全球卫星定位系统又叫GPS(Global Positioning System),即“全球定位系统”的简称。这个系统最初是由美国国防部为其星球大战计划投巨资而建立的,其作用是为美国军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。伊拉克战争中涌现了大量高科技装备,GPS全球卫星定位系统就是其中使用最广泛的一种。利用这个系统,不论是美国的舰船、飞机,还是每一个士兵,都能随时知道自己所在的位置,随时与上级和友邻取得联系。
* GPS卫星定位系统的组成及原理
GPS卫星定位系统由地面控制站、GPS卫星网和GPS接收机三部分组成的。地面主控站得主要作用是实施对GPS卫星的轨道控制及参数修正;GPS卫星网是向地面发射两个频率的定位导航信息(电磁波),其中包括两个定位码信号,即C/A码(供世界范围内的民用)及P码(只供美国军方使用);GPS接收机则是为接收GPS卫星信号进行解算的,即可确定GPS接收机的位置。
GPS之所以能够定位导航,主要是因为每台GPS接收机无论在任何时刻、在地球上任何位置,都可以同时接收到最少4颗GPS卫星发送的空间轨道信息。接收机通过对接收到的每颗E星的定位信息的解算,便能够确定该接收机的位置,从而提供高精度的三维(经度、纬度、高度)定位导航及授时系统。而且和以前各种定位系统大不一样的是,GPS接收机结构简单,小型接收机大约只有香烟盒般大小,重约500克,价格仅几百美元。任何人只要拿着这种接收机,就可以准确地知道自己在地球上位置。GPS自动接收机是被动式全天候系统,只接收不发射信号,因此不受卫星系统和地面控制系统的控制,用户数量也不受限制。
* GPS接收机的性能
GPS接收机的性能因机种不同而各有差异。接收机根据用户不同的使用需要又可分为大地型GPS接收机和导航型GPS接收机两类。但是,所有的接收机都具有国际通用的标准仪器接口,可以和自动驾驶仪、电台、话音通道及计算机等仪器实行对接,以便能够迅速地将导航定位信息传送到交联的相应系统。
GPS的定位方式有两种——单点定位方式和相对定位方式。单点定位方式就是用一台GPS接收机接收3颗或4颗卫星的信号,从而确定接收点的位置。单点定位方式测定的位置误差较大,在移动性一次观测定位中,其误差在使用P码时约10~25米,使用C/A码时约100米。如果进行固定点定位测量时,用两种码的相应误差分别为1米和5米。
相对定位方式就是在两个地点同时进行定位测量,并求出两点间的相对位置关系。相对定位方式测定的位置误差较小,尤其是在采用差分技术进行修正的话,定位精度便可大大提高。
* GPS载体信息管理系统
随着GPS接收机的广泛应用,GPS载体(即用户)已不只局限于单一独立的运动载体,而是发展成为了一个GPS载体的相关群体。群体管理部门需要及时了解各个载体的运动情况,载体之间也需要知道彼此的运动状态。这就需要建立一个GPS载体的信息管理系统。
GPS载体信息管理系统就是对数个运行着的GPS自载体用户进行导航定位联网的一种现代化管理方法,可以使数个GPS载体形成一个相互关联的群体,可以集导航、定位、通讯、报警、防盗等功能于一体。它的应用使现代导航、定位、通讯指挥由常规领域进入了一个崭新的空间领域。
GPS载体信息管理系统基本由三个部分组成,即数个GPS接收机及其载体、载体上配置的通信链(电台),以及数码处理及显示的基地指挥中心。对于导航定位精度要求高的用户,还需要配备一个差分基准站。
GPS载体信息管理系统的工作原理是:载体上的GPS接收机显示载体方位,并且引导其正确运行,同时还会通过接口和电台向基地指挥中心发送编码信号。指挥中心经过解调、计算机处理等,再将载体的位置置于该地区的数字化地图及信号库,同时在屏幕上显示出来,从而使指挥部能及时了解所属全部载体的位置及运动状况,这样就更利于高效、安全地管理和灵活机动地调动指挥。
GPS载体信息管理系统的组合非常灵活,根据需要可大可小。基地指挥中心监控台可以是单独的一个,也可以是多个组成网络;可以是移动的,也可以是固定的,甚至还可以由固定和移动的指挥中心监控台混合组网。在通常情况下,一个基地指挥中心管理系统可以管理几百个运动的GPS接收机载体,其管理范围视通讯设备能力而定,通常可达到50~500千米。
相关链接——全球四大GPS系统
美国GPS:由美国国防部于20世纪70年代初开始设计、研制,并于1993年全部建成。1994年,美国宣布在10年内向全世界免费提供GPS使用权,但提供的只是低精度的卫星信号。据称,该系统有美国设置的“后门”,一旦发生战争,美国就可以自行关闭对某地区的信息服务。
欧盟“伽利略”:1999年,欧洲提出计划,准备发射30颗卫星组成“伽利略”卫星定位系统。2009年,该计划正式启动。
俄罗斯“格洛纳斯”:这一GPS系统尚未部署完毕。始于20世纪70年代,需要至少18颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境;如要提供全球定位服务,则需要24颗卫星。
中国“北斗”:2003年,我国“北斗一号”建成并开通运行。不同于GPS的是,“北斗”的指挥机和终端之间可以双向交流。2008年5月12日四川大地震发生后,北京武警指挥中心和四川武警部队运用“北斗”进行了上百次交流。“北斗二号”系列卫星2009年起将进入组网高峰期,预计在2015年形成由三十几颗卫星组成的覆盖全球的系统。