GPS技术在军事上的应用及保障

GPS（Global Position System）是由卫星测时测距导航（Navigation Satellite Timing And Ranging）发展而来的。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统。它是美国从20世纪70年代开始研制的，耗资近200亿美元，于1994年全面建成。GPS利用导航卫星进行测时和测距，其作用是为美国军方在全球的船、飞机导航并指挥陆军作战。该系统具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力，是继波登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。

3.3.2.1 GPS的定义

在GPS出现以前，远程导航与定位主要使用的是无线导航系统和卫星定位系统。其中，无线导航系统应用较为广泛。但无线导航系统存在着一些缺点，如覆盖的工作区域小、电波传播受大气影响、定位精度不高等。

GPS可定义为：利用空间卫星星（通信卫星）、地面控制部分及信号接收机对地面目标的状况进行精确测定并提供全方位导航和定位的系统。其特点有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

3.3.2.2 GPS的构成

GPS由三大部分构成：空间部分——GPS卫星星；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。其中，空间部分由卫星星构成；地面控制部分由地面卫星控制中心进行管理；用户部分则由军用和民用研发厂商开发、销售、服务。空间部分和地面控制部分目前均由美国国防部掌握。GPS的构成，如图3-5所示。

图3-5 GPS的构成

3.3.2.3 GPS的功能

美国在设计GPS时提供两种服务：一种为精密定位服务（PPS），利用精码（军码）定位，提供给军方和得到特许的用户使用，定位精度可达10米；另一种为标准定位服务（SPS），利用粗码（民码）定位，提供给民间及商业用户使用。目前，GPS民码单点定位精度可以达到25米，测速精度为0.1米/，授时精度为200纳。

作为军民两用的系统，GPS应用范围极广。在军事上，GPS已成为自动化指挥系统、先进武器系统的一项基本保障技术，应用于各种兵种。在民用上，其应用领域包括陆地运输、海洋运输、民用航空、通信、测、建筑、采矿、农业、电力系统、医疗应用、科研、家电、乐等。具体来说，GPS的功能主要有以下几个方面。

（1）自动导航：GPS的主要功能就是自主导航，可用于武器导航、车辆导航、船舶导航、飞机导航、星际导航和个人导航。

（2）指挥监控：GPS的导航定位与数字短报文通信基本功能可以有机结合，利用系统特殊的定位体制，将移动目标的位置信息和其他相关信息传送至指挥所，完成移动目标的动态可视化显示和指挥指令的发送，实现移动目标的指挥监控。

（3）跟踪车辆、船舶：为了随时掌握车辆和船舶的动态，需根据地面计算机终端实时显示车辆、船舶的实际位置，了解货运情况，实施有效的监控和快速运转。

（4）信息传递和查询：利用GPS，管理中心可对车辆、船舶提供相关的气象、交通、指挥等信息，还可将行进中车辆、船舶的动态信息传递给管理中心，实现信息的双向交流。

（5）及时报警：通过使用GPS，及时掌握运输装备的异常情况，接受求救信息和报警信息，并迅速传递到地面管理中心，从而实行紧急救援。(www.xing528.com)

（6）其他：GPS广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台的精确定时方面，以及在道路、桥梁、道施工中进行工程测量，野外探及城区规划中探测等。

3.3.2.4 GPS定位原理与方法

1.GPS定位原理

GPS的定位原理实际上就是测量学的空间测距定位。其特点是利用均匀分布在平均20200千米高空的6个轨道上的24颗卫星，发射测距信号C/A码及L1、L2载波，用户通过接收机接收这些信号测量卫星至接收机之间的距离。由于卫星的瞬时坐标是已知的，利用三维坐标中的距离公式，由3颗卫星坐标就可以组成3个方程式，计算出观测点的位置（X，Y，Z）。考虑到卫星的时与接收机时之间的误差，实际上有4个未知数，即X、Y、Z和差，因而需要引入第4颗卫星的坐标，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程（一般地形条件下可见4～12颗卫星）。

2.GPS误差分析

在利用GPS进行定位时，即使信号再精准，GPS仍会因各种自然或干扰因素产生误差，使所得的结果与实际有所偏差。造成GPS卫星信号误差的原因有很多，从卫星之间的距离到自然界物理因素的干扰，再到接收机内部误差，都有可能造成GPS产生信号误差。具体而言，GPS误差主要包括：GPS卫星的误差、接收机误差、传播路径误差以及其他不确定的因素。

3.GPS定位方法

利用GPS进行定位的方法有很多种，若依照测距的原理不同，可分为测码伪距法定位、测相伪距法定位和差分定位等；若按照参考点的位置不同，可分为绝对定位和相对定位。

3.3.2.5 辅助GPS技术

GPS技术在导航、定位和测速等方面都具有非常广泛的应用，并且发展迅速，但是其自身也有不能克服的缺陷。为了弥补GPS技术的不足，目前主要有以下几种辅助定位方式。

1.差分GPS技术

为得到更高的定位精度，通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。

2.组合定位技术

组合定位技术是指两种或两种以上的不同定位系统对同一信息源做测量，从这些测量值的比较值中提取各系统的误差并校正。GPS长时间绝对定位的稳定性好，但短期相对定位的稳定性差，因此不适合作为唯一的定位设备。DRS（Dead Reckoning System，航位推测系统）在误差传播性能上正好与GPS互补，将DRS与GPS相结合，取长补短，就可以构成高精度、高可靠、低成本的定位系统。如果再同时采用地图匹配技术（一种基于软件技术的定位修正方法），可以进一步提高系统的精度。