GPS 全球定位系統 班級 : 財金二甲 4A280108 姓名 : 王俊惟 導師 : 楊汎緯. GPS 基本介紹  全球定位系統 （ 英語 ： Global Positioning System ， 通常簡稱 GPS ）， 又 稱全球衛星定位系統 ， 是美國國防部研製和維護的中距離圓型軌道衛星.

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1 GPS 全球定位系統 班級 : 財金二甲 4A280108 姓名 : 王俊惟 導師 : 楊汎緯

2 GPS 基本介紹  全球定位系統 （ 英語 ： Global Positioning System ， 通常簡稱 GPS ）， 又 稱全球衛星定位系統 ， 是美國國防部研製和維護的中距離圓型軌道衛星 導航系統 。 它可以為地球表面絕大部分地區 （ 98% ） 提供準確的定位 、 測 速和高精度的時間標準 。美國國防部衛星 導航系統地球  全球定位系統可滿足位於全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續精確 的確定三維位置 、 三維運動和時間的需要 。  該系統包括太空中的 24 顆 GPS 衛星 ； 地面上 1 個主控站 、 3 個數據注入站 和 5 個監測站及作為用戶端的 GPS 接收機 。太空 衛星  最少只需其中 3 顆衛星 ， 就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔 高度 ； 所能收聯接到的衛星數越多 ， 解碼出來的位置就越精確 。地球海拔 高度

3 GPS 基本介紹  該系統由美國政府於 1970 年代開始進行研製並於 1994 年全面建成 。 使用 者只需擁有 GPS 接收機即可使用該服務 ， 無需另外付費 。 GPS 信號分為民 用的標準定位服務 （ SPS ， Standard Positioning Service ） 和軍規的精確 定位服務 （ PPS ， Precise Positioning Service ） 兩類 。美國  由於 SPS 無須任何授權即可任意使用 ， 原本美國因為擔心敵對國家或組織 會利用 SPS 對美國發動攻擊 ， 故在民用訊號中人為地加入選擇性誤差 （ 即 SA 政策 ， Selective Availability ） 以降低其精確度 ， 使其最終定位精確度 大概在 100 米左右 ； 軍規的精度在十米以下 。 2000 年以後 ， 柯林頓政府決 定取消對民用訊號的干擾 。 因此 ， 現在民用 GPS 也可以達到十米左右的定 位精度 。 柯林頓

4 GPS 基本介紹  GPS 系統擁有如下多種優點 ： 使用低頻訊號 ， 縱使 天候不佳仍能保持相當的訊號穿透性 ； 全球覆蓋 （ 高達 98% ）； 三維定速定時高精度 ； 快速 、 省時 、 高效率 ； 應用廣泛 、 多功能 ； 可移動定位 ； 不同於 雙星定位系統 ， 使用過程中接收機不需要發出任何 信號增加了隱蔽性 ， 提高了其軍事應用效能 。

5 GPS 系統的組成  GPS 系統主要由空間星座部分 、 地面監控部 分和用戶設備部分組成 。  空間星座部分  GPS 衛星星座由 24 顆衛星組成 ， 其中 21 顆為工作衛星 ， 3 顆為備用衛星 。 24 顆衛星均勻分布在 6 個軌道平面上 ， 即 每個軌道面上有 4 顆衛星 。 衛星軌道面相對於地球赤道面 的軌道傾角為 55° ， 各軌道平面的升交點的赤經相差 60° ， 一個軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星 升交角距超前 30° 。 這種布局的目的是保證在全球任何地 點 、 任何時刻至少可以觀測到 4 顆衛星 。衛星軌道平面地球軌道傾角升交點赤經

6 GPS 系統的組成  GPS 衛星是由洛克菲爾國際公司空間部研製的 ， 衛星重 774kg ， 使用壽命為 7 年 。 衛星採用蜂窩結構 ， 主體呈 柱形 ， 直徑為 1.5m 。 衛星兩側裝有兩塊雙葉對日定向 太陽能電池帆板 （ BLOCK I ）， 全長 5.33m 接受日光面 積為 7.2m 2 。 對日定向系統控制兩翼電池帆板旋轉 ， 使 板面始終對準太陽 ， 為衛星不斷提供電力 ， 並給三組 15Ah 鎳 鎘電池充電 ， 以保證衛星在地球陰影部分能正 常工作 。 在星體底部裝有 12 個單元的多波束定向天線 ， 能發射張角大約為 30 度的兩個 L 波段 （ 19cm 和 24cm 波 ） 的信號 。 在星體的兩端面上裝有全向遙測遙控天線 ， 用於與地面監控網的通信 。 此外衛星還裝有姿態控制 系統和軌道控制系統 ， 以便使衛星保持在適當的高度 和角度 ， 準確對準衛星的可見地面 。 使用壽命蜂窩 柱形 直徑 太陽能電池太陽 鎳 鎘電池天線發射遙測遙控高度角度

7 GPS 系統的組成  地面監控部分  地面監控部分主要由 1 個主控站 （ Master Control Station ， 簡稱 MCS ）、 4 個地面天線 站 （ Ground Antenna ） 和 6 個監測站 （ Monitor Station ） 組成 。  主控站位於美國科羅拉多州的謝裡佛爾空軍基地 ， 是整個地面監控系統的管理中心和 技術中心 。 另外還有一個位於馬里蘭州蓋茨堡的備用主控站 ， 在發生緊急情況時 啟 用 。美國科羅拉多州謝裡佛爾空軍基地馬里蘭州蓋茨堡  注入站目前有 4 個 ， 分別位於南太平洋馬紹爾群島的瓜加林環礁 ， 大西洋上英國屬地 阿森松島 ， 英屬印度洋領地的迪戈加西亞島和位於美國本土科羅拉多州的科羅拉多斯 普林斯 。 注入站的作用是把主控站計算得到的衛星星歷 、 導航電文等資訊注入到相應 的衛星 。南太平洋馬紹爾群島瓜加林環礁 大西洋英國 阿森松島 英屬印度洋領地迪戈加西亞島美國科羅拉多州科羅拉多斯 普林斯  注入站同時也是監測站 ， 另外還有位於夏威夷和卡納維拉爾角 2 處監測站 ， 故監測站 目前有 6 個 。 監測站的主要作用是採集 GPS 衛星數據和當地的環境數據 ， 然後發送給主 控站 。夏威夷卡納維拉爾角  用戶設備部分  用戶設備主要為 GPS 接收機 ， 主要作用是從 GPS 衛星收到信號並利用傳來的資訊計算 用戶的三維位置及時間 。

8 定位誤差來源與分析  GPS 定位在過程中出現的各種誤差根據來源可分為三類 ： 與 衛星有關的誤差 、 與信號傳播有關的誤差及與接收機有關的 誤差 。  這些誤差對 GPS 定位的影響各不相同 ， 且誤差的大小還與衛 星的位置 、 待定點的位置 、 接收機設備 、 觀測時間 、 大氣環 境以及地理環境等因素有關 。 針對不同的誤差有不同的處理 方法 。

9 GPS 的功能  精確定時 ： 廣泛應用在天文台 、 通信系統基站 、 電視台中  工程施工 ： 道路 、 橋樑 、 隧道的施工中大量採用 GPS 設備進行工程測量  勘探測繪 ： 野外勘探及城區規劃中都有用到  導航 ：  武器導航 ： 精確制導飛彈 、 巡弋飛彈  車輛導航 ： 車輛調度 、 監控系統  船舶導航 ： 遠洋導航 、 港口 / 內河引水  飛機導航 ： 航線導航 、 進場著陸控制  星際導航 ： 衛星軌道定位  個人導航 ： 個人旅遊及野外探險  定位 ：  車輛防盜系統  手機 ， PDA ， PPC 等通信移動設備防盜 ， 電子地圖 ， 定位系統  兒童及特殊人群的防走失系統  精準農業 ： 農機具導航 、 自動駕駛 ， 土地高精度平整  提供時間數據 ： 用於給電信基站 、 電視發射站等提供精確同步時鐘源

10 參考資料  http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E7%90%83%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E 7%B3%BB%E7%BB%9F ( 維基百科 ) http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E7%90%83%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E 7%B3%BB%E7%BB%9F