定位系統(tǒng)GPS數據

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，所以在閱讀唯一的，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，獲取用戶的位置后停止分析，確定用戶的具體位置在該地區(qū)建立和平。方法是基于用戶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，設置相應的標志。

GPS預警器是通過GPS衛(wèi)星在GPS預警器中設定坐標來完成的，比如遇到一個電子眼，然后通過相關設備在電子眼的正下方設立一個坐標，這樣，使得裝上這個坐標點數據的預警器到達這個點時，在達到坐標點的前300米左右就會開始預警，告訴車主前面有電子眼測速，不能超速駕駛，這樣就起到一個預警作用。這樣的準確率跟數據點的多少是有關系的，主要就是利用衛(wèi)星的定位來實現了。

試機辨真假

記者通過汽車美容店的一朋友協(xié)助，挑選了4款所謂的"GPS預警機"，通過調研和試機對比，確認其中一款是冒牌GPS的"電子狗"。并得出以下結論:

GPStar智能GPS系統(tǒng)

主要由兩大部分組成，即:本地的監(jiān)控中心軟件管理平臺和遠程的GPS智能車載終端。遠程的GPS智能車載終端將車輛所處的位置信息、運行速度、運行軌跡等數據傳回到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收到這些數據后，會立即進行分析、比對等處理，并將處理結果以正常信息或者報警信息兩類形式顯示給管理員，由管理員決定是否要對目標車輛采取必要措施。

當通過硬件和軟件做成GPS定位終端用于車輛定位的時候，稱為車載GPS,但光有定位還不行，還要把這個定位信息傳到報警中心或者車載GPS持有人那里，我們稱為第三方。所以GPS定位系統(tǒng)中還包含了GSM網絡通訊(手機通訊)，通過GSM網絡用短信的方式把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到第三方。通過微機解讀短信電文，在電子地圖上顯示車輛位置。這樣就實現了車載GPS定位。 與此同時，在車上安裝相應的探測傳感器，利用車載GPS定位的GSM網絡通訊功能，同樣能把防盜報警信息發(fā)送到第三方，或者把這個報警電話、短信直接發(fā)送到車主手機上，完成車載GPS防盜報警。這里可以看出，車載GPS定位的GSM網絡部分實際上是一個智能手機，可以和第三方互相通訊，還可以把車輛被搶，司機被劫、被綁架等信息發(fā)送到第三方。 所以說車載GPS定位是定位、防盜、防劫的。

市場銷售很廣闊，經常被大家提及的是一般的民用的導航gps，這樣的gps主要是給汽車定位，導航。越來越發(fā)達的道路，錯綜復雜的高架橋給駕駛者越來越難分辨道路。導航車載gps的確是給駕駛者帶來了極大的方便!

而且如今的導航gps還具有提前預警電子眼、查詢全國旅游景點、酒店等服務。的確是旅游帶來了極大的方便!

◆類似車載GPS

類似車載GPS終端的還有定位手機、個人定位器等。GPS衛(wèi)星定位由于要通過第三方定位服務，所以要交納不等的月/年服務費。

如今所有的GPS定位終端，都沒有導航功能。因為需要再增加硬件和軟件，成本提高。

我們在電視里看到的車載GPS廣告，和上述的車載GPS完全是兩回事。它是一種GPS導航產品，當需要導航時，首先定位，也就是導航的起點，這與真正的GPS定位是不同的，它不能把定位信息傳送到第三方和持有人那里，因為導航儀中缺少手機功能。比如你把導航儀放在車里，你朋友把車借開走了，導航儀不能發(fā)信息給你，那你就無法查找車輛位置。所以導航儀是不能定位的。

你說我買的是導航手機該行了吧，你想想，你把導航手機放在車上，如果車被盜了，那個手機會自己給你或第三方打電話發(fā)短信嗎?它是需要人來操作的。所以說導航終端都沒有定位功能。

導航終端可以導航路線，讓你在陌生的地方不迷路，劃出路線讓你到達目的地，告訴你自己當前位置，和周邊的設施等等。

中國在GPS應用上取得了很大的市場.其中有很多公司是導航的.但是也有在GPS行業(yè)做定位管理的。

各種GPS/GIS/GSM/GPRS車輛監(jiān)控系統(tǒng)軟件、GSM和GPRS移動智能車載終端、系統(tǒng)的二次開發(fā)車輛監(jiān)控系統(tǒng)整體搭建方案.系統(tǒng)廣泛應用于公安，醫(yī)療，消防，交通，物流等領域。該方案基于NXP的PNX1090 Nexperia移動多媒體處理器硬件和由NXP與合作伙伴ALK Technologies聯合開發(fā)的軟件。NXP聲稱，該方案提供了設計師搭建一個帶導航能力的低成本、多媒體功能豐富的便攜式媒體播放器所需的一切，這些多媒體功能包括:MP3播放、標準和高清晰度視頻播放和錄制、FM收音、圖像存儲和游戲。NXP以其運行于PNX0190上的swGPS Personal軟件來實現GPS計算，從而取代了一個GPS基帶處理器，進而降低了材料清單(BOM)成本并支持現場升級。

跟隨GPS 的一系列關聯的應用都設計到數學和算法，和GIS系統(tǒng)，地圖投影，坐標系轉換!

由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)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，普遍采用差分GPS(DGPS)技術，建立基準站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，并對外發(fā)布。接收機收到該修正數后，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(DGPS)，定位精度可提高到5米。

測地型接收機根據使用用途和精度，又分為靜態(tài)(單頻)接收機和動態(tài)(雙頻)接收機即RTK.

在GPS技術開發(fā)和實際應用方面，國際上較為知名的生產廠商有美國Trimble(天寶)導航公司、瑞士Leica Geosystems(徠卡測量系統(tǒng))、日本TOPCON(拓普康)公司、美國Magellan(麥哲倫)公司(原泰雷茲導航)、國內有中海達、上海華測導航、南方測繪等。

Trimble(天寶)的GPS接收機產品主要有SPS751、SPS851、SPS781、SPS881、R8、R8GNSS、R7、R6及5800、5700等。其作為美國軍方控股企業(yè)，是世界上最早研究與生產的GPS的部分企業(yè)之一，其中，SPS881,R8GNSS為72通道GPS/WAAS/EGNOS接收機，它把三頻GPS接收機、GPS天線、UHF無線電和電源組合在一個袖珍單元中，具有內置Trimble Maxwell 5芯片的超跟蹤技術。即使在惡劣的電磁環(huán)境中，仍然能用小于2.5瓦的功率提供對衛(wèi)星有效的追蹤。同時，為擴大作業(yè)覆蓋范圍和全面減小誤差，可以同頻率多基準站的方式工作。此外，它還與Trimble VRS網絡技術完全兼容，其內置的WAAS和EGNOS功能提供了無基準站的實時差分定位。SPS751、SPS851、SPS551還具有接收星站差分改正信息的功能，最高單機定位精度可達到5cm。

Leica Geosystems(徠卡測量系統(tǒng))是全球著名的專業(yè)測量公司，其不僅在全站儀、相機方面對行業(yè)產生了很大的影響，而且在測量型GPS的研發(fā)及GPS的應用上也做出了極大的貢獻，是快速靜態(tài)、動態(tài)RTK技術的先驅。其GPS1200系統(tǒng)中的接收機包括4種型號:GX1230 GG/ATX1230 GG、GX1230/ATX1230、GX1220和GX1210。

其中，GX1230 GG/ATX1230 GG為72通道、雙頻RTK測量接收機，接收機集成電臺、GSM、GPRS和CDMA模塊，具有連續(xù)檢核(SmartCheck+)功能，可防水(水下1m)、防塵、防沙。動態(tài)精度:水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm;靜態(tài)精度:水平5mm+0.5ppm，垂直10mm+0.5ppm。它在20Hz時的RTK距離能夠達到30km甚至更長，并且可保證厘米級的測量精度，基線在30公里時的可靠性是99.99%。

日本TOPCON(拓普康)公司生產的GPS接收機主要有GR-3、GB-1000、Hiper系列、Net-G3等。其中，GR-3大地測量型接收機可100%兼容三大衛(wèi)星系統(tǒng)(GPS+GLONASS+GALIEO)的所有可用信號，他不僅僅是世界上最早研發(fā)出能同時接收美國的GPS與俄羅斯GLONASS兩種衛(wèi)星信號的雙星技術的廠家，也是現今世界上唯一可以同時接收所有GNSS衛(wèi)星的接收機技術，有72個超級跟蹤頻道，每個通道都可獨立追蹤三種衛(wèi)星信號，采用抗2米摔落堅固設計，支持藍牙通訊，內置GSM/GPRS模塊(可選)。靜態(tài)、快速靜態(tài)的精度:水平3mm+0.5ppm，垂直5mm+0.5ppm;RTK精度:水平10mm+1ppm，垂直15mm+1ppm;DGPS精度:優(yōu)于25cm。值得一提的是，該款接收機于2007年2月在德國獲得了2007年度iF工業(yè)設計大獎，這款儀器的外觀打破了測量型GPS的常規(guī)模式，更具科學性與人性化設計。

中海達測繪的GPS接收機產品主要包括靜態(tài)一體化接收機HD-8200G和GD-8200X，其中HD-8200G配備有無線遙控器，可遠距離查看衛(wèi)星狀況等關鍵信息，8200X配備有語音導航功能，可通過面板直接設置靜態(tài)采集關鍵參數衛(wèi)星高度角和采樣間隔。RTK產品主要有珠峰HD-5800、V8 CORS RTK、V8 GNSS RTK。RTK作業(yè)精度:靜態(tài)后處理精度: 平面:±2.5mm+1ppm，高程:±5.0mm+1ppm，RTK定位精度: 平面:±1cm+1ppm，高程:±2cm+1ppm，碼差分定位精度:0.45m(CEP)，單機定位精度:1.5m(CEP)。V8具有八大創(chuàng)新技術，

華測導航的GPS接收機產品主要有X60CORS、X20單頻接收機、X90一體化RTK、X60雙頻接收機等。國內通過中華人民共和國制造計量器具許可證獲得的精度最高的產品，其中，X90為28通道雙頻GPS接收機，集成雙頻GPS接收機、雙頻測量型GPS天線、UHF無線電、進口藍牙模塊和電池，動態(tài)精度:水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm;靜態(tài)精度:水平5mm+1ppm，垂直10mm+1ppm，能達到10-30公里的作用范圍(因實際地域情況有所差別)，既可以承受從3米高度跌落到堅硬的地面，也可浸入水下1米深處進行測量。X90具有靜態(tài)、快速靜態(tài)、RTK、PPK、碼差分等多種測量模式，精度范圍為毫米級到亞米級。 而且可與天寶，徠卡等主流品牌聯合作業(yè)。

南方測繪的GPS接收機產品主要有RTK S82、S86、藍牙靜態(tài)GPS、等。其中S82采用一體化設計，集成GPS天線、UHF數據鏈、OEM主板、藍牙通訊模塊、鋰電池，其RTK定位精度:平面±(2cm+1ppm)，垂直±(3cm+1ppm);靜態(tài)后處理精度:平面±(5mm+0.5ppm)，垂直±(10mm+1ppm);單機定位精度:1.5m(CEP);碼差分定位精度:0.45m(CEP)。

GPS衛(wèi)星接收機種類很多，根據型號分為測地型、全站型、定時型、手持型、集成型;根據用途分為車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式。

按接收機的用途分類

1.導航型接收機

此類型接收機主要用于運動載體的導航，它可以實時給出載體的位置和速度。這類接收機 一般采用C/A碼偽距測量，單點實時定位精度較低，一般為±10m，有SA影響時為±100m。 這類接收機價格便宜，應用廣泛。根據應用領域的不同，此類接收機還可以進一步分為:

車載型--用于車輛導航定位;

航海型--用于船舶導航定位;

航空型--用于飛機導航定位。由于飛機運行速度快，因此，在航空上用的接收機 要求能適應高速運動。

星載型--用于衛(wèi)星的導航定位。由于衛(wèi)星的速度高達7km/s以上，因此對接收機的要求更高。

2.測地型接收機

測地型接收機主要用于精密大地測量和精密工程測量。這類儀器主要采用載波相位觀測值 進行相對定位，定位精度高。儀器結構復雜，價格較貴。

3.授時型接收機

這類接收機主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標準進行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。

4.2.2 按接收機的載波頻率分類

單頻接收機

單頻接收機只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測值進行定位。由于不能有效消除 電離層延遲影響，單頻接收機只適用于短基線(<15km)的精密定位。

雙頻接收機

雙頻接收機可以同時接收L1，L2載波信號。利用雙頻對電離層延遲的不一樣，可以消除電離層 對電磁波信號的延遲的影響，因此雙頻接收機可用于長達幾千公里的精密定位。

4.2.3 按接收機通道數分類

GPS接收機能同時接收多顆GPS衛(wèi)星的信號，為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號，以實現對衛(wèi)星信號 的跟蹤、處理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號通道。根據接收機所具有 的通道種類可分為:

多通道接收機

序貫通道接收機

多路多用通道接收機

4.2.4 按接收機工作原理分類

碼相關型接收機

碼相關型接收機是利用碼相關技術得到偽距觀測值。

平方型接收機

平方型接收機是利用載波信號的平方技術去掉調制信號,來恢復完整的載波信號 通過相位計測定接收機內產生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，測定偽距觀測值。

混合型接收機

這種儀器是綜合上述兩種接收機的優(yōu)點，既可以得到碼相位偽距，也可以得到載波相位觀測值。

干涉型接收機

這種接收機是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方法，測定兩個測站間距離。

經過20余年的實踐證明，GPS系統(tǒng)是一個高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統(tǒng)。 GPS技術已經發(fā)展成為多領域、多模式、多用途、多機型的國際性高新技術產業(yè)。

◎可以在操作終端上搜索你要去的目的地位置。

◎可以記錄你常要去的地方的位置信息，并保留下來，也和可以和別人共享這些位置信息。

◎模糊的查詢你附件或某個位置附近的如加油站，賓館、取款機等信息，

◎GPS 導航系統(tǒng)會根據你設定的起始點和目的地，自動規(guī)劃一條線路。

◎規(guī)劃線路可以設定是否要經過某些途徑點。

◎規(guī)劃線路可以設定是否避開高速等功能。

◎語音導航:

用語音提前向駕駛者提供路口轉向，導航系統(tǒng)狀況等行車信息，就像一個懂路的向導告訴你如何駕車去目的地一樣。導航中最重要的一個功能，使你無需觀看操作終端，通過語音提示就可以安全到達目的地。

◎畫面導航:

在操作終端上，會顯示地圖，以及車子所在的位置，行車速度，目的地的距離，規(guī)劃的路線提示，路口轉向提示的行車信息。

◎重新規(guī)劃線路:

當你沒有按規(guī)劃的線路行駛，或者走錯路口時候，GPS 導航系統(tǒng)會根據你現在的位置，為你重新規(guī)劃一條新的到達目的地的線路。

主要是為船舶，汽車，飛機等運動物體進行定位導航。例如:

◆GPS在道路工程中的應用

GPS在道路工程中的應用，主要是用于建立各種道路工程控制網及測定航測外控點等。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網困難，而且難以滿足高精度的要求。如今，國內已逐步采用GPS技術建立線路首級高精度控制網，然后用常規(guī)方法布設導線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內的點位誤差只有2厘米左右，達到了常規(guī)方法難以實現的精度，同時也大大提前了工期。GPS技術也同樣應用于特大橋梁的控制測量中。由于無需通視，可構成較強的網形，提高點位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點也非常有效。GPS技術在隧道測量中也具有廣泛的應用前景，GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經濟和社會效益。

◆GPS在汽車導航和交通管理中的應用

三維導航是GPS的首要功能，飛機、輪船、地面車輛以及步行者都可以利用GPS導航器進行導航。汽車導航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎上發(fā)展起來的一門新型技術。汽車導航系統(tǒng)由GPS導航、自律導航、微處理機、車速傳感器、陀螺傳感器、CD-ROM驅動器、LCD顯示器組成。GPS導航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網絡、計算機車輛管理信息系統(tǒng)相結合，可以實現車輛跟蹤和交通管理等許多功能。

GPS技術在導航儀中的應用舉例

國際領先GPS導航儀品牌:Ahada(艾航達)――源自美國硅谷，現已登錄中國!

Ahada(艾航達)――專注于發(fā)展先進的GPS衛(wèi)星導航便攜式設備供應商，公司產品線涉及便攜式導航、GPS手機導航及個人手持導航裝置等全系列GPS便攜產品。

Ahada(艾航達)――在美國硅谷、中國分別成立研發(fā)、生產、銷售的機構，匯集多位在GPS、通訊領域擁有多年經驗的國際化一流科技精英，實現Ahada的領先技術和卓越品質。

國內上線首款產品:Ahada N310――高性價比機王(為商務精英和白領女性量身定做的GPS導航儀機型)

全球定位系統(tǒng)的主要用途:(1)陸地應用，主要包括車輛導航、應急反應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、 市政規(guī)劃控制等;(2)海洋應用，包括遠洋船最佳航程航線測定、船只實時調度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等;(3)航空航天應用，包括飛機導航、航空遙 感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導彈制導、航空救援和載人航天器防護探測等。

由于GPS技術所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產力，已經融入了國民經濟建設、國防建設和社會發(fā)展的各個應用領域。

隨著冷戰(zhàn)結束和全球經濟的蓬勃發(fā)展，美國政府宣布2000年至2006年期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球范圍內得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到20米，這將進一步推動GPS技術的應用，提高生產力、作業(yè)效率、科學水平以及人們的生活質量，刺激GPS市場的增長。據有關專家預測，在美國，單單是汽車GPS導航系統(tǒng)，2000年后的市場將達到30億美元，而在我國，汽車導航的市場也將達到50億元人民幣?？梢姡珿PS技術市場的應用前景非?？捎^。

GPS導航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距(PR):當GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼)發(fā)射導航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m;P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調制出來，以50b/s調制在載頻上發(fā)射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼;每三十秒重復一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第1、2、3數據塊，其中最重要的則為星歷數據。當用戶接受到導航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛(wèi)星星歷數據推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。

可見GPS導航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導航電文。然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數，然后用4個方程將這4個未知數解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。

GPS接收機可接收到可用于授時的準確至納秒級的時間信息;用于預報未來幾個月內衛(wèi)星所處概略位置的預報星歷;用于計算定位時所需衛(wèi)星坐標的廣播星歷，精度為幾米至幾十米(各個衛(wèi)星不同，隨時變化);以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。

GPS接收機對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機的距離，由于含有接收機衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。

GPS接收機對收到的衛(wèi)星信號，進行解碼或采用其它技術，將調制在載波上的信息去掉后，就可以恢復載波。嚴格而言，載波相位應被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機本機振蕩產生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始歷元的相位整數也是不知道的，即整周模糊度，只能在數據處理中作為參數解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達到優(yōu)于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。

按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位(差分定位)。單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。相對定位(差分定位)是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位。

在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時(大氣有明顯差別)，應選用雙頻接收機。

相對論為GPS提供了所需的修正

全球定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星的定時信號提供緯度、經度和高度的信息，精確的距離測量需要精確的時鐘。因此精確的GPS接受器就要用到相對論效應。

準確度在30米之內的GPS接受器就意味著它已經利用了相對論效應。華盛頓大學的物理學家Clifford M. Will詳細解釋說:"如果不考慮相對論效應，衛(wèi)星上的時鐘就和地球的時鐘不同步。"相對論認為快速移動物體隨時間的流逝比靜止的要慢。Will計算出，每個GPS衛(wèi)星每小時跨過大約1.4萬千米的路程，這意味著它的星載原子鐘每天要比地球上的鐘慢7微秒。

而引力對時間施加了更大的相對論效應。大約2萬千米的高空，GPS衛(wèi)星經受到的引力拉力大約相當于地面上的四分之一。結果就是星載時鐘每天快45微秒， GPS要計入共38微秒的偏差。Ashby解釋說:"如果衛(wèi)星上沒有頻率補償，每天將會增大11千米的誤差。"(這種效應實事上更為復雜，因為衛(wèi)星沿著一個偏心軌道，有時離地球較近，有時又離得較遠。)

GPS的空間部分是由24 顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表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。這就提供了在時間上連續(xù)的全球導航能力。GPS 衛(wèi)星產生兩組電碼, 一組稱為C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一組稱為P 碼(Procise Code 10123MHz) ,P 碼因頻率較高,不易受干擾,定位精度高,因此受美國軍方管制,并設有密碼,一般民間無法解讀,主要為美國軍方服務。C/ A 碼人為采取措施而刻意降低精度后,主要開放給民間使用。

地面控制部分由一個主控站,5 個全球監(jiān)測站和3 個地面控制站組成。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)星觀測數據,包括電離層和氣象數據,經過初步處理后,傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數據,計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數,然后將結果送到3 個地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運行至上空時,把這些導航數據及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS 衛(wèi)星每天一次,并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障,那么在衛(wèi)星中預存的導航信息還可用一段時間,但導航精度會逐漸降低。

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,解調出衛(wèi)星軌道參數等數據。根據這些數據，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緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS 數據的后處理軟件包構成完整的GPS 用戶設備。GPS 接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內和機外兩種直流電源。設置機內電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電源時機內電池自動充電。關機后，機內電池為RAM存儲器供電，以防止數據丟失?，F今各種類型的接受機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。

(這里解釋全球定位系統(tǒng)已經太多了，我就不啰嗦了，把它設成超級鏈接，想看就點擊吧)

有二維和三維兩種表示。

GPS內存的一個坐標值。

路線是GPS內存中存儲的一組數據，包括一個起點和一個終點的坐標，還可以包括若干中間點的坐標，每兩個坐標之間的線段叫一條腿。

GPS沒有指北針的功能，靜止不動時是不知道方向的。

GPS系統(tǒng)的前身為美軍研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Transit)，1958年研制，64年正式投入使用。該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成的星網工作，每天最多繞過地球13次，并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(tǒng)使得研發(fā)部門對衛(wèi)星定位取得了初步的經驗，并驗證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進行定位的可行性，為GPS系統(tǒng)的研制埋下了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)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衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

為此，美國海軍研究實驗室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網計劃，并于67年、69年和74年各發(fā)射了一顆試驗衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗了原子鐘計時系統(tǒng)，這是GPS系統(tǒng)精確定位的基礎。而美國空軍則提出了621-B的以每星群4到5顆衛(wèi)星組成3至4個星群的計劃，這些衛(wèi)星中除1顆采用同步軌道外其余的都使用周期為24h的傾斜軌道 該計劃以偽隨機碼(PRN)為基礎傳播衛(wèi)星測距信號，其強大的功能，當信號密度低于環(huán)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(tǒng)得以取得成功的一個重要基礎。海軍的計劃主要用于為艦船提供低動態(tài)的2維定位，空軍的計劃能供提供高動態(tài)服務，然而系統(tǒng)過于復雜。由于同時研制兩個系統(tǒng)會造成巨大的費用而且這里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，并由國防部牽頭的衛(wèi)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(zhàn)隊、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代表。

動力定位系統(tǒng)首先在海洋鉆井船、平臺支持船、潛水器支持船、管道和電纜敷設船、科學考察船、深海救生船等方面得到應用，其主要原理是利用計算機對采集來的環(huán)境參數(風、浪、流)，根據位置參照系統(tǒng)提供的位置，自動地進行計算，控制各推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位的"紋絲不動"。

動力定位系統(tǒng)簡介

船舶的動力定位系統(tǒng)從70 年代逐漸發(fā)展起來，在海洋工程、科學考察等領域有著重要的用途。隨著船舶電力推進的成熟和自動控制理論的發(fā)展，動力定位系統(tǒng)的性能也不斷提高。動力定位系統(tǒng)的組成動力定位系統(tǒng)包括3 個分系統(tǒng):動力系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)和動力定位控制系統(tǒng)。動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)一般來說是給整個動力定位系統(tǒng)提供電力的。一般的船舶電站可兼作動力系統(tǒng)，但應滿足一些特殊要求。輸入(船位、控制器、推力器)輸出(船位、推力器系統(tǒng))推力器系統(tǒng)作為動力定位系統(tǒng)執(zhí)行部分，常用電動機或柴油機驅動的推進器。主推進裝置(包括其舵系統(tǒng))可兼作動力定位系統(tǒng)的推力器，在船舶進入動力定位運作模式時，由動力定位系統(tǒng)的控制器進行控制。為提高定位能力，主推進裝置可設計為全回轉推進器，例如Z 型推進、SSP 推進等。一般各推力器的工作組合應產生橫向、縱向推力及回轉力矩。動力定位控制系統(tǒng)動力定位控制系統(tǒng)包括控制器和測量系統(tǒng)。控制器指的是動力定位系統(tǒng)總的控制部分，一般采用計算機控制的方法。測量系統(tǒng)包括位置參照系統(tǒng)、電羅經、風向風速儀、傾角儀等，測量船舶的船位、艏向、縱傾橫傾角等船舶狀態(tài)，以及風向、風力、流速等環(huán)境條件，通過接口輸入到控制器中。控制器根據人工輸入的船位和艏向，對測量系統(tǒng)提供的數據進行分析和運算，給出推力器的控制指令。動力定位控制系統(tǒng)執(zhí)行的功能可總結如下:(1) 給出推力器的控制指令。(2) 測量船舶的船位、艏向等船舶狀態(tài)。(3) 測量風向、風力等環(huán)境條件。(4) 接收各種操縱指令的人工輸入。(5) 動力定位系統(tǒng)的故障檢測及報警。(6) 動力定位系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示。動力定位系統(tǒng)的系泊試驗動力定位系統(tǒng)在進行系泊試驗之前，應確認已取得本社頒發(fā)的產品證書，并確認布置和安裝已嚴格按本社審批的圖紙進行，采用的工藝滿足本社有關規(guī)定。動力系統(tǒng)系泊試驗動力系統(tǒng)的各組成部分，如發(fā)電機、發(fā)電機原動機、主配電板等，應滿足船舶建造檢驗的一般要求。另外還應進行下列檢驗:發(fā)電機組一臺發(fā)電機組不投入運行，并聯運行其他發(fā)電機組，逐個啟動幾臺功率較大的推力器電動機。啟動期間引起的電壓降不超過15%。動力管理系統(tǒng)(1) 進行發(fā)電機的自動并聯及自動解列試驗。動力管理系統(tǒng)(通常是船舶電站的自動管理系統(tǒng))應能在運行的發(fā)電機負荷較重時，自動啟動備用發(fā)電機投入電網，即自動并聯。并在運行的發(fā)電機負荷較輕時，自動切斷一臺發(fā)電機的供電并停止其原動機的運轉，即自動解列。建議自動并聯可設置在單臺發(fā)電機的輸出功率超過額定功率的大約85%時進行。自動解列可設置在單臺發(fā)電機的輸出功率低于額定功率的大約30%時進行。(2) 進行重負載詢問試驗。動力定位系統(tǒng)的重負載通常是推力器的電動機。在其啟動前應向動力管理系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，動力管理系統(tǒng)根據運行發(fā)電機的功率裕量發(fā)出允許啟動指令。否則啟動備用發(fā)電機再發(fā)指令?；虍斦麄€動力系統(tǒng)的功率裕量都不足以啟動負載時，禁止其啟動，這就是所謂重負載詢問，或稱為大功率詢問、重載詢問。系統(tǒng)的各個重負載均應進行試驗。(3) 試驗高電力負載報警功能當總的電力負載超過運轉中發(fā)電機總容量的預定百分比時，應發(fā)出報警。報警的設定值應在運轉容量50%至100%之間可調，并應按運行發(fā)電機的數量和任一臺發(fā)電機失靈的影響加以確定。該報警的設定值可設于自動并聯時的功率百分比之上。(4) 發(fā)電機超負荷時，推力器負載自動調整功能的試驗。運行發(fā)電機負荷超過100%時，推力器應降低功率運行?？筛鶕嶋H情況進行模擬試驗，如可降低超負荷的功率設定值。在發(fā)電機輸出功率超過設定值時，驗證推力器進行自動降速。(5) 注意動力定位系統(tǒng)控制器與動力管理系統(tǒng)的協(xié)調。配電板(1) 檢查主配電板匯流排的分段及其連接，對于DP-3 附加標志，每一匯流排要以A-60 進行分隔，在每個分隔內均應設有斷路器連接。(2) 在DP 控制中心，應設置連續(xù)顯示器，顯示發(fā)電機的在線功率儲備，即在線發(fā)電機的容量與輸出功率的差。對于分段式匯流排，每一分段要設置這種指示器。如果推力器的操作不會引起電站的過載，可不要求設儲備功率指示器。動力定位控制系統(tǒng)系泊試驗計算機(1) 如果計算機出現故障或未準備好就進行控制，應發(fā)出報警。(2) 當檢測出一套計算機系統(tǒng)有故障時，應能自動轉至冗余計算機系統(tǒng)控制。當控制從一個計算機系統(tǒng)向另一個計算機系統(tǒng)切換時，應保持平穩(wěn)動力定位操作，其變化應保持在可接受的操作范圍內。應試驗予以確認。(3) 每一個動力定位計算機系統(tǒng)必須提供不間斷電源(UPS)，以確保任何動力故障不會影響一臺以上的計算機。不間斷電源電池的容量需支持至少30 分鐘的操作。推力器手柄控(1) 在動力定位控制站設有各個推力器的手動控制器，逐一試驗啟動、停車、方位和螺距/轉速控制的操縱控制。對于高壓電動機可不包括啟動停止的操縱。(2) 動力定位手動控制臺上連續(xù)顯示的各推力器運行/停車、螺距/轉速和方位應精確。(3) 推力器的手動控制應在任何時候都能起作用，包括自動控制和操縱桿控制出現故障的情況下。(4) 在DP控制站逐一試驗推進器的應急停止裝置。推力器的聯合操縱桿控推力器的聯合操縱桿控制一般是由設于動力定位控制站的一個操縱桿同時控制多個推力器的運轉，實現縱向推力、橫向推力、回轉力矩及這些分量的組合。通常用于軌跡控制。在碼頭系泊試驗時，應確認操縱桿可同時操縱各推力器。推力器的自動控制推力器的自動控制是人工將給定的船位、艏向輸入到控制器中，由推力器根據指令自動地將船舶調整到期望的船位及艏向，并加以保持。(1) 對于DP-1 附加標志，模擬計算機的嚴重故障，計算機系統(tǒng)執(zhí)行自檢程序時，應停止工作，并通過自動方法或手動方法將轉速/螺距設置到零。(2) 對于DP-2 附加標志，計算機系統(tǒng)應執(zhí)行探測故障的自檢程序。如果在線工作的計算機系統(tǒng)探出故障，應自動轉換至備用計算機系統(tǒng)。在顯示裝置上應顯示正在實施控制的控制系統(tǒng)的標志。(3) 對于DP-3 系統(tǒng)應設有一個自動備用系統(tǒng)，該備用系統(tǒng)的位置與主系統(tǒng)之間采用A-60級分隔隔離。至少應有一個位置參照系統(tǒng)和一臺羅經與備用系統(tǒng)相連接，并獨立于主控制系統(tǒng)。備用系統(tǒng)應由操作者在主動力定位控制站或備用控制站啟動，這種轉換應確保任何單個故障不會使主控制系統(tǒng)和備用系統(tǒng)都不能工作。推力器控制方式的選擇(1) 在動力定位控制站，進行不同推力器控制方式的轉換。(2) 控制方式的選擇應布置成當動力定位控制方式出現故障后，總是能夠選擇手柄控制。傳感器系統(tǒng)(1) 應設置傳感器故障(過熱失電)報警及傳感器與動力定位系統(tǒng)通訊故障(短路、低阻、開路)報警。(2)傳感器間自動轉換出現故障時，應在控制站發(fā)出聽覺和視覺報警。(3)對于DP-3 附加標志，每類傳感器的一個必須和備用控制系統(tǒng)連接，并通過A-60 級分隔和其他傳感器分離。顯示和報警(1) 動力定位控制站應顯示從動力系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)和動力定位控制系統(tǒng)傳來的信息，以確保這些系統(tǒng)在正常運行。安全操作動力定位系統(tǒng)所必需的信息應在任何時候均可得到。對設置的報警和顯示逐一進行試驗。(2) 對于具有DP-2 和DP-3 附加標志的船舶，操作員控制裝置應設計成操作屏的任何誤操作都不會導 致極限狀況。(3) 當動力定位系統(tǒng)及其控制的設備發(fā)生故障時，應發(fā)出聽覺和視覺報警。對這些故障的發(fā)生及狀態(tài)應進行永久的記錄。通信系統(tǒng)(1) 試驗下列雙向通信設施的有效性:a.動力定位控制中心與駕駛室的雙向通信b.動力定位控制中心與主機控制室的雙向通信c.動力定位控制中心與有關操作控制站的雙向通信(2) 確認通信系統(tǒng)獨立于船舶主電源。推力器系統(tǒng)系泊試驗推力器也可以在非動力定位狀態(tài)使用，其各部分應滿足一般的建造檢驗要求。如果操作次序的錯誤會導致危險狀態(tài)或設備損壞時，則應聯鎖。對設置的聯鎖功能進行試驗。安裝在駕駛室內的控制器和指示器應有充分的照明，并可調光。對DP-2 附加標志，對動力定位系統(tǒng)至關重要的燃油、滑油、液壓油、冷卻水和氣動管路，以及電纜的布置應充分考慮火災和機械損壞。對于DP-2 附加標志，冗余管系(燃油、滑油、液壓油、冷卻水和氣動管路)不得與主系統(tǒng)一起穿越同一艙室。當不可避免時，管路必須安裝在A-60 級管道內。冗余設備或系統(tǒng)的電纜不得與主系統(tǒng)一起穿越同一艙室，當不可避免時，電纜必須安裝A-60 級電纜通道內，電纜的接線箱不允許設置在這類電纜通道內。動力定位系統(tǒng)的航行試驗動力定位系統(tǒng)的航行試驗大綱應根據船舶的實際情況與設計部門及船廠商定。聯合操縱桿模式的試驗動力定位系統(tǒng)的聯合操縱桿模式可進行航跡控制，可采用下列兩種方法試驗其有效性及控制精度。保持艏第一項試驗:(1) 系統(tǒng)準備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 控制臺上，設定艏向并記錄船位。(3) 啟動操縱桿。(4) 操縱船向正前方移動20 米。(5) 操縱船向正后方移動40 米。(6) 操縱船向正前方移動20 米。(7) 記錄船位與艏向并與初始船位及設定的艏向對照，誤差應在設計要求范圍之內。第二項試驗:(1) 系統(tǒng)準備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 控制臺上，設定艏向并記錄船位。(3) 啟動操縱桿。(4) 操縱船向正左方移動20 米。(5) 操縱船向正右方移動40 米。(6) 操縱船向正左方移動20 米。(7) 記錄船位與艏向并與初始船位及設定的艏向對照，誤差應在設計要求范圍之內。保持船位的旋轉試驗第一項試驗:(1) 系統(tǒng)準備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 操縱臺上，輸入自動保持的船位并設定船旋轉的圓心。(3) 在系統(tǒng)穩(wěn)定后，啟動操縱桿。(4) 操縱船順時針旋轉360 度。(5) 記錄船位并與初始船位相對照，誤差應在設計要求范圍之內。第二項試驗:(1) 系統(tǒng)準備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 操縱臺上，輸入自動保持的船位并設定船旋轉的圓心。(3) 在系統(tǒng)穩(wěn)定后，啟動操縱桿。(4) 操縱船逆時針旋轉360 度。(5) 記錄船位并與初始船位相對照，誤差應在設計要求范圍之內。自動模式的試驗動力定位系統(tǒng)的自動模式是根據人工輸入的船位和艏向自動定位并加以保持?？刹捎孟铝蟹绞竭M行試驗:(1) 系統(tǒng)準備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 操縱臺上輸入給定的船位和艏向。(3) 啟動自動控制模式，保持6 至8 小時。期間每隔一段時間記錄其船位及艏向或由系統(tǒng)自動記錄。(4) 考察船位及艏向的誤差，應在設計要求范圍之內。注意:在整個系統(tǒng)進行操作時，至少有連續(xù)2 小時的氣候條件達到一定水平，即使推力器上的平均載荷達到50%或更高。當環(huán)境條件無法達到上述要求時，可推遲到在適當場合下作為一個特殊的試驗來進行。故障模式與影響分析試驗DP 定位系統(tǒng)應進行故障模式與影響分析(FMEA)，編制FMEA 報告或作為替向的位移試驗代，可對每一種故障模式下的系統(tǒng)冗余度進行試驗。試驗的結果應能滿足其附加標志所要求的冗余度。詳細的冗余度試驗程序應提交審查。DP-2 附加標志進行FMEA 試驗時，應盡可能詳細地包括動力系統(tǒng)定位系統(tǒng)所有組成部分的主要部件，如發(fā)電機、推力器、配電板、GPS、電羅經等，但可不包括具有適當保護的電纜和管系。在出現單一故障時(不包括一個艙室或幾個艙室的損失)，在固定的作業(yè)范圍內，在規(guī)定的作業(yè)環(huán)境條件下，自動保持船舶的位置和艏向。DP-3 附加標志的船舶，FMEA 試驗同上條，但需要進行由于失火或進水造成一個艙室完全損失的模擬試驗。同時不論有無保護均要考慮電纜和管系故障的情況。對于DP-2 和DP-3 附加標志，進行"結果分析"試驗。這是一項軟件功能，可以連續(xù)驗證在出現最嚴重的故障時，船舶也可保持其位置。該分析可以證明當最嚴重的故障發(fā)生后，后續(xù)工作推力器可產生與故障前所要求的相同的合力和力矩。當最嚴重的故障會導致位置偏移(由于在當時的環(huán)境條件推力不足)時，"結果分析"應發(fā)出報警。對于需長時間才能安全終止的操作，"結果分析"應包括一項在人工輸入氣候趨勢的基礎上模擬當最嚴重故障發(fā)生后剩余推力及動力的能力。最嚴重的單個故障應包括一臺推力器不能工作、一臺發(fā)電機組不能工作、一個匯流排分段不能工作。應以實際的操作進行驗證。具體試驗的實施應按已審查的試驗程序進行。主要的試驗方法是模擬某一設備故障，考察其對系統(tǒng)的影響。實際有兩種情況:一種是備用設備投入工作，對系統(tǒng)無影響;另外一種是導致系統(tǒng)能力下降，如一臺推力器故障不工作，導致系統(tǒng)剩余能力減少，這時需要確認是否可以在規(guī)定環(huán)境條件下，仍然能夠定位。