全球定位系统定位原理是什么全球定位系统应用领域介绍【详解】 _卫星

什么是全球定位系统(GPS)
GPS(Globe Positioning System)即指全球定位系统，是美国20世纪三大空间技术之一(另两大技术是航天飞机和阿波罗登月计划)，是当今世界航天航空技术、无线电通讯技术和计算机技术的综合结晶。
GPS系统由美国发射的24颗导航卫星构成的空间部分和分布在世界各地的地面监控部分组成。卫星的分布使得地球上任何位置都可同时观测到4颗以上的卫星。各星不断将自身参数、测距码发往地面，用户使用GPS接收机接收相应信号，并按一定准则解算出接收天线处的位置和速度等，从而实现对物体定位跟踪。
1.发展历史
五十年代未，原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星，美国科学家在对其的跟踪研究中，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANsIT的建成，在军事和民用方面取得了极大的成功，是导航定位史上的一次飞跃，我国也曾引进了多台多普勒接收机，应用于海岛联测、地球勘探等领域。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低，轨道精度难以提高，使得定位精度较低，以满足大地测量或工程测量的要求，更不可能用于天文地球动力学研究。为了提高卫星定位的精度，美国从1973 年开始筹建全球定位系统GPS(Global Positioning System) 。在进过了方案论证、系统试验阶段后，于1989年开始发射正式工作卫星，并于1994年全部建成，投入使用，历时20年，耗资200亿美元，是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
2.基本组成
GPS系统包括三大部分：空间星座部分——GPS卫星;地面控制部分——地面监控系统;用户设备部分——GPS信号接收机。
(1)空间星座部分
按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作(21+3)GPS星座，高度约2.02万千米，均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上(每轨道面四颗)，轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP) 。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575.442兆赫兹(L1波段)和1227.6兆赫兹(L2波段)，卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置的广播星历，用于测距的C/A码和P码，以及其它系统信息，能在全球范围内，向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。
【全球定位系统定位原理是什么全球定位系统应用领域介绍【详解】】(2)地面控制部分
GPS系统的控制部分由设在美国本土的四个监控站、一个上行注入站和一个主控站组成。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。
主控站设在范登堡空军基地，主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。
上行注入站也设在范登堡空军基地，它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。
(3)用户设备部分
用户接收机：GPS 接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出用户接收机所处的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。