GPS是英文GLOBAL POSITIONING SYSTEM 的縮寫。原名為“導航星”(NAVSTAR),是美國國防部於1973年11月授權開始研製的海陸空三軍共用的美國第二代衛星導航系統,是美國繼阿波羅登月飛船和太空梭之後第三大航天工程。1994年全面建成，歷時20年，耗資300億美元。
基本介紹
- 中文名：GPS地圖
- 外文名：GLOBAL POSITIONING SYSTEM
- 工作優勢：衛星定位
提起Gps我們中間有些人可能對這個名詞比較陌生，提起伊拉克戰爭大家應該都比較熟悉。
2003年3月20日，伊拉克戰爭爆發。大批轟炸機、戰鬥機猛撲向伊拉克首都巴格達，用炸彈準確地將一座建築徹底摧毀，行動代號：“斬首行動”；4月，一架B-1B“槍騎兵”轟炸機臨時接到任務，用炸彈摧毀了另一座建築。他們的目標都是一個人：薩達姆.海珊，他們所使用的炸彈都是一種：聯合攻擊炸彈(JDAM)，這些炸彈之所以都能夠精確的打擊目標，是因為他們都是通過衛星定位來實現定位，提供這種定位服務的正是由24顆美國衛星組成的全球定位系統--GPS。
GPS全球定位系統是一個無線電空間定位系統,它利用導航衛星和地面站為全球提供全天候﹑高精度﹑連續﹑實時的三維坐標(緯度，經度,海拔)﹑三維速度和定位信息,地球表面上任何地點均可以用於定位和導航.
GPS系統包括三大部分：空間部分—GPS衛星星座；地面控制部分—地面監控系統；用戶設備部分—GPS信號接收機。
空間部分—GPS衛星星座
GPS空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛星組成衛星星座，其中由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座，記作（21+3）GPS星座。 24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度， 即軌道的升交點赤經各相差60度。每個軌道平面內各顆衛星之間的升交角距相差90度， 一軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30度。衛星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛星，並能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。
地面控制部分—地面監控系統
地面監控部分包括四個監控間、一個上行注入站和一個主控站。監控站設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當地氣象數據的感測器和進行數據初步處理的計算機。監控站的主要任務是取得衛星觀測數據並將這些數據傳送至主控站。主控站設在范登堡空軍基地。它對地面監控部實行全面控制。主控站主要任務是收集各監控站對GPS衛星的全部觀測數據，利用這些數據計算每顆GPS衛星的軌道和衛星鐘改正值。上行注入站也設在范登堡空軍基地。它的任務主要是在每顆衛星運行至上空時把這類導航數據及主控站的指令注入到衛星。這種注入對每顆GPS衛星每天進行一次，並在衛星離開注入站作用範圍之前進行最後的注入。
用戶設備部分—GPS信號接收機
GPS接收機可接收到可用於授時的準確至納秒級的時間信息；用於預報未來幾個月內衛星所處概略位置的預報星曆；用於計算定位時所需衛星坐標的廣播星曆，精度為幾米至幾十米（各個衛星不同，隨時變化）；以及GPS系統信息，如衛星狀況等。
GPS接收機對碼的量測就可得到衛星到接收機的距離，由於含有接收機衛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接收機對收到的衛星信號，進行解碼或採用其它技術，將調製在載波上的信息去掉後，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，它是收到的受都卜勒頻移影響的衛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曆元時刻量測，保持對衛星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛星振盪器的相位初值是不知道的，起始曆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、並有一段連續觀測值時才能使用相位觀測值，而要達到優於米級的定位精度也只能採用相位觀測值。
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台接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能採用偽距觀測量，可用於車船等的概略導航定位。相對定位（差分定位）是根據兩台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，它既可採用偽距觀測量也可採用相位觀測量，大地測量或工程測量均應採用相位觀測值進行相對定位。
在GPS觀測量中包含了衛星和接收機的鐘差、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星廣播星曆誤差的影響，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。
如：某品牌車載終端技術參數
（1） 電源：12VDC，300mA（待機狀態下典型值）； 24VDC，150mA（待機狀態下典型值），省電模式下小於33mA。
（2） 電源抗反接特性：<28V
（3） 尺寸：170mm × 110mm × 55mm
（4） 重量：0.5kg
（5） 數位訊號傳輸指標：
傳輸方式：GPRS
傳輸速率：9600bps
傳輸頻段：900 MHz /1800 MHz
GSM通信模組：SONY-ERICSSON 工業級模組 GR47
使用頻段：900MHz/1800 MHz
輸出功率：2W
電流消耗：發射：150mA 平均
空閒：35mA 平均
工作溫度：-20~60℃
支持GPRS功能
GPS性能指標
接收板結構：美國SIRF 車載級模組 12通道 C/A碼 L1波段
定位精度：<25米（無SA）在差分下達到10米以內
最大加速度：4g
最大速度：545米/秒
熱啟動時間：<8秒
典型重俘獲時間：1秒
天線：有源微帶扁平天線
接收板電源要求：25mA 5VDC.
工作溫度：-40~85℃
（7） 工作溫度：-20~60℃
（8） 儲存溫度：-40~85℃
（9） 相對濕度：≤93 %
GPS不僅用於飛彈、飛船的導航定位，更是廣泛用於飛機、汽車、船舶的導航定位，公安、銀行、醫療、消防等用它建立監控、報警、救援系統，企業用它建立現代物流管理系統，農業、林業、環保、資源調查、物理勘探、電信等都離不開導航定位，特別是隨著衛星導航接收機的集成微型化，出現各種融通信、計算機、GPS於一體的個人信息終端，使衛星導航技術從專業套用走向大眾套用，成為繼通信、網際網路之後的IT第三個新的增長點。以GPS為代表的衛星導航定位套用產業越來越吸引眾多人的關注。有關專家預測，到"十五"末期，我國的衛星導航定位套用市場的總產值將超過100億元，導航定位運營服務產值超過30億元。衛星導航定位產業在國內是一個具有巨大發展空間的朝陽產業。
以上講的是GPS原理，下面我們再來講GPS系統在實際套用中是如何實現？GPS系統只是一個單一的定位系統，需要結合GSM等通訊網路系統來實現定位信息的傳遞。
GSM（Global System for Mobile Communications環球移動通訊系統），是一個開放、不斷演變改進的系統。這個系統最強的優點之一在於擁有國際漫遊的功能，消費者可以憑一個號碼，在全球超過159個國家不受阻各地接受同等質量的電話服務。
GSM標準將會繼續演變改進，與無線、衛星和移動系統配合下提供大幅增多的服務，包括高速多媒體數據服務、為同步使用該項服務而設的內置支援，以及將網際網路與固網完美結合。
傳統的定位信息是靠簡訊息SM方式來傳遞，現在又出現了一種新的分組數據承載業務，即GPRS，GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱。我們先來介紹傳統的SM方式傳遞定位信息的方式。
① 移動交換中心（MSC）同公眾有線網（PSTN）、短訊息中心（SMS）、監管維護通過有線方式連線；同蜂窩基站（BSS）通過有線或無線（如微波）方式連線。
② 蜂窩基站（BSS）同移動單元（MS）通過無線方式進行相互連線，無線工作頻段為900M。
③ 短訊息中心（SMS）是實現短訊收發的信息平台。其在基站與移動單元之間的數據傳輸是通過無線信令信道進行傳輸。
GPS系統工作流程是：
移動目標—監控中心
①移動目標接收GPS衛星信號，並解算出所在位置的定位信息；
②移動目標將解算出的位置信息通過無線信令信道傳送至蜂窩基站；
③蜂窩基站接收移動目標發射的信息，並將數據信息通過短訊息中心傳至監控中心；
④監控中心利用短訊息中心傳來的數據信息實現對移動目標的定位監控。
監控中心—移動目標
①監控中中心執行相關監控指令；（如：詢位置指令、監聽指令、斷電指令等）
②監控指令通過短訊息中心傳至蜂窩基站；
③蜂窩基站將監控指令信息進行調製發射，通過信令信道傳至移動目標；
④ 移動目標接收蜂窩基站發射的信息並執行相關指令。
監控中心由資料庫伺服器、簡訊接口機、通信中心管理機、數據中心管理機、監控座席構成，可以增加GPRS接口和全國聯網接口，還可以增加分中心和遠程座席。
GPRS的連線方式如圖所示。
關於GSM方式和GPRS方式的比較我們在後面會講到。
剛才我們介紹了監控中心的組成，當車在馬路上行使時，我們可以通過監控座席來監控車輛的位置，要在監控地圖上看到監控車輛，必須要安裝MapX軟體。
MapX是MapInfo公司向用戶提供的具有強大地圖分析功能的ActiveX控制項產品，能夠把基於位置信息的數據以高清晰可視化效果的顯示與分析，使車輛位置清晰準確的在計算機中反映出來，更好的服務於用戶。在監控座席中它起到了調用地圖的功能。
MapInfo Professional
世界領先的繪圖和地理分析軟體，使用它可以創建高度精密、準確的地圖，你可以隨意的修改地圖軟體，可以自己添加新建的道路和地圖中繪製不詳細的地點。在監控座席中它起到了修改地圖的功能。
GSM定位套用系統與GPRS定位套用系統的比較
1 技術
GSM傳統的數據通信方式，包括簡訊息SM方式和DATA方式。SM方式存在延時大（一般在6—8秒）、通道有阻塞等缺點；DATA方式存在撥號時間長（10秒左右）、通信費用高等缺點。GSM屬於移動通信中的2G（第2代）技術。
與GSM傳統的電路交換技術不同，GPRS採用分組交換技術，具有“永遠線上”、“自如切換”、“高速傳送”等優點，屬於移動通信中的2.5G（2.5代）技術，它能全面提升移動數據通信服務，目前下行傳輸速率理論上可達到40kbit/s，上行傳輸速率可達9.6kbit/s，特別適用於象GPS系統那樣具有突發性、每次數據流量小、總體數據流量大、實時性要求高等特點的移動數據通信的套用。
2 覆蓋範圍
GPRS依託於GSM系統，需要在GSM系統上進行改造，才能實現GPRS。目前，國內只有中國移動採用了GPRS技術（中國聯通選用了CDMA技術）。根據中國移動的網路鋪設計畫，大中城市已經普及GPRS，GPRS網路的質量也一直在最佳化中。在某些地區，還沒有開通GPRS業務。
3 通信費用
GPRS採用包月+流量計費，可以一直線上，按照接收和傳送數據包的數據量來付費，也可以採用包月方式計費。
方式 月租費（元） 贈送的免費流量數（MB） 超過贈送流量費（元/KB）
自由套餐 0 0 0.03
經濟套餐 20 1 0.01
時尚套餐 100 20 0.01
商務套餐 200 500 0.01
由於可以自由選擇計費方式，對需要密切跟蹤的車輛可以選擇包月方式，而對於不需要密切跟蹤的車輛可以採用按流量計費方式，從而降低整個系統的使用費用。
GPS數據根據不同的指令，其長度不完全一樣，平均按60個位元組計算，加上打包數據，每傳一次在100個位元組左右。如果一輛車要求每天監控10個小時，每分鐘自動回傳一次位置信息，每月30天，則每月的GPRS信息量為：
100位元組*10小時*60分鐘*30天=1，800，000位元組=1.8M，採用包月20元時，約一個月28元。
但如果選擇SM方式，則費用為：
1條/分鐘*60*分鐘*10小時*30天*0.1元/條=1800元
因此，GPRS特別適用於需要頻繁地傳送數據、數據總流量較大的場合。
4 系統設備
GPRS的系統設備相對複雜一些。與GSM方式的GPS系統相比，需要增加GPRS通信接口；因為必須考慮系統在GPRS通信出現故障的情況下，仍能與車台保持聯繫，還須增加GSM/GPRS通信的切換程式。
在接入方式上，GSM系統可以採用點對點、DDN、INTERNET等方式；GPRS系統則要看當地中國移動的接入條件，有的需要固定IP，有的只須接入INTERNET即可，目前，以後一種方式越來越普及。
5 車載終端
比較項目 GPRS方式 GSM方式
實時性 通常1秒以內 通常6-8秒
上報的最小間隔 1秒 8秒左右
數話兼容 需切換 是
數據通信方式 GPRS、SM SM、DATA
價格 比GSM稍貴
