視、儀器操作簡便及全天候作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)[4]。GPS提供的三維坐標(biāo)，可同時(shí)完成測站點(diǎn)三維坐標(biāo)的精確測量。在工程外業(yè)作業(yè)中，GPS控制選點(diǎn)、布網(wǎng)相當(dāng)靈活，在復(fù)雜的地形條件下尤顯其不受網(wǎng)形、通視限制的優(yōu)越性；同時(shí)，GPS對(duì)工程的觀測主要受衛(wèi)星信號(hào)和衛(wèi)星空間分布的影響，而工程測量站點(diǎn)的GPS接收機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化與智能化，觀測時(shí)間大大減少，觀測中按照工程選點(diǎn)要點(diǎn)，選擇了最佳時(shí)段觀測，極大降低了工程測量的作業(yè)強(qiáng)度。

2.2 GPS在航空攝影中的應(yīng)用

利用GPS技術(shù)進(jìn)行航空攝影作業(yè)，可以動(dòng)態(tài)定位時(shí)刻，根據(jù)動(dòng)態(tài)位解算得出一系列拍攝坐標(biāo)序列，拍攝過程中，GPS利用天線對(duì)拍攝的中心位置進(jìn)行推算。為確保曝光時(shí)間內(nèi)插的精確度，拍攝中要同時(shí)關(guān)注GPS采樣的時(shí)刻，利用內(nèi)置的扦插器（CET）將曝光的時(shí)間插入。飛機(jī)在航空拍攝中，攝影機(jī)會(huì)同時(shí)放出一個(gè)同步脈沖，計(jì)算機(jī)將脈沖數(shù)據(jù)處理后，曝光時(shí)間轉(zhuǎn)化為GPS時(shí)間，這樣就能準(zhǔn)確獲得曝光時(shí)間所在攝影站的空間位置。利用GPS進(jìn)行航空三角測量，不僅降低了人工定位的工作難度與強(qiáng)度，還大大節(jié)省了攝影站定位的時(shí)間成本，有著廣闊的應(yīng)用空間。

2.3 GPS在汽車導(dǎo)航中的應(yīng)用

將GPS用于汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，即是將地理信息系統(tǒng)、現(xiàn)代通信技術(shù)與GPS3種技術(shù)有機(jī)結(jié)合，通常以汽車導(dǎo)航設(shè)備的形式存在[5]。有了GPS的幫助，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)在電子地圖的配合下，能快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)為駕駛員指出最快捷的交通路徑。此外，汽車導(dǎo)航儀在GPS的定位支持下，還具備自動(dòng)跟蹤汽車周邊地理信息的功能，包括汽車行駛路段的路況、天氣狀況等。當(dāng)前，GPS技術(shù)基礎(chǔ)上的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)已不僅限于導(dǎo)航這一種功能，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控、車輛超速報(bào)警、行駛信息保管、自建圖層、車輛調(diào)度等工作，日漸成為汽車駕駛員的好幫手。

2.4 GPS在緊急救援中的應(yīng)用

GPS定位的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性決定了它在突發(fā)事件緊急救援中必然有著不可替代的作用。GPS在緊急救援中的實(shí)現(xiàn)，主要通過計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)、語音通信系統(tǒng)、GPS子系統(tǒng)和車載終端聯(lián)合完成[6]。在實(shí)際運(yùn)作中，當(dāng)生活中某地點(diǎn)發(fā)生突發(fā)事件，有人撥打緊急求救電話，首先由調(diào)度人員在GPS子系統(tǒng)的幫助下，通過GSM網(wǎng)絡(luò)向救護(hù)車車載GPS系統(tǒng)發(fā)出求救的調(diào)度信息，救護(hù)車同步精確定位，第一時(shí)間內(nèi)完成救援工作，這樣一來，確保緊急救援的及時(shí)性和救援效率。

3 結(jié)語

GPS已日趨成為當(dāng)今世界不可缺少的信息源，伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，GPS有著更加廣闊的應(yīng)用前景。放眼我們身邊的生活，GPS已經(jīng)不再只是探險(xiǎn)家們“發(fā)燒”級(jí)設(shè)備，GPS無處不在，工程測量、交通導(dǎo)航、航天攝影、緊急救援等等，GPS已成為現(xiàn)代人生產(chǎn)生活的必需品和重要輔助工具。正如業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，GPS未來的發(fā)展將超乎我們想象。

參考文獻(xiàn)

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