物联网与传感器技术中的GPS技术及其特点

1.GPS简介

全球定位系统（GPS）是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通信等一些军事目的，是美国全球战略的重要组成部分。

2.GPS组成

GPS由空间卫星、地面监控设备和用户设备（GPS接收机）三部分组成，三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地组合在一起而成为缺一不可的整体部分，如图3-1a所示。

图3-1 GPS的组成

空间卫星部分：由24颗工作卫星组成，包括21颗工作卫星和3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上。卫星的这种分布，保证了在地球上任何地点、任何时候都能见到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。在时间、空间上提供了连续导航定位能力。

地面监控设备部分：负责监控GPS的工作，包括1个主控站、3个注入站、5个监控站。主控站位于美国科罗拉多空军基地，用来收集监控站的跟踪数据，计算卫星轨道和钟差参数，并将这些数据发送至各注入站，同时诊断卫星的工作状态，并对其进行调度。注入站的主要功能是将主控站发送来的卫星星历和钟差信息注入卫星。监控站的作用，对所收到的卫星进行连续的P码伪距跟踪测量，并将观测结果传送到主控站。

用户设备部分：主要由各种GPS接收机组成，其作用就是接收、跟踪、变换和测量GPS信号。按工作原理可分为码相关型、二次方型、混合型、干涉型接收机；按用途可分为导航型、测地型、授时型接收机；按载波频率可分为单频、双频接收机；按接收通道数分为多通道、序贯通道、多路多用通道接收机。对于研究地壳板块运动的用户，由于对测量准确度的要求，通常采用双频多通道混合型测地接收机。用户的导航装置界面如图3-1b所示。

3.GPS特点(www.xing528.com)

GPS的主要特点包括高准确度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

定位准确度高：应用实践已经证明，GPS相对定位准确度在50km以内可达10^-6，100～500km可达10^-7，1000km可达10^-9。在300～1500m工程精密定位中，1h以上观测的其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长校差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。

观测时间短：随着GPS的不断完善、软件的不断更新，目前20km以内相对静态定位，仅需15～20min；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2min，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。

4.GPS应用

GPS在导航、跟踪、准确测量等方面都有很广泛的应用。定位导航是人们对GPS最常用的方法，GPS已是汽车、船舶、飞机等运动物体基本配置，其界面是人们最熟悉的图像。在日常生产和生活中，它可用于船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、汽车自主导航定位、地面车辆跟踪和城市智能交通管理等。在日常安全方面，可用于警察、消防及医疗等部门的紧急救援、追踪目标和个人旅游及野外探险的导引等。GPS在这些应用方面都具有得天独厚的优势。在日常生活中，GPS还可用于人身受到攻击危险时的报警，特殊病人、少年儿童的监护与救助，生活中遇到各种困难时的求助等。

在军事领域，GPS也已从当初为军舰、飞机、战车、地面作战人员等提供全天候、连续实时、高准确度的定位导航，扩展到成为目前准确制导武器复合制导的一种重要技术手段。

5.GPS前景

由于GPS技术所具有的全天候、高准确度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

美国政府宣布在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消选择可用性（SA）政策（美国国防部为减小GPS准确度而实施的一种措施），GPS民用信号准确度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的准确度由100m提高到200m，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。